对流层散射传播机制与特性分析

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1、空间电子技术2010年第1期SPACEELECTRONICTECHNOLOGYl对流层散射传播机制与特性分析李引凡(重庆通信学院军事信息工程系，重庆400035)摘要文章从对流层的一般特性入手，介绍了目前对流层散射传播机制研究的三种主要理论模型，分析了对流层散射传播所具有的一系列突出优点，同时重点讨论了传输损耗特性和衰落特性，并提出了克服其不足的有效措施，最后对未来的研究重点进行了展望。关键词对流层散射传播大气湍流混合作用弱，对流层顶高度低。1对流层概述(3)气象要素水平分布不均匀由于各地纬度和地

2、表性质的差异，地面的受热地球大气层一般可分为电离层、平流层和对流不均，地面上空空气在水平方向上具有不同物理属层。对流层下界与地面相接，上界即对流层顶(与性，压强、温度、湿度等气象要素水平分布不均，导致平流层的交界处)一般定义为温度不再随高度增加发生大气环流，从而产生各种天气过程。而下降之处，中纬度地区平均高度为10～12kin，低由于对流层的上述特征，造成对流层中分布着(高)纬度地区较高(低)些，且一般夏季高于冬季。大量的不均匀体(或称散射体)，因此，对流层是一对整个大气圈而言，对流层只是很薄的一

3、层，但它集种随机不均匀介质。散射体的具体表现为体积、形中了90％的大气质量，主要天气现象如风雨、雷电、状、运动速度、温度、压强、湿度等都与周围空气明显云雾等都发生在这一层。不同的涡旋、云团边际和渐变层结等，其折射指数也对流层的主要特征有：与周围空气有差异。无线电波通过这种不均匀介质(1)温度随高度升高而降低时，除遭受折射外，还被不均匀体再次辐射，即对流因为大气不能吸收太阳短波辐射，但地面能吸层散射。收太阳辐射而升温并放出长波辐射，大气主要通过吸收地面的长波辐射和通过对流、湍流等方式从地2对流层散射

4、传播机制面吸收热量才能升温，因而，越接近地面的大气得到的热量越多，造成对流层的气温随高度升高而降低，对流层散射现象的发现源于20世纪30年代，平均每上升100m，气温约降低0．65oC。在实践中观察到了远远超出视距的超短波、微波信(2)有强烈的垂直混合号。众所周知，超短波、微波不可能像短波那样被电低层空气由于从地面得到热量而上升，高层冷离层反射进行超视距传播，而即使考虑地球表面的空气下沉，导致逆温现象，造成对流层内存在强烈的绕射，超短波和微波的传播距离也不可能超出视距垂直混合作用。热带地面温度高，

5、垂直混合能到很太多。因此，有人用大气波导之类的偶然因素来解高的高度，对流层顶高度高；极地地面温度低，垂直释这种超短波、微波超视距传播，但随后的研究否定了这种理论。于是，人们提出了新的传播机制来解收稿日期：2008—05—13；修回日期：2008—06—30释这种现象，即对流层散射传播机制。2空间电子技术2010年第1期但是，对流层散射传播机制具体是什么并没有外面的数值，这就是折射指数随机不均匀体。它们一个定论，人们通过构造各种理论模型来解释这种呈扁平形状，水平方向上的尺度大，垂直方向的尺度传播，使

6、理论模型得出的数据尽可能地与实测数据小。相符。到目前为止，已经提出的机理主要有湍流非折射指数不均匀体在入射电波的照射下会产生相干散射(散射理论)、不规则层非相干反射(多模二次辐射，使原来朝一个方向传播的电波在其他方理论)和稳定层相干反射(反射理论)三种。这里首向上也有能量传播(如图1所示)，分散的角度越先了解大气物理中的一些相关概念，再引出对流层大，能量就越小。发射天线辐射的部分能量因接收散射传播的这三种机制。天线和发射天线波束相交公共体中不均匀体的作用2．1大气湍流而偏离原来的方向，能够被设置在

7、视距以外的接收大气湍流是大气中的一种重要运动形式，它的天线收到。当然，这里所说的不均匀体包括尺度很存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和小的不均匀体，也包括尺度很大的折射指数突变的水平交换作用明显增强，远大于分子运动的交换强层状结构。但是，湍流引起的小尺度不均匀体是经度。大气湍流的存在同时对光波、声波和电波在大常存在的，而起反射作用的层结仅在一部分时间内气中的传播产生一定的干扰作用。出现。在公共体积中有很多不均匀体，其数目、位置大气湍流的发生需具备一定的动力学和热力学和取向都是随机变化的，

8、因此，各个不均匀体所散条件：其动力学条件是空气层中具有明显的风速切(反)射的信号具有随机变化的幅度和相位。这些变；热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定度，信号在接收天线处叠加成总的接收信号，其幅度和其中最有利的条件是上层空气温度低于下层的对流相位均随机变化，这是散射信号的特点。相反，层反条件，在风速切变较强时，上层气温略高于下层，仍射信号比较稳定，强度也较高，因而可以利用接收信可能存在较弱的大气湍流。理论研究认为，大气湍号的这些特点来区分传播机制。流运动是由各种尺度的涡旋连续分布