降雨空间分布模拟及雨衰减分析

摘要

随着通信频率的提高,降雨对于通信链路的影响愈加明显。本文首先描述了与降雨有着密切关系的云的分类情况和三种模拟立体云的基本方法,并从宏观和微观两个方面介绍了雨的物理特性,以及对水的介电特性和特征雨衰减的计算方法作了简要描述。其次,对分形的创立和定义作了详细的介绍。基于分形理论的Diamond-Square算法,对指数雨胞模型和混合雨胞模型进行了改进,模拟了北京和海口两个地区的降雨率空间分布,结果表明:利用Diamond-Square算法模拟的降雨率空间分布更能反映降雨率空间分布的细节。与指数雨胞模型和混合雨胞模型模拟的降雨率空间分布相比,分形方法模拟的降雨率空间分布更合理,且更接近于实际情况。基于分形理论的Soneira-Peebles模型,模拟了降雨云的空间分布,并结合西安地区夏季降水性层状云含水量的数据,计算得到这三种含水量情况下降雨云相应的降雨率空间分布。结果表明:不同类型的降雨云相应的降雨率空间分布大小是不相同的。每次模拟产生的降雨云的空间分布和降雨的空间分布是不同的,随机的。根据ITU-R推荐的地—空路径降雨衰减计算方法,研究了模拟雨区中,不同路径仰角的Ka波段降雨衰减特性。分析了当运动目标通过经过均匀雨区和不均匀雨区两种情况下,路径仰角快速变化与雨衰减的相互关系。基于实测的降雨衰减空间分布,计算了仰角快速变化时的降雨衰减值,并将模拟的雨衰数据与之比较。由结果可知,在与实测降雨衰序列类似的情况下,雨衰减随路径仰角快速变化的趋势大体相同,从而再次表明,用分形方法模拟降雨率空间分布是可取的、合理的。降雨环境下电波传播降雨动态信道分析,对无线通信系统的抗衰落技术的应用和发展,具有重要的理论和实际意义。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 雨衰减动态特性发展概况

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 云和雨的物理特性

2.1 云的分类及模拟方法

2.2 雨的物理特性

2.3 水的介电特性

2.4 特征雨衰减

2.5 本章小结

第三章 雨胞的分形方法模拟

3.1 分形理论

3.2 指数雨胞模型

3.3 混合雨胞模型

3.4 分形方法模拟雨胞

3.5 本章小结

第四章 降雨空间分布的模拟

4.1 Soneira-Peebles模型

4.2 利用Soneira-Peebles模型模拟云的空间分布

4.3 模拟降雨空间分布

4.4 本章小结

第五章 降雨衰减特性分析

5.1 ITU-R地空路径降雨衰减计算

5.2 利用ITU-R模型计算雨衰减值

5.3 利用实测降雨数据计算降雨衰减值

5.4 本章小结

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果