Ku波段卫星通信雨衰计算及分析外文翻译文档格式.docx
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图一显示了测量系统的原理。
该图的左侧的是降雨衰耗估算。
下行链路信号由天线接收，并且其频率被转增下来的低噪声B转换，并且随后转到频谱。
最后，通过RS-232接口，信号电压被保存到计算机。
菱形天线:
0.6m，LNB振荡器频率11300MHz；
输入频率：
12.25GHZ~12.75GHZ；
输出频率：
950MHZ~1450MHZ；
因为它是垂直极化测量信号,电源电路是采用12.5V直流；
光谱频率范围:
3KHZ~3GHZ,10个值是每分钟收集。
右侧是降雨量的测量。
这个雨量计的测量精度:
0.1毫米~7毫米/小时,运行电压:
9~24v直流电源提供的收集器.雨量计得到了降雨的每分钟（毫米）,并发送数据在计算机中的数据收集器。
当数据乘以60,那么降雨的小时是有（毫米/小时）。
测试地点：
武汉，纬度:
30.52°
；
经度：
114.31°
高度：
23.3米测试频率：
12.333GHz;
仰角的天线：
48.45°
。
Fig.1实验系统结构图
III测试结果及建模分析
A.ITU-R降雨衰减模型
A=g×
L（dB）
（1）
g=a×
Rb（dB/km）
（2）
其中，L是降雨的有效路径，
g是降雨衰减比，
R是雨量比，
a，b是相关系数，其值随频率不同变化。
B.阳光下计算放的信号的参考电平
吸光度的衰减在雨天、云和大气的变化是缓慢的。
大气吸收有氧气和水蒸气组成。
其中水的蒸气在不同的天气变化最大。
相比较而言，吸收衰减在慢衰减中是最主要的因素。
为了去除噪声和闪烁的影响，分析了在下雨之前三天和下雨之后三天的晴朗天气所有的信号电平，得到了晴朗天气的信号参考电平As。
C.计算雨衰
取在1分钟内获得的10个信号得平均值,就得到了雨中每分钟的信号电平。
然后每分钟雨衰如下：
A=As-Ar（dB）
其中，A是指雨衰，As是晴朗天气的信号参考电平，Ar是雨中的每分钟信号电平。
D.测量结果分析
图2表示的是武汉地区2008-05-03的降雨情况。
水平轴是时间,垂直是雨衰减率。
信号随时间衰减如图3所示。
比较两个图，
可以得出以下结论：
（1）降雨越大，雨衰也越大。
最大的降雨发生在5月3号的21:
00，恰好信号衰减发生在那个时候
（2）信号衰减是不仅发生在下雨的时候，下雨后也有，因为在某些方面天空中的云也使信号发生衰减。
例如，5月3日在17:
00-18:
00，虽然不下雨，但很明显，仍然有信号衰减。
（3）雨衰减率期间的降雨量是相对持久。
在相同的降雨，信号由降雨引起的为20的衰减分钟显然是大于一个或两分钟。
Fig2.武汉降雨环境
Fig3信号衰减
E.误差分析
雨衰减和信号衰减之间的关系如图4所示。
水平轴是降雨,垂直轴的是雨衰减率。
“*”曲线是降雨试验测得,“ð
”曲线是在ITU-R提供的公式模型的基础上绘制。
“△”曲线是草拟的测量值处理的最小二乘方法算法。
如图所示,由ITU-R提供雨衰模型与武汉地区实际情况有很大不同，并且随着降雨量的增加误差也增大。
图4：
雨衰之间的关系
Fig5.误差曲线
IV改进后的算法模型
修改后的ITU-R雨衰模型：
Ap=Aitu-r—Perror
其中,Ap是修正后的雨衰减，Aitu-r是ITU-R雨衰模型预测的雨衰，Perror是修正因子。
图5是误差曲线。
“*”是图4所提供的误差值曲线，曲线是由最小二乘法得到的。
表达式为：
Perror=-0.0006*R*R+0.1308*R-0.1847（dB）
其中，R是降雨量。
则修改后的预测模型是:
Ap=Aitu-r—（-0.0006*R*R+0.1308*R-0.1847）（dB）
V.结论
在本文中，利用相关设备测量了降雨量和Ku波段卫星通信信号衰减的值。
通过比较测量值和ITU-R提供的雨衰模型，发现了测量值和预测值之间的一些不同。
通过分析测量数据，提出了一个修改算法来修正ITU-R提供的雨衰模型。
结果表明，随着测得的数据的数量的增加这个修改后的数据会与实际值更吻合。
信号衰减与降雨持续时间有关。
同样的降雨比,持续20分钟降雨引起的信号衰减比续1分钟或2分钟降雨大得多。
与此同时,真正的
情况是非常复杂的、多方面的，特别是决定雨衰减一些因素,如雨滴的大小,降水在整个衰减路径的分布、风速和温度，他们都对雨衰有影响。
所以我们应该建立一个长期的观察机制，来获得降雨衰减和降雨的足够数据。
这些数据将是未来研究ka波段卫星通信重要的基础。
参考文献
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IEEE天线与无线传播快报，2002
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Techniques,2002,50
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130-133
[6]Rec.ITU-RPN.618-8，地球电信系统空间设计方法需要传播数据和预测方法[S].ITU,Geneva,2003.
作者：
许凯（M'
90）出生于1965年，江苏，中国。
他在2001年成为联营公司教授。
他的兴趣包括波的传播，散射和卫星通信系统。
外文原文：
MeasuringandAnalyzerofRainAttenuationforSatellite
CommunicationinKuband
XUkai,Xiangshunxiang,HuangLinshu
ElectronicsEngineeringDepartment,
NavalUniv.ofEngineering,
Wuhan,China
Abstract—Usingaraingauge,spectrumanalyzerandotherequipments,rainrateandrainattenuationforthesatellitecommunicationsignalsinKuband（14/12GHz）inWuhancityaremeasuredandanalyzedsimultaneouslyaccordingtosimulations.Therelationbetweenrain
attenuationandrainrateareanalyzed,theresultiscomparedwiththeestimatedInternationalTelecommunicationUnionRadioCommunicationSector（ITU-R）andthedifferencebetweenthepredictionandthemeasurationisanalyzed.Totheinaccuracyoftheforecastingmodel,amodifiedalgorithmispresentedandbyusingthedatameasured,theITU-Rforecastingmodeliscorrected.Theexperimentresultssuggestitisnecessarytomeasureforlongtimetogetenoughdataoftherelation
betweenrainattenuationandrainrateatdifferentstations.
Keywords：
spectrumanalyzer;
satellitecommunication;
rainattenuation；
forecastingmodel
I.INTRODUCTION
Inthesatellitecommunicationlinkdesigning,efficiencyandredundancyoflinkmustbecomputed.Forthesignalmaybeabsorbedandglittering,enoughredundancyorsomecounter-measuremustbeprovided,suchastheadaptivepowercontrol,receivingbydividingtoimprovetheefficiencyoflink[1].Thentherearetwoproblems:
howmuchdoesthelinkredundancyshouldbeprovidedtomeetthedemandoftheefficiencyofthelink;
whatkindofcountermeasuretorainattenuationshouldbetaken.Althoughmanytheoreticalanexperimentalstudyhavebeendoneinhomeoroversea[2-5],theresultsarestillnotsosatisfiedthedesigndemandfromvariousdistrictlinks.
Inthepaper,bymeasuringontherainfallinWuhanandthesatellitesignalattenuationofKubandforaperiod,therelationshipshowningraphbetweentherainfallanditsattenuationaregot.AfterthecomparisonbetweentheresultgraphandthemodelingcurvegivenbytheITU-R,itisprovedthatinaccuracyexistintheITU-Rforecastingtotherainfallinvariousdistrictthenitisnecessarytotakesometestinganddo
somemodification.
II.PRINCIPLEOFMEASUREMENTSYSTEM
Principleofmeasurementsystemisshowninfig.1.Theleftofthefigurearetherainfallattenuationmeasurement.Thedownlinksignalisreceivedbytheantennaanditsfrequencyareconverseddownbythe
LowNoiseBconversionandthengoestothespectrum.AtlastitsavesthesignalvoltagetothecomputerthroughtheRS-232interface.Antennadiamond:
0.6m;
LNBoscillatorfrequency:
11300MHz；
inputfrequency：
12.25GHz～12.75GHz；
outputfrequency：
950MHz～1450MHz；
sinceitistheverticalpolarizedsignalmeasured,thepowersupplycircuitisadaptedthe12.5VDC;
thespectrumfrequencyrange:
3KHz～3GHz，10valuesarecollectedperminute.
Therightistherainfallmeasurement.Thepluviometer’smeasureprecision：
0.1mm～7mm/h；
denotationerror：
one-offrainfall¡
Ü
10mm，error¡
±
0.2mm，one-offrainfall>
10mm，error¡
2%；
runningvoltage：
9～24VDCareprovidedbythecollector.Thepluviometergetstherainfallperminute（mm）andsendthedatatothecomputerbythedatacollector.Whenthedataaremultipliedby60,thentherainfallofthathourisgot（mm/h）.
Testingplace:
Wuhan;
latitude:
longitude114.31°
；
altitude：
23.3m；
testingfrequency：
12.333GHz；
elevationoftheantenna：
Fig.1Experimentalsystemstructure
III.TESTINGRESULTANDMODELINGANALYSIS
A.ITU-Rrainfallattenuationmodel[6]
Where,Listherainfalleffectivepath,
gistheratioofrainfallattenuation,Ristheratioofrainfall,a、barecorrelativecoefficient.thevalueisvariedwiththedifferentfrequency.
B.Calculatingofthesignalreferencedlevelinsunshine
Thechangeofabsorbanceattenuationofrain,cloudandatmosphereisslowchange.Atmosphereabsorptionaremadeofoxygenandwatervapors,amongthemthewatervaporsarevariedmostlywiththedifferentweather.Takingonewithanother,absorptionattenuationarethemostimportantfactorsamongslowchangeattenuations.
Toremovetheinfluenceofthenoiseandscintilla,themeanisgotfromallthesignallevelsinsunshineweatherinthethreedaysbeforeandaftertherain,thesignalreferencedlevelinsunshineweathersAisobtainedthen.
C.Calculatingtherainattenuation
Totaketheaverageofthe10signallevelswhichareadaptedinoneminute,thesignallevelperminuteinrainisobtained.Thentherainattenuationoftheminuteisgotasfollows:
A=As-Ar（dB）（3）
Where,Aistherainattenuation，Asisthesignalreferencedlevelinsunshine,rAisthesignallevelperminuteinrain.
D.MeasuringResultAnalysis
Itisshowninfigure.2thattherainingcircumstanceinWuhandistricton2008-05-03.Thehorizontalaxesistime,theverticalistherainattenuationratio.Thesignalattenuationcorrespondingwiththetimeisshowninfigure.3.Comparedthetwographs,theseconclusioncanbedrawn:
（1）Theheavieristherainfall,thegreateristhecorrespondingrainattenuationratio.Whenthemaximumofrainfallhappenedatabout21:
00houronMay3rd,thesignalattenuationhappenedjustatthattimethen.
（2）.Thesignalattenuationarenotonlyhappenduringtheraintime,butalsoaftertherain,becausethecloudinskyalsocausesthe
attenuationinsomerespects.Forinstance,during17:
00-18:
00onMay3rd,thoughthereisnotrain,butitisobviousthatthereisstillsignalattenuation.
（3）Therainattenuationratioisrelativewiththeperiodwhichtherainfallislasting.Tothesamerainfall,thesignal
attenuationwhichiscausedbytherainfallfor20minutesisclearlygreaterthanthatforoneortwominutes.
Fig2.RainingcircumstanceinWuhan
Fig3Signalattenuationwiththetime
E.Erroranalysis
Therelationshipbetweentherainattenuationandthesignalrainattenuationisshowninfig.4.Thehorizontalaxesisrainfall,theverticalistherainattenuationratio.“*”-curveistherainfallmeasuredinexperiment,“¡
ð
”-curveisdrawnbasedontheformulaprovidedbytheITU-Rmodel.“△”-curveisdrawnupofmeasuredvalueprocessedbythemethodofLeastSquaresAlgorithm.Asshown,therainattenuationmodelprovidedbyITU-Risgreatlyvariedfromthe
realsituationinWuhandistrictandtheerrorincreaseswiththerainfall’sincreasing
IV.MODIFIEDALGORITHMTOTHEMODEL
TomodifytherainattenuationmodelfromITU-
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