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[转载]地球大气层的构造分析: wwwwwchao007 2013-2-22 21:02; 当宇航员在月球上或太空里观测宇宙背景的时候，天幕上是一片漆黑的无底深渊，只有群星象无数妖魔的眼睛在恐怖的黑暗中闪耀。然而，当他们回首俯视祖居——地球的时候，透过镶嵌着朵朵云花的蔚蓝色面纱所见到的，却是充满生机的大地和海洋。　　生活在地球上的人们是幸运的，他们永远看不到黑暗。即便是在夜晚，镶嵌着无数闪光宝石的深蓝色天幕依然罩护着万物生灵，这就是地球生命赖以生存的大气层。　　大气层(atmosphere)又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78．1％；氧气占20．9％；氩气占0．93％；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。　　对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在。这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃。动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内。因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在－55℃左右。平流层以上是中间层，大约距地球表面50至85千米，这里的空气已经很稀薄，突出的特征是气温随高度增加而迅速降低，空气的垂直对流强烈。中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。　　除此之外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离成带电荷的正离子和负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。　　在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一，其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。　　根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等），从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。对流层　　对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16-18公里；在中纬度地区为l0-12公里，两极附近为8-9公里。夏季较厚，冬季较薄。　　这一层的显著特点：—是气温随高度升高而递减，大约每上升100 m，温度降低0．6。C。内于贴近地面的空气受地面发射出来的热量的影响而膨胀上升，上面冷空气下降，故在垂直方向上形成强烈的对流，对流层也正是因此而得名；二是密度大，大气总质量的3／4以上集中在此层。在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在l-2km以下，受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，亦称低层大气，排人大气的污染物绝大部分活动在此层。在1-2公里以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最密切。平流层　　对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。中间层　　平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”。中间层以上，到离地球表面500公里，叫做“热层”。在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。人类还借助于热层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们相互沟通信息，因为热层的大气因受太阳辐射，温度较高，气体分子或原子大量电离，复合机率又少，形成电离层，能导电，反射无线电短波。暖层　　中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。　　暖层的特点是，气温随高度增加而增加，在300公里高度时，气温可达1000℃以上，像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属，在这里也会被熔化掉。本层之所以有高温，主要是因为所有的波长小于0.175μm的太阳紫外线辐射，都被暖层气体所吸收。暖层中的氮（N2）、氧（O2）和氧原子（O）气体成分，在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，已处于高度电离状态，所以也把暖层称作“电离层”。其中100～120公里间的E层和200～400公里间的F层，以及介于中间层和暖层之间，只在白天出现，高度大致为80公里的D层，电离程度都较强烈。电离层的存在，对反射无线电波具有重要意义。人们在远方之所以能收到无线电波的短波通讯信号，就是和大气层有此电离层有关。外层　　热层顶以上是外大气层，延伸至距地球表面1000公里处。这里的温度很高，可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。　　大气层有多厚，这的确是一个很吸引人的问题。人类经过不懈地探索和追求，对大气层的认识越来越清晰了。整个大气层可以分成几个层。　　从地面到10~12千米以内的这一层空气，它是大气层最底下的一层，叫做对流层。主要的天气现象，如云、雨、雪、雹等都发生在这一层里。　　在对流层的上面，直到大约50千米高的这一层，叫做平流层。平流层里的空气比对流层稀薄得多了，那里的水汽和尘埃的含量非常少，所以很少有天气现象了。　　从平流层以上到80千米这一层，有人称它为中间层，这一层内温度随高度降低。　　在80千米以上，到500千米左右这一层的空间，叫做热层，这一层内温度很高，昼夜变化很大。　　从地面以上大约50千米开始，到大约1000千米高的这一层，叫做电离层。美丽的极光就出现在电离层中。　　在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄。　　通常把1000千米之内，即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000千米; 3175 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中光波传播的简单小结: williammilo 2010-2-14 21:18; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中光波传播/ 1.光波传播是指可见光、红外线和紫外线在大气中的传播。光波在大气中传播时，受到大气的吸收、散射、折射和闪烁等影响，影响程度与光波波长有密切关系。 2.红外线波长范围为０.７０微米～１毫米，是介于无线电波和可见光之间的相当宽的重要波段。其中３００微米～１毫米区域的波也称为亚毫米波，有时也被划入无线电波的范围。大气对红外辐射传输的影响，主要表现为吸收和散射。大气对红外辐射的吸收，主要是由大气中的水蒸汽、二氧化碳和高层大气中的臭氧分子造成的。这些分子振动和转动能级之间的跃迁，在红外区造成一系列的强吸收带。这些大气分子的强烈吸收使大气对红外辐射的大部分区域是不透明的，只有在某些特定的波长区，红外辐射才能透过。这些特定的波长区称为红外辐射的“大气窗口”，它们几乎都集中在２５微米以下的近红外和中红外区域，红外辐射“大气窗口”的波长表示这些大气窗口的位置。 3.除这些重要的大气窗口以外，在波长为３００微米和微米附近区域，大气也呈现出某些透过特性。散射是大气对红外辐射的另一种重要作用。散射有两种不同的类型，即瑞利散射和弥散射。瑞利散射是由大气分子引起的，散射系数与波长的４次方成反比。瑞利散射对红外辐射并不特别重要，对于波长大于１微米的辐射常可忽略。弥散射是由大气中的悬浮粒子造成的，如大气中的雨、雪、雾、云、灰尘和烟的微粒都能成为散射体，散射系数通常与辐射波长的１.３次方成反比，对于红外传输过程中的衰减有重要作用。 4. 大功率的红外激光束在通过大气时，除上述的吸收和散射等现象外，还会产生非线性现象。大功率光束对传输路径上的大气不均匀加热，造成大气折射系数不均匀变化，最后导致激光束的发散。更大功率的激光束还能使大气分子电离，从而使激光束传输变得更加不稳定和更加复杂。 5.可见光波长范围为３８０～７００纳米。地球大气对可见光是透明的，散射、折射和闪烁是可见光在大气传输中的重要现象，同时还须考虑色散和某些吸收。可见光的波长比较短，瑞利散射的作用变得很重要，而且蓝色光的瑞利散射比红光更为强烈，因而天空看起来经常是蔚蓝色的。折射发生在光束从一种介质进入另一种介质的时候。星光或太阳光从外层空间进入大气层时，会发生折射现象。大气的密度和温度随高度的不同而不同，因此，光的折射率也随高度而有所不同。大气折射指来自天体的辐射在不均匀大气的折射下连续弯曲的过程，这个现象也称蒙气差。大气折射使光线偏向天顶，偏离的大小随入射光线天顶角的增大而增大。大气的折射率与波长有关，因此，大气折射对不同颜色的光有不同的值。这就是大气的色散效应，在天体测量中应加以考虑。 6.在可见光区也有不少大气分子（或原子）的吸收带，但不象在其他区域那样强烈。吸收和散射都使传输光束的强度减弱，大气消光就是指这种光束在大气中传输时的强度衰减现象，可用消光系数来表示其大小。消光系数是大气条件和波长的函数。 7.闪烁和抖动等是光束在湍流大气中传输时的重要现象。大气湍流是由于温度、湿度、压强和密度的不均匀性造成的。湍流大气的折射率随时间和空间而随机变化，使传输光束截面内各点的强度也发生随机起伏。这种现象称为闪烁。从地面看到星星闪烁，就是这种现象。此外，湍流大气还使传输光束的传播方向、相位和偏振等发生抖动。传播方向和相位的抖动会使光斑的位置发生抖动，并使光斑的形状也随时变化，这对天文观测有极为重要的影响。天文大气宁静度描述的就是湍流大气的这种性质对成像质量的影响，常是限制地面天文观测获得高空间分辨率的关键因素。大气湍流效应对红外辐射和紫外线传输也有重要影响。 8.紫外线波长范围为１０～３８０纳米，大气对紫外线的吸收非常强烈，只对波长为３００纳米以上的近紫外线才允许有一定程度的透过。对于３００纳米以下的紫外线，大气几乎是完全不透明的。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|4278 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中10GHz以上电波传播简单小结: williammilo 2010-2-14 01:02; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中10GHz以上电波传播/ 1.高于１０吉赫的无线电波段包括微波高频端、毫米波段和亚毫米波段，上与光波的远红外相连，是无线电频谱的最高端，频率资源丰富，大部分正待开拓。频率高于１０吉赫的无线电波的传播机制主要是视距电波传播。 2.这个频段的电波与大气的相互作用主要有以下三个方面：① 大气折射、大气层结、湍动不均匀性和地面的反射、散射引起的多径衰落和去极化；② 大气吸收，主要是水分子和氧分子的吸收；③ 水汽凝结物（雨、云、雾、雪和冰晶等）及大气中的其他悬浮粒子（烟雾、尘埃、沙暴等）引起的衰减和去极化，其中雨的影响最大。 3.频率高于１０吉赫的无线电波具有传输频带宽、天线波束窄、目标分辨率高、射频设备体积小、能穿透雨、云层、浓雾、浓烟的全天候特性，对于大容量数字通信、雷达和遥感等有重要的应用价值。毫米波段中大气衰减较小的几个较高的所谓“窗口”频段已受到人们的重视。利用这一频段某些大气吸收谱线频率可进行保密通信或低截获雷达侦察。频率高于１０吉赫的电波传播研究将为这一频段的无线电系统设计合理选择频率、确定大气的有效传输带宽、预测传播中断概率、提高通信系统性能、提高雷达和遥感的目标分辨率等提供可靠的传播依据。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|2849 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中波导电波传播的简单小结: williammilo 2010-2-14 00:56; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中波导电波传播/ 1.在某些气象条件下，对流层中可以形成具有一定强度和厚度的准水平大尺度层结。频率足够高的无线电波，在适当的发射方向上，可在相当大的程度上进入其内，如同在波导管中一样，以异常低的衰减进行传播。这就是对流层波导传播。对流层波导出现的概率很小，不太可能应用于可靠的通信系统，但可用于电子侦察和干扰系统。 2.对流层波导的折射模数随高度的变化及电波在波导中的传播在波导传播情况下，能量主要沿水平方向扩散，在垂直方向上则有所限制。因此，传输损耗与距离成正比，而并非与距离平方成正比，波导内的信号强度可能比相同距离的自由空间内的信号强度大。实际上，对流层波导是有泄漏的，当波源在波导内时，在波导外接收信号也是可能的；在视距以外，这种泄漏信号有可能比无波导时更强。根据互易定理，波导信号当然也可以外馈。理论表明，对流层波导的泄漏，不仅产生于波导和地面的不规则性，而且也可以产生于均匀波导。 3.形成波导的气象条件是逆温层和湿度的随高度剧减。建立这个条件的大气过程主要是： ①蒸发过程（由于海面和水面的水汽蒸发而在贴近水面处形成高湿度层）； ②辐射冷却过程（晴空夜晚，由于地面冷却而形成逆温层）； ③平流过程（陆地上的干暖空气吹向湿冷的海面）； ④气流下沉过程（在高压区，下沉气流绝热压缩而增温，并辐射于湿冷的下垫气层上）。结合这一过程，考虑天气形势以及各部位的风向、下垫面的特点，并进行一定的特征量的测量，即可对波导进行预报。总的说来，高压形势有利于波导。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|2959 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中的电波散射简单小结: williammilo 2010-2-14 00:34; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中的电波散射/ 1.利用对流层折射指数随机不均匀体对入射无线电波的再辐射，将无线电波传送到视线距离以外的一种传播方式。大气层中，折射指数是直接影响电波传播的参量。近似地看，对流层折射指数在垂直方向上随高度的增加而减小，在水平方向是均匀的。因此，可以把折射指数的等值面看成是许多与地球同心的球面，这就是所谓的球面分层近似。 2.发射天线辐射的部分能量，因接收天线和发射天线波束相交公共体中不均匀体的作用而偏离原来的方向，能够被布置在地平线以下的接收天线收到。这就是对流层散射传播的机制。当然，这里所说的不均匀体包括尺度很小的不均匀体，也包括尺度很大的折射指数突变的层状结构，但是，湍流引起的小尺度不均匀体是经常存在的，而起反射作用的层结仅在一部分时间内出现。在公共体积中有很多不均匀体，其数目、位置和取向都是随机变化的，因此，各个不均匀体所散（反）射的信号具有随机变化的幅度和相位。这些信号在接收天线处叠加成总的接收信号，其幅度和相位均随机变化，这是散射信号的特点。相反，层反射信号比较稳定，强度也较高，因而可以利用接收信号的这些特点来区分传播机制。 3.散射接收信号的变化可分为慢变化和快变化（快衰落）两类。慢变化指变化周期在１小时以上的变化，通常由气象条件发生变化而引起。散射接收信号具有明显的季节变化，在一年之中，有一个传输损耗最大的月份，也有一个损耗最小的月份。散射信号还有明显的日变化，一般是午后的信号最弱，清晨信号最强。传输损耗还随工作频率而变化：频率在３吉赫以内时，传输损耗与频率的三次方成正比。传输损耗随距离变化的规律比较复杂。粗略地说，距离每增加１００公里，传输损耗要增加十余分贝。信号变化周期在１秒以内的快速起伏称为快衰落。它是由于许多相位和幅度都随机变化的信号相互叠加而引起的。快衰落的次数一般从每秒一次到每秒十几次。它的包络起伏服从瑞利分布。为了对付这种快衰落和保证通信的可靠性，在对流层散射通信电路中，需要采用分集接收技术。适合于散射通信用的分集技术有空间分集、频率分集、极化分集和角分集等几种。 4.接收对流层散射信号时，还会遇到天线增益降低的问题。这是因为到达接收天线口面上的无线电波不是平面波，其幅度和相位都是不均匀的。因此，在天线的照射器上，来波的各个成分不是同相相加，结果信号就没有平面波时那样强，即天线的增益和平面波时相比减小了。天线的口径越大（增益越高），这一现象越严重。对流层散射传播的发现，为微波、超短波多路通信提供了新的途径，全世界已建立许多对流层散射通信电路。同时，对流层散射传播研究还促进了电离层散射传播、流星余迹散射传播的发现和湍动随机介质传播理论的研究。由于卫星通信，特别是同步卫星通信的出现，对流层散射通信的重要性有所降低。但是，它作为一种传播方式，在特殊地区通信、干扰协调距离计算、对流层介质遥感、远距离侦察接收和超视距雷达等方面，仍有广泛的应用前景。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|4751 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中视距传播的简单小结: williammilo 2010-2-14 00:18; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中视距传播/ 1.视距电波传播是指无线电波在视线范围内的传播，即发射点和接收点都在对方的无线电视线范围以内。利用视距传播的微波中继通信和卫星通信电路已遍世界各地，成为远距离大容量通信的主要方式。 2.视距传播研究的主要内容有：地面和地物对电波的绕射、反射和散射；大气层，特别是近地对流层（包括层结）对电波的折射、反射、吸收和散射；大气层水汽凝结体（雨、雾、云、雪、雹等）和沙暴、尘埃、鸟群等悬浮物对电波的吸收和散射；以及由上述传播机理所引起的信号幅度衰落、多径时延、到达角起伏和去极化现象。 3.通常用费涅尔旋转椭球描述传播效果相同的、在路径不同位置上所欲求的射线空隙。这一椭球以发射点和接收点为焦点。越是光滑的地面越能形成强烈的地反射，地反射射线与直射线在接收点形成干涉。大气折射率梯度的随机变化引起电路空隙的随机变化，从而导致接收信号的随机变化，形成障碍衰落。 4.两天线之间的高度间隔的选取，应使在正常传播条件下，一天线工作在干涉损耗曲线的峰值，而另一天线工作在谷值。因而总能保证其中一个天线有较强的信号。采用频率分集也能改善传播效果，但必须使用二个间隔足够大的频率。这两种衰落周期较长，一般由分计直至小时计，故又称慢衰落。视距传播的快衰落是由大气层结反射射线所引起的多径衰落，周期一般由秒直至分。 5.与直接射线相干涉的多径射线可有若干条，但最严重的是具有相等幅度的两射线的干涉，衰落幅度很大。在反气旋、逆温和陆－海空气对流的情况下，大气层中容易出现波导和折射率分布不连续的层结，因而也容易出现多径传播和多径衰落。在水面和平坦地面电路中，在夏季，晚间和宁静天气容易出现衰落。多径衰落除使信噪比降低之外，它的频率选择性和时延特性会引起传输信道的带内幅度和相位失真，误码率增大。这对于大容量宽带数字通信系统特别不利，在中继通信中可用分集和均衡技术加以克服。 6.在大约１０吉赫以下的频率上，多径衰落是去极化的主要原因，它们之间有较高的相关性，天线的交叉极化方向性图越尖锐去极化就越严重。在１０吉赫以上的频率上，非球形雨滴引起的去极化占主要地位。大气层结和反射地面的侧向倾斜、粗糙表面和大气不均匀体的散射也会引起去极化。去极化使单频双极化通信系统产生交叉极化干扰，系统性能降低。空间分集同样有助于克服多径衰落和去极化。 7. 大气折射是影响视距传播效果的主要因素。在１０吉赫以上的频率上，大气、大气层中水汽凝结体和悬浮物的吸收和散射是重要的。广义说来，地－空和空－空传播也属视距传播。在这些传播方式中，主要考虑大气和大气层中沉降物的影响，地面、地物和近地对流层的影响比地面视距传播的小，有时甚至可以忽略不计。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3396 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中对流层检测小结: williammilo 2010-2-13 08:40; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中对流层检测/ 1.这里对流层探测是指对流层无线电气象数据的测量。对流层探测分为折射率测量和水汽凝结物测量两类。前者包括温度、湿度、压强、折射率、湍流和层结等的测量；后者包括云、雾，特别是降水的测量。对流层探测数据是对流层电波传播研究的物理依据。 2. 各地地面折射率、地面以上１公里以及１００米以内的折射率梯度的短期平均值及其分布，一般可利用常规气象台、站的地面温度、湿度、压强记录和探空数据求得。但精细的折射率结构及其变化则需要进行专门测量才能获得。测量有直接测量和遥感两类方法。① 直接测量：将测量仪器放在气象塔、系留气球或飞机上，直接测量仪器所在点的折射率。气象塔可得到连续的、同时的折射率或温度、湿度和压强记录，但受高度和地点的限制；系留气球可对５００米内的折射率结构进行较精细的测量，但只适用于较好的天气；机载折射率仪的测量高度范围较大，能对层结和湍流等进行相当精细的测量，但不能全天候测量。② 遥感：用辐射计、激光雷达、声雷达或微波雷达遥感测量折射率。辐射计一般通过６０吉赫氧辐射带的辐射强度测量而反演大气温度的垂直分布，通过水汽吸收带的太阳辐射衰减或大气亮点温度的测量，以确定水汽密度的高度分布；激光雷达利用氮气的罗曼后向散射测量温度。这种后向散射强度与散射点的温度有关。如果激光雷达工作在两个波长上，其中一个有水汽吸收衰减，比较两个波长的回波衰减即可推算出水汽含量。声波对温度和水汽变化的反应比电波灵敏得多，利用单站声波系统可以探测逆温层的强度和位置。无线电声波系统用电波测量声波在空中的传播速度，借以得到温度的高度分布。由于水汽对声波的吸收是频率和湿度的函数，利用多频声波系统就可以测量湿度剖面；微波雷达也能测量层结和湍流结构等。 3.降水测量包括降雨测量和降雪测量。测量项目有降雨率或降雪率及其时空变化、降雨或降雪的微观结构（粒子形状、倾角、末速度和滴度分布等）。降雨率测量多用时间分辨率相当高的快速响应雨量计或翻斗雨量计进行。气象部门的常规测雨数据经过积分时间修正后，可作为较大范围内的资料，并已提出世界各类雨气候区的参考性降雨率长期分布和有关降雨率时空变化的初步模式。雨滴形状和倾角等可通过照相测量。雨滴一般为扁球状，雨滴越大，则形状越扁。在电波传播研究中，大多采用普鲁帕切－皮特雨滴形状模式。通常，雨滴大小不超过８毫米，对称轴接近垂直线，在风速垂直梯度作用下略有倾斜。 4. 降雨率分布测量方法有多种，包括粉法、过滤纸法、冲击传感法、静电传感法和光学检测法等。粉法和过滤纸法分别根据雨滴在面盘内形成的粉球和在带染料的过滤纸上形成的斑痕大小来确定雨滴大小。冲击传感器一般称雨滴分布仪，它把作用在刚性膜片上的冲量或冲水变成电脉冲。由于雨滴的质量、末速和冲击时间都是雨滴滴度的函数，根据电脉冲幅度分布可换算出雨滴滴度分布。静电传感器和光学检测器则分别通过测量雨滴的电荷和雨滴通过光束时所形成影子的大小来确定雨滴大小。传播研究中使用较多的雨滴滴度分布模式是劳斯－帕森斯分布和马歇尔－帕尔默负指数分布。 5.多参数雷达，包括双频雷达、双极化雷达和多普勒雷达，已成为降水测量方面十分重要的工具。多普勒雷达可以测定相应于各种雨滴速度的频移谱。雨滴速度是滴度的函数，因此，频移谱可以换算成雨滴滴度分布。双极化雷达至少可以测定两个正交极化的反射率，它们正好可用于确定负指数粒子粒度分布模式中的两个参数。如果同时测定两种极化接收信号的相关性和相对相移，还可以同时确定降水粒子的取向。冰雹的双极化差分反射率和衰减与雨不同，因此利用双极化和双频雷达可把冰雹和雨分开。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3208 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中闪烁的简单小结: williammilo 2010-2-12 12:10; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中闪烁/ 1.闪烁是指无线电波穿过大气层传播时，由较小尺度的介质不规则性引起的电波振幅与相位快速随机起伏现象。闪烁原指可见光的忽明忽暗和光源视在位置的不规则抖动，如穿过地球大气层传播的星光闪忽不定。由于无线电波与光波只是在电磁波谱中的频域不同，闪烁一词也被沿用于无线电波。 2 .超短波和微波穿过对流层湍流和电离层电子密度不规则结构传播时，好像透过一个折射率随位置和时间随机分布的薄屏。它使波前受到随机调制，即发生相位起伏；电波离开薄屏继续传播时，畸变的波前引起衍射，到达较远的面上时电波振幅的空间分布呈菲涅耳衍射图样，并随时间无规则起伏。这是较弱不规则性引起闪烁过程的简化物理图像。电离层不规则结构中非常陡的电子密度梯度有可能引起折射散射，从而使超高频电波发生强烈闪烁。 3. 吉赫电波闪烁会引起卫星通信和导航信号深度衰落与畸变，造成通信障碍和误码。闪烁特性的研究可为改进通信系统的设计提供有用信息。利用闪烁效应，还可以研究大气湍流和电离层不规则性的结构及其形成、发展的地球物理过程。研究闪烁的实验手段，主要是在地面上对卫星信标信号进行无线电遥测。闪烁信号的特征用闪烁指数和功率谱等统计学量描述。 4. 闪烁指数表征闪烁的强度，用接收信号功率的方差量度。对流层主要引起１０吉赫以上微波闪烁，其强度随电波频率的升高而增大；电离层主要引起高频至超高频电波闪烁，闪烁强度随频率的升高而依幂律下降。闪烁指数还与传播路径仰角和接收天线口径有关。电离层闪烁的强度在夜间磁赤道附近最高，其次是南北极光带和极区。功率谱描述闪烁信号随空间起伏的波长特征或随时间起伏的周期特征。时间－频谱可描述闪烁信号衰落速率的分布。电离层引起的振幅衰落速率较相位衰落快，甚高频电波振幅最小衰落周期约十几秒。电波频率越高，闪烁速率越快。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|4315 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中去极化的简单小结: williammilo 2010-2-12 11:09; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中去极化/ 1.一种极化态的发射波，在传播过程中除有与发射波极化相同的所谓同极化分量外，还有一部分能量转换为正交极化波能量，即产生交叉极化波分量。去极化常用交叉极化分辨率（ＸＰＤ）或交叉极化隔离度　（ＸＰＩ）表示。ＸＰＤ是指发射单一极化信号时，接收点场的同极化分量与交叉极化分量的功率比；ＸＰＩ是指用同一频率同时传输两路互为正交的极化信号时，其中一种极化波的同极化分量与另一种极化波的交叉极化分量在接收点的功率比。ＸＰＤ或越大，表示去极化效应越小。 2.在微波和波长更短的波段，去极化主要产生于雨、冰晶和多径效应。晴空条件下的去极化主要产生于大气层结和地面的反射。一般说来，由于多径衰落，同极化衰减（ＣＰＡ）增大时，ＸＰＤ下降。因此常用ＣＰＡ的统计分布预测ＸＰＤ的统计分布。 3.雨的去极化效应产生于雨滴的非球对称性。实际雨滴的形状随着直径的增加而成为底部扁平的椭球形，其短轴近似为对称轴，它与垂直方向的夹角为倾斜角。它的散射场由两个特征极化波组成，极化方向分别与对称轴平行和垂直。这两个正交极化波的衰减和相位之差分别称为差分衰减和差分相移，由此导致电波传播极化的改变。去极化的大小取决于入射极化相对于对称轴的取向。雨滴的倾斜角与风向有关，倾斜角一般都比较小，因此垂直极化和水平极化的去极化最轻微，４５°线极化和圆极化的去极化最严重。雨的ＸＰＤ的统计特性取决于ＣＰＡ和雨滴倾斜角的统计分布，并与路径倾角和极化倾角有关。 4.大气融解层上方的冰晶在静电（如雷暴）作用下可按一定方向排列，成为各向异性介质，引起地空电路的去极化。这种去极化主要是由差分相移所致，即使在晴天信号没有什么衰减的情况下，也可能出现明显的去极化。干雪引起的去极化的特征与冰雪的去极化相同，而湿雪的去极化效应甚小。去极化会引起对正交极化传输频率复用系统的交叉极化干扰。对去极化进行研究，一方面要对ＸＰＤ的统计特性作出估计；另一方面要弄清去极化的机理，并据此提出补偿去极化的措施。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|4469 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中大气折射的简单小结: williammilo 2010-2-12 10:57; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中大气折射/ 1.包围地球的大气层从地面一直延伸到几千公里高度，从下到上可分为对流层、平流层、电离层和磁层四层。无线电波在大气层中传播时，由于在各层中的传播速度变化而产生的效应称为大气折射，它对雷达定位、多普勒测速、通信、导航都有影响。所测得的目标角度、距离、高度都存在大气折射误差。大气折射误差可根据大气结构计算求出，称为大气折射误差修正。 2. 射线理论是研究大气折射的基本理论。当无线电波在不均匀介质中传播且其内部反射可忽略时，可用几何光学近似方法对其进行研究。略去地磁场影响，电离层和对流层均为四维（三维空间与时间）不均匀各向同性介质，其中射线是由费马原理推导出的偏微分方程组描述的空间曲线。对四维不均匀大气的大量测量结果表明，通常大气随离地高度的变化比沿球面方向的变化大1～3个量级。因此，在大气折射误差修正中，可假设大气层是球面分层，这时射线服从球面斯涅耳定律。 3.当用等效地球代替真实地球后，除弯曲射线变为直射线外，目标的测得仰角、真实高度、测得距离与地面距离基本都不改变。在计算传播电路时常使用此法。在精度要求不高时，低空对流层折射修正也可采用此法。直接根据球面斯涅耳定律与几何关系，可求得较精确的大气折射误差。 4.由于大气层是假定为球面分层、大气结构具有随机起伏且探测有误差等原因，大气折射误差修正具有不准确性，即大气折射误差修正存在残差。大气折射误差修正残差主要是系统误差，它可用模型表示：距离误差残差在高仰角时与测得仰角余割成正比，在低仰角时是测得仰角余割的三次代数式；仰角误差残差在高仰角时与测得仰角余切成正比，在低仰角时是测得仰角余切的三次代数式。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|4004 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中雨衰减的简单小结: williammilo 2010-2-12 10:40; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中雨衰减/ 1.在微波和波长更短的波段，雨水的电导率较高，雨滴大小接近或大于波长，当电波通过雨区传播时，雨滴除吸收一部分能量外，还使入射波向各个方向散射。对于几吉赫以上频段的无线电系统，雨衰减是限制其性能的主要因素之一，它使传播中断概率增大、有效作用距离缩短。 2. 单位路径长度上的雨衰减即衰减率，主要与频率和雨滴尺度分布即雨滴谱有关。雨水温度只对２０吉赫以下频段影响较大。由于实际雨滴的非球对称性，雨衰减还与极化有关，水平极化波的衰减大于垂直极化波的衰减。 3.实验表明，雨滴谱服从劳斯－帕森斯分布。在吉赫以下，雨衰减随频率迅速增大，在１００吉赫以上变化较平缓，到１０００吉赫则接近光学极限。实用的预测方法是利用点雨强的累积分布，预测路径雨衰减的长期分布，如等效路径长度法和等效路径平均雨强法。 4. 地面和地空路径雨衰减可以通过测量晴天和降雨时接收电平之差直接得出。辐射计和测雨雷达广泛用于地空电路的雨衰减测量。测雨雷达，特别是双频或双极化雷达，可以测量雨滴谱特性，并给出雨强的时空变化。这是研究地空路径分集特性的有效工具。为了减小雨衰减的影响，利用降雨的空间不均匀性，可采用站址分集的方法。分集效果与站距有关，站距一般为几公里到十几公里。为了提高分集效果，须加强对各个雨气候区降雨空间结构的了解，以便根据具体路径选择合适的站距和基线取向。站址分集的研究尚不够成熟，但它对于减小频率较高、雨衰减较大的通信系统（如吉赫的卫星通信广播系统）的传播中断率具有重要意义。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3252 次阅读|0 个评论

对流层电波传播中的大气吸收简单小结: williammilo 2010-2-12 09:45; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/对流层电波传播中的大气吸收/ 1.在微波和毫米波段，氧和水汽是大气气体吸收的主要成分。氧分子具有磁偶极矩，水分子具有剩余电偶极矩。在电磁场的作用下，当电磁波的频率与分子转动能级跃迁频率一致时，分子吸收电磁波的能量，其转动能级由低向高跃迁，形成共振吸收。在分子碰撞的情况下，这种共振吸收谱线不是频率单一的谱线，而是有一定的频谱宽度。这样，氧和水汽不仅激烈地吸收频率与吸收谱线中心频率十分相近的电磁波，也会吸收频率不一致的电磁波。 2.水汽和氧的吸收系数都是吸收谱线中心频率、谱线强度与谱线半宽度三个参数的函数。氧在１１８.７５吉赫有一孤立吸收线；在４８.４～７１.０５吉赫的频率范围有４５根谱线，形成一个以６０吉赫为中心的吸收带；此外，还有一根谱线在零频。水汽有很多谱线，在３５０吉赫以下频段有三根谱线分别在２２.３吉赫、１８３.５吉赫和３２３.８吉赫频率上。谱线的强度和半宽度与大气压力、温度和水汽密度有关。因此，可以利用气象仪器测得的气压、温度和水汽密度计算某一频率的氧和水汽的吸收系数。 3.沿射线路径氧和水汽的吸收系数一旦确定，求出吸收系数沿路径的积分值，即得沿此路径上大气气体的总衰减。总衰减与路径的仰角和高度范围等有关。在大气吸收谱线之间，有一些大气吸收相对轻微的频段，称为大气窗口。通常，当频率超过３吉赫时就应考虑大气吸收。利用大气窗口可获得较远的无线电作用距离，如通信距离和雷达作用距离等，吸收谱线可用于保密通信和低截获概率雷达等；大气吸收系数随高度的变化可作为权函数用于大气温度遥感。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3680 次阅读|0 个评论

电波传播中对流层电波传播的简单小结: williammilo 2010-2-12 09:35; 我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/电波传播中对流层电波传播/ 1. 对流层电波传播是受地球大气低层电特性所制约的电波传播，包括对流层中和透过对流层的电波传播。对流层位于地球大气低层，自地面向上延伸，延伸高度在极区约为９公里，在赤道上空约为１７公里，在中纬区约为１２公里。除局部的温度逆转外，对流层温度随高度的增加而递减。 2.折射率随时间和空间而变化，包括大尺度的、较缓慢的宏观变化和小尺度的、较快的湍流起伏。宏观变化可按高度分层，其长期平均高度剖面可由负指数模式描述；短期平均高度剖面和折射率垂直梯度在长的统计期间随机变化。在一定地区的小部分时间内，某些大气过程在一定高度范围内会形成异常的负或正折射率梯度层。湍流结构一般可视为各向同性，但也可能出现高度各向异性。 3.在１０吉赫以上频段中，大气分子、水汽凝结体和其他大气微粒呈现出程度不等的、与频率有关的复介电特性。大气分子的电特性与大气的温度、湿度和压强也有关系。水汽凝结体等的细微结构（形状、尺度分布、取向和降落速度等）和时空变化是十分重要的无线电气象参数。对流层中主要的传播方式或效应有：大气折射、波导传播、对流层散射、多径传播、大气吸收，以及水汽凝结体和其他大气微粒的吸收和散射。 4.对流层传播除可按传播方式分类外，也可按传播范围和频段分类。按传播范围分，有视距传播、超视距传播和地空传播等。地空传播也可归入视距传播。视距传播的基本方式是直射传播，但受对流层和地面的复杂影响。超视距对流层传播的常见方式是对流层散射，有时也可能是波导传播。按频段来分，有超短波传播、微波传播、毫米波与亚毫米波传播和光波传播等。超短波和较长的微波可作视距传播，也可作超视距传播。１０吉赫以上频段的无线电波和光波，一般都只限于视距传播。 5.精密雷达都采用对流层传播方式，特别是视距传播方式。尤其在微波和更高频段，雷达与目标之间的对流层效应是突出的传播问题。微波和毫米波遥感也直接或间接地利用大气吸收和云雾衰减效应。现代对流层传播的研究，主要集中于１０吉赫以上频段的电波传播问题、广播和移动通信中的传播问题以及多径效应等。毫米波在实用上具有突出的优点，因此对流层传播研究正向毫米波方向扩展。; 个人分类: 电子信息工程与计算机科学|3793 次阅读|0 个评论

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标签: 对流层

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