专利名称：用于估算30~100GHz电磁波归一化雾衰减的经验公式的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种估算3(T100GHZ电磁波归一化雾衰减的方法，属于对流层电波传输领域。
背景技术：
毫米波与微波系统几乎具有同样悠久的历史，但是由于毫米波波长较短的缘故，使其在大气传播过程中损耗较大，而功率源等关键器件此前一直发展缓慢，导致了毫米波技术的应用远不如微波技术广泛。近年来，毫米波固态源、新型高功率毫米波电真空源等技术的发展和突破，使毫米波系统重新受到众多学者的关注。目前，毫米波频段暂无确切的定义，一般将3(T300GHz(对应f IOmm波长)的频域成为毫米波。毫米波在大气中传输时会受到严重的衰减，雾就是其中一个重要的影响因素。现阶段，计算电磁波归一化雾衰减K1 (单位dB/km/g/m3)的方法主要有两种:Mie散射理论和Rayleigh吸收近似模型。Mie散射理论假设悬浮颗粒近似为球体，可用于计算雨、雾、沙尘等引起的电磁波衰减值，计算结果精确，但 是计算复杂度很高，运算过程涉及到贝塞尔函数、汉克函数等复杂函数，并且计算结果容易发散。相比于Mie散射理论,Rayleigh吸收近似模型计算过程简单,具体计算公式如下:K1 = (0.819f) / [ ε i (1+ η2) ](I)η = (2+er)/￡i⑵ε r = ( ε 0-ε ^/[!+(f/fp)2] + ) ε「ε 2)/[l+(f/fs)2]+ε 2(3)ε i = [f*( ε - ε ^!/{^[1+(^)2]} + ^^ ε「ε 2)]/{fs*[l+(f/fs)2]}(4)fp = 20.09-142.4 ( θ -1) +294 ( θ -1)2⑶ε 0 = 77.66+103.3 ( θ -1)(6)ε ! = 5.48(7)θ = 300/Τ⑶其中，绝对温度T的单位为开尔文。若电磁波波长远大于雾滴尺寸，可使用Rayleigh吸收近似模型代替复杂度很高的Mie散射理论用于计算归一化雾衰减。从公式(1Γ(8)可知:虽然相对于Mie散射理论来说，Rayleigh吸收近似模型较简单,但是计算过程仍显复杂。为进一步简化计算过程并方便工程上应用，多名学者建议可在损失部分精度的前提下，使用复杂度更小的Rayleigh吸收近似模型的近似表达式(经验公式)估算归一化雾衰减。目前，已有的经验公式包括:Staellin经验公式(1966年)、Benoit经验公式(1968年)、Altshuler经验公式(1984年),Liebe经验公式(1989年)以及赵振维经验公式(2000年)。各公式的具体形式如下:
权利要求
1.本发明提出一个用于估算电磁波归一化雾衰减的经验公式，在温度范围为-8 20° C时，可用于估算由于雾所引起的频率范围为3(T100GHZ电磁波的衰减值；其特征在于选取的公式模型为 Klnew = A(f) ΘΒ (I) 其中，Kljirat表示电磁波雾衰减的归一化值,单位(dB/km)/ (g/m3) ； θ = 300/T,绝对温度T单位为开尔文；A(f)与B(f)形式为 A (f) = paral+para2*fpara3(2) B (f) = para4+para5*f+para6*f2(3) 式中，paral^para6为6个待定参数。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，确定参数paral"para6的具体方法如下: a)令Θ= 1，此时1(11^ =六的，在0 10006取内任意选取包含3(TIOOGHz的频段(例如25 305GHz),利用Rayleigh吸收近似模型(理想模型)计算Θ = I时该频段的归一化雾衰减数据K1 κ，利用A (f)对上述K1 κ数据进行拟合，计算3(T100GHZ频段下所得拟合式的Kl new (一维数组)与Rayleigh吸收近似模型的Klji (一维数组)的相对误差绝对值的最大值ABS，对比分析(TlOOOGHz内所有包含3(Tl00GHz的频段所对应的拟合式的ABS，选取其中ABS最小的拟合式作为最佳A(f)，利用上述方法可得当频段取23 IOOGHz时ABS为1.37%，此时所得拟合式最佳，并且 paral = -0.10606, para2 = 0.0016174，para3 = 1.69238 ； b)在a)基础上，还需确定para4"para6,此时令温度t(单位。C)分别等于-8、-7...19,20,由式⑴得到29个与温度无关(此时温度为常数，t分别为-8、-7...19,20)的模型，与a)方法类似选取所有包含3(Tl00GHz的频段，对应每个频段，由于温度选取的不同，可得到29个拟合式，计算3(Tl00GHz频率范围、_8 20° C温度范围内的Kl new (二维数组)和K1k (二维数组)，分别计算29个拟合式的ABS，并选取对应ABS最小的拟合式作为备选拟合式；对比分析(TlOOOGHz内所有包含3(Tl00GHz的频段所对应的备选拟合式的ABS，选取其中ABS最小的备选拟合式作为最佳拟合式，计算结果表明，当温度为-4° C、频率范围选取21 154GHz时，ABS为4.4709%，此时拟合式最佳，并且para4 = 9.2419, para5 = -0.068303, para6 = 3.5235X 10_5 ； 综上，最终的经验公式为=(-0.10 Μ+0.0016Π4/丨厕8)*#24獅邏30y+3J236x,
全文摘要
当电磁波波长远大于雾滴尺寸时，Rayleigh吸收近似模型可用于计算雾对电磁波产生的衰减，虽然计算结果精确，但是计算过于复杂，本发明提出了一个用于估算电磁波归一化雾衰减的经验公式该公式适用的温度范围为-8~20°C、频率范围为30~100GHz，与现有的经验公式相比，该经验公式计算精度更佳、相关系数更高，计算结果表明本发明提出的经验公式与Rayleigh吸收近似模型的相对误差绝对值的最大值不大于4.48%。
文档编号G06F19/00GK103177181SQ20121054971
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者毛峡, 刘运龙 申请人:北京航空航天大学