衛(wèi)星鏈路中的雨衰如何計算？
[導(dǎo)讀]雨衰是指因降雨造成的每千米的鏈路衰減（如圖1）。使用此圖表時，應(yīng)從橫坐標(biāo)上的頻率開始看。垂直移動至預(yù)期的降雨量線上，然后再向左移動到縱坐標(biāo)上，即可得到每千米的雨衰。圖1中所含的表給出了幾種降雨量和霧密度的衰減圖曲線，接著將每千米的衰減乘以鏈路穿過雨的距離。圖1雨衰是頻率和降雨量的...
雨衰是指因降雨造成的每千米的鏈路衰減（如圖1）。使用此圖表時，應(yīng)從橫坐標(biāo)上的頻率開始看。垂直移動至預(yù)期的降雨量線上，然后再向左移動到縱坐標(biāo)上，即可得到每千米的雨衰。
圖1中所含的表給出了幾種降雨量和霧密度的衰減圖曲線，接著將每千米的衰減乘以鏈路穿過雨的距離。
圖1 雨衰是頻率和降雨量的函數(shù)
對于空間鏈路，還有另一個復(fù)雜的問題。太空不存在降雨。因此雨衰僅適用于降雨開始的高度和地球站的高度之間。
圖2給出了0°等溫線的高度與緯度和概率的關(guān)系。雨從處于0攝氏度的大氣（即0°等溫線）的高度下降。在這個高度往上，雨水凍結(jié)成冰，而冰造成的衰減可以忽略不計。
圖2 ?0°等溫線落在給定高度以下的概率是緯度的函數(shù)
如圖3所示，通過將0°等溫線高度除以該角度的正弦值來計算穿過雨的路徑長度。注意，如果鏈接是在衛(wèi)星和飛機之間，則雨衰適用的距離是0°等溫線以下的鏈路部分。圖3
地球終端相對飛機的高度。由于雨衰是概率性的，而不是可時刻計算的，故圖1中的圖表（0°等溫線高度相對于緯度的概率）十分有參考意義。例如，如果考慮鏈路性能水平的99%可靠性，應(yīng)從地球站的緯度開始，然后上移到1%線，接著左移到縱坐標(biāo)，即可找到0°等溫線的預(yù)期高度。
舉個例子：在北緯40°，1%線大約位于2 km的高度，衛(wèi)星位于當(dāng)?shù)氐仄骄€上方30°，30°的正弦為0.5。因此，穿過雨的距離為2 km / 0.5 = 4 km。如果下大雨且鏈路為15 GHz，則雨衰（見圖2）為0.73 dB/km乘以4 km，即2.9 dB。如果下小雨，每千米雨衰為0.033 dB/km，由此可得10 km以上的雨衰為0.3 dB。
圖4說明了衛(wèi)星在當(dāng)?shù)氐仄骄€上方的高度可根據(jù)定義的平面三角形確定。
圖4 ?地球衛(wèi)星的垂直高度可由衛(wèi)星、地面站和地心形成的平面三角形計算得出。通過地面站位置、衛(wèi)星和地心確定。
用衛(wèi)星和地面站位置舉例：
該衛(wèi)星在位于1,000 km高的圓形軌道上運行。則圖4中的a邊為6,371 km，b邊為7,371 km。衛(wèi)星SVP為東經(jīng)200°，北緯45°。地面站位于東經(jīng)230°和北緯20°。
計算可知，SVP與地面站之間的地心角（圖4中的角D）為35.1°。從衛(wèi)星到地面站（圖4中d邊）的鏈路距離為4,254 km。
對平面三角形使用正弦定律：角B =arcsin [ ( bsinD ) d = [ ( 7371×.5750 ) / 4254 ]?arcsin [ 0.9963 ] 85,1°或94.9°，因為角B大于90°，所以是94.9°。
圖5 ?緯度20°處的1% 0°等溫線高度為4.4 km。
地平線與圖中的a邊成90°角，因此衛(wèi)星與地面站的地平線成4.9°角。由圖1可得出，在緯度20°處的1% 0°等溫線高度為4.4 km。所以鏈路穿過雨水的距離為：
4.4 km / sin4.9° = 4.4 km / .089854 = 49 km
參照圖1，如果鏈路為15 GHz，且有大雨，則雨衰為0.73 dB/km。因此，雨衰為49 km×0.073 dB/km = 35.8 dB。
如果鏈路頻率較低（選擇5 GHz），每千米的衰減僅為0.043 dB/km，因此雨衰僅為2.1 dB。
本文參考2021年EW-105《Space Electronic Warfare》
雷達通信電子戰(zhàn)
永久鐵桿會員及全場通用的用戶可以進入更新文件夾查看本文的WORD可編輯版，其中公式是由mathtype編輯過的，可修改使用。
圖1中所含的表給出了幾種降雨量和霧密度的衰減圖曲線，接著將每千米的衰減乘以鏈路穿過雨的距離。
圖1 雨衰是頻率和降雨量的函數(shù)
對于空間鏈路，還有另一個復(fù)雜的問題。太空不存在降雨。因此雨衰僅適用于降雨開始的高度和地球站的高度之間。
圖2給出了0°等溫線的高度與緯度和概率的關(guān)系。雨從處于0攝氏度的大氣（即0°等溫線）的高度下降。在這個高度往上，雨水凍結(jié)成冰，而冰造成的衰減可以忽略不計。
圖2 ?0°等溫線落在給定高度以下的概率是緯度的函數(shù)
如圖3所示，通過將0°等溫線高度除以該角度的正弦值來計算穿過雨的路徑長度。注意，如果鏈接是在衛(wèi)星和飛機之間，則雨衰適用的距離是0°等溫線以下的鏈路部分。圖3
地球終端相對飛機的高度。由于雨衰是概率性的，而不是可時刻計算的，故圖1中的圖表（0°等溫線高度相對于緯度的概率）十分有參考意義。例如，如果考慮鏈路性能水平的99%可靠性，應(yīng)從地球站的緯度開始，然后上移到1%線，接著左移到縱坐標(biāo)，即可找到0°等溫線的預(yù)期高度。
舉個例子：在北緯40°，1%線大約位于2 km的高度，衛(wèi)星位于當(dāng)?shù)氐仄骄€上方30°，30°的正弦為0.5。因此，穿過雨的距離為2 km / 0.5 = 4 km。如果下大雨且鏈路為15 GHz，則雨衰（見圖2）為0.73 dB/km乘以4 km，即2.9 dB。如果下小雨，每千米雨衰為0.033 dB/km，由此可得10 km以上的雨衰為0.3 dB。
圖4說明了衛(wèi)星在當(dāng)?shù)氐仄骄€上方的高度可根據(jù)定義的平面三角形確定。
圖4 ?地球衛(wèi)星的垂直高度可由衛(wèi)星、地面站和地心形成的平面三角形計算得出。通過地面站位置、衛(wèi)星和地心確定。
用衛(wèi)星和地面站位置舉例：
該衛(wèi)星在位于1,000 km高的圓形軌道上運行。則圖4中的a邊為6,371 km，b邊為7,371 km。衛(wèi)星SVP為東經(jīng)200°，北緯45°。地面站位于東經(jīng)230°和北緯20°。
計算可知，SVP與地面站之間的地心角（圖4中的角D）為35.1°。從衛(wèi)星到地面站（圖4中d邊）的鏈路距離為4,254 km。
對平面三角形使用正弦定律：角B =arcsin [ ( bsinD ) d = [ ( 7371×.5750 ) / 4254 ]?arcsin [ 0.9963 ] 85,1°或94.9°，因為角B大于90°，所以是94.9°。
圖5 ?緯度20°處的1% 0°等溫線高度為4.4 km。
地平線與圖中的a邊成90°角，因此衛(wèi)星與地面站的地平線成4.9°角。由圖1可得出，在緯度20°處的1% 0°等溫線高度為4.4 km。所以鏈路穿過雨水的距離為：
4.4 km / sin4.9° = 4.4 km / .089854 = 49 km
參照圖1，如果鏈路為15 GHz，且有大雨，則雨衰為0.73 dB/km。因此，雨衰為49 km×0.073 dB/km = 35.8 dB。
如果鏈路頻率較低（選擇5 GHz），每千米的衰減僅為0.043 dB/km，因此雨衰僅為2.1 dB。
本文參考2021年EW-105《Space Electronic Warfare》
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