5大气湍流-ITU.DOC

ITU-R P.1621-1建议书 工作在20 THz-375 THz频带内的地—空系统的设计所需的传播数据 （ITU-R 228/3号研究课题） (2003-2005) 国际电联无线电通信全会， 考虑到 a） b） c） d） 建议 1 采用附件1中给出的预测传播参数的方法，在该附件中所指的各个有效范围内，用于规划地—空系统。 注1 — 关于20 THz-375 THz之间频率的传播预测方法的附加信息可在ITU-R P.1622建议书中找到。 附　件　1 1 大气因素 20-375 THz频率范围内在地球和在轨空间飞行器之间工作的一个系统的性能受地球大气的影响。这些大气效应包括： — 沿传播路径存在的大气气体分子对信号的吸收，造成信号幅度整体降低； — 沿传播路径存在的微粒，其大小从小于一个波长到多个波长，对信号散射造成信号幅度显著降低； — 由于沿传播路径大气密度的变化，使电波发生折射，造成发射源位置的明显变动； — 由于大气中热量的变化导致大气骚动，造成接收信号幅度和相位的波动。 本附件只涉及对流层对有用信号的影响。本附件中的预测方法，已经尽可能的在地面—自由空间链路和天文系统的测量中进行了测试。结果表明它们适用于基本系统规划。但是，由于大气的时间和空间可变性，任何工作在20 THz-375 THz频带内的地面系统部署之前必须进行传播特性的本地测量。 2 吸收 图1说明了沿三条天顶路径的大气吸收与频率的关系。其中，浅灰色区域代表相对较低的吸收，它对应位于海拔5 km处湿度较低区域的站点。深灰色区域说明位于海拔2 km的站点会受到更多的大气吸收。黑色区域表明对位于海平面并通过ITU-R P.835建议书规定的标准大气传输的站点的大气吸收的进一步影响。该图清楚的说明了，除在一些干燥高纬度位置，大气对1 THz-10 THz频带（300 (m30 (m）10 THz以上，大气的吸收特性又变得对地—空间电磁能量的传播有利。 图2详细描述了沿与图1相同的三条天顶路径，大气对10 THz以上（30 (m）NH3、CO2、CO、CH4、NO2、NO、O2、O3、SO2、H2O和各种CFC。吸收线的强度由大气温度和气压决定。 可以采用与ITU-R P.676建议书附件1中的方法相似的逐线法计算大气吸收。但是，由于在整个10 THz-1 000 THz （30 (m-0.3 (m） 图1 沿垂直路径的大气吸收 波长（(m） 3 散射 大气散射使发射能量偏离预期的传播路径，造成在接收机处信号强度显著降低。大气的散射特性由沿传播路径存在的散射微粒的直径决定。散射特性表现为三种形式： — 瑞利散射 — 米氏散射 3.1 瑞利散射 当沿传播路径存在的散射微粒的物理直径比电磁波波长小得多时，大气散射表现为瑞利散射。在大于20 THz（15(m） 图2 10 THz以上（30 (m以下）频带沿垂直路径标准大气的吸收 频率低于375 THz（波长大于0.8 (m）时，由于瑞利散射造成的接收信号的损耗可以忽略。但是，瑞利散射与波长的四次方成反比。频率大于1 000 THz （0.3 (m）H，单位为W/m2/(m/sr。为了简单起见，表1给出了20 THz以上空间通信主要感兴趣的频率的辐射率值。在夜间，对于大部分感兴趣的频率，辐射率的合理数值约为1×10(9 W/m2/(m/sr。 图3 不同阳光条件下的天空辐射率 表1 对应几个频率的天空辐射率H （W/m2/(m/sr） 天空背景 频率（THz） （(m） 566.0 0.530 303.4 101.6 71.75 352.9 0.850 122.3 42.58 30.3 310.9 0.965 64.62 25.12 18.63 283.0 1.06 54.45 25.32 17.99 200.0 1.50 13.01 6.00 4.44 忽略大气效应，到达接收机的背景噪声的功率Pback由公式（1）给出： (1) 其中： (r：接收机的视角（rad） Ar：接收区域（m2） ((：接收带宽（(m） H：辐射率（W/m2/(m/sr） 除了瑞利散射造成的背景噪声之外，还可能出现其他的背景噪声源。这些源包括但不局限于行星、发光的恒星和来自自然或人造物体的反射。在强降雨期间，工作在20 THz-375 THz之间频带的系统被认为无法工作。因此，闪电不被认为是沿地－空路径的一种噪声源。噪声事件的幅度和持续时间可能会发生达到许多数量级的很大变化，这取决于传播路径和背景噪声源的方向和运动。 3.2 米氏散射 当沿传播路径存在的散射微粒的物理直径与电磁波波长大致相同时，大气散射表现为米氏散射。米氏散射是一