Рекомендация мсэr p. 45216 (072015) Процедура прогнозирования для оценки
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
Рек. МСЭ-R P.452-16 21 Рассчитаем воображаемые минимальные основные потери передачи, L minb0p (дБ), связанные с распространением в пределах прямой видимости и дифракцией на субтрассах над поверхностью моря: 0 50 0 50 0 0 0 ) ) 1 ( ( ; ) 1 ( β для ω β для ω β p F L L L L p L L L i bd dp b bd dp p b p minb дБ, (60) где: L b0p : воображаемые основные потери передачи в пределах прямой видимости, не превышаемые для p% времени, определяемые из уравнения (11); L b0 : воображаемые основные потери передачи в пределах прямой видимости, не превышаемые для % времени, определяемые из уравнения (12); L dp : дифракционные потери, не превышенные для p% времени, рассчитанные с использованием метода, описанного в п. 4.2. Рассчитаем воображаемые минимальные основные потери передачи, L minbap (дБ), связанные с усилением уровня сигнала в пределах прямой видимости и загоризонтным усилением: η η η p b ba minbap L L L 0 exp exp ln дБ, (61) где: L ba : основные потери передачи за счет отражения в волноводе/слоях атмосферы, не превышенные для p% времени, определяемые из уравнения (46); L b0p : воображаемые основные потери передачи в пределах прямой видимости, не превышенные для p% времени, определяемые из уравнения (11); η = 2,5. Рассчитаем воображаемые основные потери передачи, L bda (дБ), связанные с дифракцией и усилением уровня сигнала в пределах прямой видимости либо за счет отражения в волноводе/слоях атмосферы: bd minbap k minbap bd minbap bd minbap bd bda L L F L L L L L L L для для ) ( ; дБ, (62) где: L bd : основные потери передачи для дифракции, не превышаемые для p% времени, из уравнения (44); F k : коэффициент интерполяции, полученный из уравнения (59) в соответствии со значениями p и 0 Рассчитаем изменяющиеся потери основной передачи, L bam (дБ), учитывающие дифракцию и усиление уровня сигнала в пределах прямой видимости либо за счет отражения в волноводе/слоях атмосферы: j bda p minb bda m ba F L L L L ) ( 0 дБ. (63) Рассчитаем окончательные основные потери передачи, не превышаемые для p% времени, L b (дБ): hr ht L L b A A L bam bs 2 , 0 2 , 0 10 10 log 5 дБ, (64) где: A ht, hr : дополнительные потери для учета экранирования передатчика и приемника в результате отражения от местных предметов. Они должны быть установлены на нуль при отсутствии такого экранирования. 22 Рек. МСЭ-R P.452-16 4.7 Расчет потерь передачи Метод, описанный выше в пп. 4.1–4.6, определяет основные потери передачи между двумя станциями. Для расчета уровня сигнала на одной станции в результате действия помех от другой станции необходимо знать потери передачи, учитывающие коэффициенты усиления антенн двух станций в направлении радиотрассы (т. е. трассы прихода помехи) между ними. Следующая процедура предоставляет метод расчета потерь передачи между двумя наземными станциями. В данном методе в качестве промежуточных этапов представлены также формулы для расчета длины трассы по дуге большого круга и углового расстояния, основанные на географических координатах станций, в отличие от вывода этих параметров из профиля трассы, как предложено в таблице 3. Рассчитаем угол, образованный трассой в центре Земли, , из географических координат станций, используя формулу: δ = arccos(sin(φ t ) sin(φ r ) + cos(φ t ) cos(φ r ) cos(ψ t – ψ r )) рад. (65) Расстояние по дуге большого круга, d, между станциями равно: d = 6371 · км. (66) Рассчитаем опорное направление (азимутальное направление по часовой стрелке от истинного севера) от станции t к станции r, используя формулу: tr = arccos({sin( r ) – sin( t ) cos( )}/sin( ) cos( t )) рад. (67) Выполнив расчет по уравнению (67) для случая t – r > 0, имеем: tr = 2π – tr рад. (68) Рассчитаем опорное направление от станции r к станции t, rt , за счет симметрии уравнений (67) и (68). Далее предположим, что направление главного луча (опорное направление) станции t соответствует ( t , t ) по (углу места, пеленгу), в то время как направление главного луча станции r соответствует ( r , r ). Для получения углов места радиотрассы (т. е. трассы прихода помехи) на станциях t и r, pt и pr соответственно, необходимо различать трассы прямой видимости и загоризонтные трассы. Например, для трасс прямой видимости: e t r pt a d d h h 2 рад (69a) и e r t pr a d d h h 2 рад, (69b) где h t и h r – высоты станций над средним уровнем моря (км), в то время как для загоризонтных трасс углы места задаются их соответствующими углами горизонта: 1000 t pt рад (70a) и 1000 r pr рад. (70b) Заметим, что углы радиогоризонта, t и r (мрад), впервые встречаются в таблице 3 и определены соответственно в пп. 5.1.1 и 5.1.3 Прилагаемого документа 2 к Приложению 1. Для расчета внеосевых углов для станций t и r, t и r соответственно, в направлении трассы прихода помех на станциях t и r рекомендуется использовать: χ t arccos(cos(ε t ) cos(ε pt ) cos( tr – t ) + sin(ε t ) sin(ε pt )) (71a) и Рек. МСЭ-R P.452-16 23 r = arccos(cos( r ) cos( pr ) cos( rt – r ) + sin( r ) sin( pr )). (71b) Коэффициенты усиления (дБ) антенн для станций t и r, G t и G r соответственно, получаем, используя их соответствующие внеосевые углы. Если фактические диаграммы направленности излучения антенн неизвестны, то изменение усиления в зависимости от углов внеосевого излучения можно определить из информации в Рекомендации МСЭ-R S.465. Для получения потерь передачи, L, используем формулу: L = L b ( p) – G t – G r дБ. (72) Для сценариев помех в условиях ясного неба, когда распространение радиоволн определяется преимущественно тропосферным рассеянием, углы места будут ненамного больше углов радиогоризонта t и r . Использование этих углов приведет к незначительной ошибке, если только они не будут также совпадать с опорными направлениями соответствующих станций. 5 Прогнозирование помех за счет рассеяния в гидрометеорах В отличие от предыдущих рассмотренных выше методов прогнозирования в условиях ясного неба описываемая далее методика прогнозирования помех за счет рассеяния в гидрометеорах формулирует выражения для потерь передачи непосредственно между двумя станциями, поскольку при этом требуется знание диаграмм направленности излучения мешающей и испытывающей помехи антенн для каждой станции. Этот метод является довольно общим в том смысле, что он может использоваться с любой диаграммой направленности антенны и обеспечивает метод определения усиления антенны для любого угла вне оси основного излучения. Могут использоваться все диаграммы направленности, такие как приведены, например, в Рекомендациях МСЭ-R P.620, МСЭ-R F.699, МСЭ-R F.1245, МСЭ-R S.465 и МСЭ-R S.580, как и более сложные диаграммы, основанные на функциях Бесселя, и реальные измеренные диаграммы, если они доступны. Данный метод может также использоваться со всенаправленными антеннами или секторальными антеннами, такими как описаны в Рекомендации МСЭ-R F.1336, усиление которых обычно определяется исходя из вертикального угла вне оси основного излучения (т. е. возвышения относительно угла максимального усиления). Этот метод является также общим в том смысле, что он не ограничивается какой-либо конкретной геометрией, при условии что имеются диаграммы направленности антенны с охватом ±180°. Таким образом, он включает как связь между главными лучами, так и связь между боковыми и главным лепестками, а также геометрию рассеяния по дуге большого круга и геометрию бокового рассеяния. При помощи этого метода можно рассчитать уровни помех для геометрий как длинных трасс (> 100 км), так и коротких трасс (до нескольких километров) с произвольными углами места и азимута на каждой станции. Поэтому такая методика подходит для широкого диапазона сценариев и служб, включая определение помех за счет рассеяния в дожде между двумя наземными станциями, между наземной станцией и земной станцией и между двумя земными станциями, работающими в полосах частот, распределенных в двух направлениях. 5.1 Введение Рассматриваемая методика основана на применении уравнения бистатического радара, которое можно записать в виде мощности P r , полученной на приемной станции в результате рассеяния в дожде мощности P t , переданной передающей станцией: all space r t r t t r V r r A G G P P d 4 2 2 3 2 Вт, (73) где: : длина волны; G t : усиление передающей антенны (линейное); G r : усиление приемной антенны (линейное); 24 Рек. МСЭ-R P.452-16 : эффективная площадь рассеяния на единицу объема V (м 2 /м 3 ); A : ослабление вдоль трассы от передатчика к приемнику (в линейных единицах); r t : расстояние от передатчика до рассеивающего элемента объема; r r : расстояние от рассеивающего элемента объема до приемника. Выраженное на основе потерь передачи (дБ) для случая рассеяния между двумя станциями, Станцией 1 и Станцией 2, уравнение бистатического радара превращается в: M A S C Z f N L g R log 10 log 10 log 10 log 20 log 10 178 дБ, (74) где: N: член, определяющий рэлеевское рассеяния, которое зависит от индекса рефракции; 2 2 2 2 1 m m N (74a) m : комплексный индекс рефракции, зависящий от частоты и атмосферных условий; f : частота (ГГц); Z R : отражательная способность радара на уровне земли, которую можно выразить через интенсивность дождевых осадков, R (мм/ч): 4 , 1 400R Z R ; (75) 10 log S : поправка, (дБ), для учета отклонения от рэлеевского рассеяния на частотах выше 10 ГГц: ГГц 10 для 0 ГГц 10 для 2 cos 1 10 5 2 cos 1 10 4 10 log 10 7 , 1 6 , 1 3 4 , 0 f f f f R S S S (76) где: φ S : угол рассеяния; A g : ослабление в атмосферных газах вдоль трассы от передатчика к приемнику (дБ), рассчитанное по данным Приложения 2 к Рекомендации МСЭ-R P.676; M : любое рассогласование по поляризации между передающей и приемной системами (дБ). В приведенной здесь модели рассеяние ограничивается уровнем рассеяния в очаге дождя, определяемом в виде кругового поперечного сечения, диаметр которого зависит от интенсивности дождевых осадков: 08 , 0 3 , 3 R d c км. (77) Предполагается, что в пределах очага дождя интенсивность дождевых осадков и, следовательно, отражательная способность радара являются постоянными вплоть до высоты слоя дождя, h R . Также предполагается, что на высотах, превышающих высоту слоя дождя, отражательная способность уменьшается линейно с высотой со скоростью –6,5 дБ/км. В этом случае передаточная функция рассеяния, C, представляет собой интеграл по объему в очаге дождя и может быть записана в цилиндрических координатах как: ma x c h d h r r A r r G G C 0 2 0 2 0 2 2 2 1 2 1 d d d , (78) где: Рек. МСЭ-R P.452-16 25 G 1 , G 2 : значения линейного усиления Станции 1 и Станции 2 соответственно; r 1 , r 2 : расстояния (км) от элемента интегрирования, V, до Станции 1 и Станции 2 соответственно; A : ослабление в дожде как внутри, так снаружи очага дождя, выраженное в линейных единицах; : зависимость отражательной способности радара от высоты: ; для 10 ; для 1 65 , 0 R h h R h h h h R (79) h R : высота дождя (км); r, , h : переменные интегрирования в пределах очага дождя. Интегрирование выполняется в числах, в цилиндрических координатах. Однако вначале удобно рассмотреть геометрию рассеяния от передающей станции через очаг дождя к приемной станции на основе декартовой системы координат, причем за начало координат берется Станция 1, поскольку фактическое расположение очага дождя не определяется сразу, особенно в случае бокового рассеяния. В рамках декартовой системы координат целесообразно сначала в целях упрощения преобразовать различные геометрические параметры из их фактических значений для искривленной Земли в соответствующее отображение для плоской Земли. Наличие связи между главными лучами антенн устанавливается из геометрии, а очаг дождя затем помещается в точке пересечения осей главных лучей. Если связь между главными лучами отсутствует, то очаг дождя помещается вдоль оси главного луча Станции 1 с центром в точке наибольшего приближения к оси главного луча Станции 2. В этом случае потери передачи должны определяться для второго случая с взаимозаменяемыми параметрами каждой станции, а распределение потерь для наихудшего случая считается представительным для вероятных уровней помех. 5.2 Входные параметры В таблице 5 перечислены все входные параметры, необходимые для реализации метода расчета кумулятивного распределения потерь передачи между двумя станциями вследствие рассеяния в дожде. 26 Рек. МСЭ-R P.452-16 ТАБЛИЦА 5 Перечень входных параметров (нижний индекс 1 относится к параметрам для Станции 1, нижний индекс 2 относится к параметрам для Станции 2) Параметр Единицы Описание d км Расстояние между станциями f ГГц Частота h 1_loc , h 2_loc км Местные высоты Станции 1 и Станции 2 над средним уровнем моря G max-1 , G max-2 дБ Максимальные значения усиления для каждой антенны h R (p h ) км Кумулятивное распределение высоты слоя дождя, превышаемой в функции процента времени, p h (см. примечание 1) M дБ Рассогласование по поляризации между системами P гПа Поверхностное давление (по умолчанию 1013,25 гПа) R(p R ) мм/ч Кумулятивное распределение интенсивности дождевых осадков, превышаемой в функции процента времени, p R T C Поверхностная температура (по умолчанию 15 °C) 1_loc , 2_loc рад Местные пеленги Станции 1 от Станции 2 и Станции 2 от Станции 1 в направлении по часовой стрелке H1_loc , H2_loc рад Местные углы горизонта для Станции 1, Станции 2 г/м 3 Плотность водяных паров на поверхности (по умолчанию 8 г/м 3 ) град Угол поляризации линии (0° для горизонтальной поляризации, 90° для вертикальной поляризации) ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Если распределение неизвестно, используйте медианную высоту дождя, h R , наряду с таблицей 6, ниже. |