论文研究-大气折射对电磁波传播的影响 .pdf

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大气折射对电磁波传播的影响,陈曦,张中兆,对电波传播中由对流层大气折射产生的影响进行定量分析。根据文献建立起三段式指数型分布的大气折射率模型。对折射误差进行建模分
国科技论文在线 折射引起的角度误差A 由图可知0=-0,=°-0,所以飞机俯角误差△=b-0=0-0。0与O 具有相似的计算方法,只是地心角值不同。以∂为例,正弦定理有 余弦定 由式可得折射式的地心角g,所以 = 当计算∂时,对应的地心角为 十 结果仿真 初始条件为 (视距临界), 由表中数据和图、图的变化趋势可知,随着的増加,∧增加越来越快,当接 近临界距离时变化量非常大;Δθ增大的越来越缓慢,变化量相对较小。从误差分析可以看 出,折射引起的小角度误差会产生很大的距离偏差。 表取不同值时的误差 △b(度) 0.2 80 0.15 60 0.1 300 0 200 300 距离L(Km) 距离L(Km) 图A随着的变化关系 图△B随着的变化关系 △日 天线俯仰角修正 在前面讨论的基础上,如果同时改变飞机天线的指向和地面站天线的角度,可以使电波 经折射后的最人辐射方向恰好对准地面站天线。 视距内传播 电波在视距内传播时,此时的极限距离为 ,地面站大线直视仰角为正,考 虑折射而修正后的地面站天线的仰角为由图中分析可知B+A="且B≈0,所以 ∂+A≈°。由式得∂+-,我们可以确定常数 A +,代入式 国科技论文在线 得出地心角: 由于地面站和机的位置均不变,这里的地心角φ还可由初始条件决定的。 将 +代入式,并设函数 只要我们求解出此函数的零 点,就可以得到考虑折射影响后的地面站天线仰角。 考虑折射影响而修正后的飞机大线俯角为θ,由式得6 超视距传播 由于大气折射使传播路径发生弯由,电波可以传播到比直线视距更冮一点的地方,根据 等效地球半径法近似有 当不考虑大气的折射影晌时,电波直线传播,视线临界情況为视线与地平面相切,如图 所示。此时极限地心角和地表距离为 ,而折射所能看到的 最大距离 实际可能还会大些。这里的研究目的就是在给定距离范围 (超视距),如何修正折射引起的地面站天线仰角(此时为负)和飞机天线 俯角误差。 图电波传播的临界情况 当地面站天线处于负仰角工作时,在传播过程中一定会出现O°,假设此时的折射点 海拔高度为,那么 山图可知9=9+9,由式得:g∫ a。所以 有: p 这里只要求出就可以得到由此计算出需要的角度值。由式可得: 地面天线的仰角与飞机天线的俯角变化量分别为A= △b=6-b。 设函数 式。这样就把角度问题转化为更好求解的高度问题,即求下面 区数的零点位置: 但是,由于在计算中一定会出现∂°的情况,此时8→∞,代入上式不符合实际 国科技论文在线 所以我们需要对于∂“处的折射公式作修正。由图可知,地心角变化量为 9-B-0 当β接近于时,近似有g=“-0,带入式,得到经修正后的式为 结果仿真 视距内传播 初始条件仍为 ,在视距范围内时 直线传播时的 地面站大线初始仰角的计算如下: 折射传播时,地面站天线仰角等于式的零点,仰角变化量△ 飞机天线的初始俯角与地面站天线初始仰角的计算方法相似,公式如下: + 折射时的俯角a= ,俯角变化量△O=0-日 表 时的各角度值 (度) △(度) 度)b(度)A(度) 0.21 0.34 C.32 0.28 02900310320303408503603709003102030340350360370 距离LKm) 距离L(Km) 图△随着的变化关系 图θ随着的变化关系 △日 从表以及图和图中的变化可知,各角度变化量随着距离的增大而增大,增长速 度较平稳,有增大趋势。对于地面站天线,角度修正量与仰角相比拟,对于方向性很強而波 瓣较窄的天线,只有修正的必要性。而对于飞机上的天线,由前面的分析可知,虽然角度修 国科技论文在线 正量很小,但其引起的主辐射方向偏折很大,相差数十公里,所以在实际中也必须修正 超视距传播 此时,取 (稍大些),地面站天线仰角为负。初始角度计算与式 基本相同。由式求得,再根据式求得折射情况下的飞机和地面站天线的俯仰角。 这里的选取应使函数曲线尽量平滑,值得注意的是的选择直接决定函数域内是否存在 零点以及结果的准桷性。经过仿貞计算分析,般可以选择=+的范围内。 表 取几组典型值时的各角度值 () (度) (度)A(度)6(度)O(度)△O(度) 0.34 0.55 数据点 平滑后 0.5 0.32 0.45 0.4 0.3 035 共0.3 0.25 410 440450460470 410420430440450460470 距离( 距离L(Km) 图△随着的变化关系 图△O随着的变化关系 △ △b 由表中数据以及图和图可以看岀,随着距离的增大,地面站天线的仰角继续减小, 角度修正量不断增大,在接近极限距离时修正量达到最大值,此时 由于 天线在负角度工作时地亩干扰对天线的作用増强,所以进行修正后势必会带来天线性能的整 体提升。这里飞机大线的修正理由和视距内传播时相同,而且越大偏折越显著,所以也需 要修止。 结论 本文首先证实随着距离的增大,折射引起的误差也增大,其中距离误差变化越来越快, 角度误差变化越来越缓慢,在临界距离时达到最大值。由于长距离传播时飞机天线的角度误 差引起地面距离巨大偏差,从而得出修正的必要性。 误差随着距离增长,那么修正量也应该增长,这点可以从仿真图中看出。地面站天线的 修正量与其工作仰角相比拟,需要修正。超视距情况下,山于处于负仰角,地面对天线的工 国科技论文在线 作状态影响很大,大线的仰角修正意义重大 本文分析结果对航空通信、空对地雷达定位的研究与应用具有一定的指导意义和参考价 值, 参考文献 梁毅对流层折射误差分析四川大学硕士论文 裴旭马东立等效地球半径法应用中的问题北京航空航天大学学报

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