電離層閃爍模型

1、ITU-R P.531-9 建議書(shū)衛(wèi)星業(yè)務(wù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要的電離層傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)方法（ITU-R 218/3號(hào)研究課題）（1978-1990-1992-1994-1997-1999-2001-2003-2005-2007 年）范圍ITU-R P.531建議書(shū)介紹了一種在 0.1至12GHz頻率范圍內(nèi)在地對(duì)空路徑上評(píng)價(jià)電離層傳播效應(yīng)的方法。當(dāng) 信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，可能在地對(duì)空路徑上發(fā)生以下效應(yīng)：- 由于在路徑上的地球磁場(chǎng)內(nèi)電磁波與離子化媒質(zhì)發(fā)生交互作用而導(dǎo)致的極化的旋轉(zhuǎn)（法拉第旋轉(zhuǎn)）；- 由于在路徑上積累的總電子含量（ TEC）而導(dǎo)致的信號(hào)成組延遲；- 由于電離層的小規(guī)模不規(guī)則結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的幅度和相

2、位的迅速變化（閃爍）；- 由于衍射而導(dǎo)致的到達(dá)方向的明顯變化；- 由于非線性極化旋轉(zhuǎn)和時(shí)延而導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)。本建議書(shū)所述的數(shù)據(jù)和方法適用于在附件1所述的各有效范圍內(nèi)所進(jìn)行的衛(wèi)星系統(tǒng)規(guī)劃工作。國(guó)際電聯(lián)無(wú)線電通信全會(huì)，考慮到a） 電離層對(duì)至少12 GHz以下頻率的傳播有顯著的影響；b） 對(duì)3 GHz以下頻率的非對(duì)地靜止衛(wèi)星軌道業(yè)務(wù)影響尤為顯著；c） 已經(jīng)給出了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和/或提出了建模方法，可用于預(yù)測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)規(guī)劃所需的電離層傳播參數(shù)；d） 電離層作用有可能影響綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN）以及包括空間飛行器在內(nèi)的其他無(wú)線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)；e） 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)和方法在傳播現(xiàn)象自然變異性范圍內(nèi)可

3、適用于衛(wèi)星系統(tǒng)規(guī)劃，建議附件1中給出的數(shù)據(jù)和提出的方法在各自適用的范圍內(nèi)適用于規(guī)劃衛(wèi)星系統(tǒng)。附件11 引言本附件涉及電離層傳播對(duì)地一空路徑的影響。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，電離層效應(yīng)可以歸為以下幾類：a） 衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)（MSS）傳輸路徑上積聚的電子總?cè)萘浚?TEC）滲透電離層可引起 MSS載波的極化 旋轉(zhuǎn)（法拉第旋轉(zhuǎn)）和信號(hào)時(shí)延，并且因?yàn)檎凵湫?yīng)引起到達(dá)方向的變化；b） 電離層的局部隨機(jī)性，也就是通常所說(shuō)的電離層不規(guī)則性，將進(jìn)一步引起超量和隨機(jī)的旋轉(zhuǎn)以及信號(hào)時(shí)延，這些只能用隨機(jī)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述；c） 因?yàn)榕c旋轉(zhuǎn)和時(shí)延相關(guān)的電子密度與頻率的關(guān)系是非線性的，并且由于鏈路在局部不規(guī)則的電離層中的顯著移入和移

4、出產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，a）和b）會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致 MSS載波的散射和群速度失真；d） 此外，電離層的局部不規(guī)則性如聚焦或散焦的棱鏡也會(huì)引起電波的會(huì)聚或發(fā)散。這些效應(yīng)通常被 稱為閃爍，將弓I起 MSS信號(hào)的幅度、相位和到達(dá)角的變化。因?yàn)殡婋x層物理特性復(fù)雜，上面提到的受電離層效應(yīng)影響的系統(tǒng)參數(shù)不總是能用簡(jiǎn)單的分析公式簡(jiǎn)潔地表述。相關(guān)數(shù)據(jù)將以表格和/或圖片的方式表達(dá)，并輔以進(jìn)一步描述或限定性說(shuō)明，在實(shí)際使用中這是最好的表述。在考慮傳播效應(yīng)對(duì) 3 GHz以下頻率的 MSS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到：e） 與§ f）和h）帶來(lái)的影響相比，通常認(rèn)為水汽現(xiàn)象對(duì)空一地傳播路徑的影響較??；f） 自然表面或

5、人為障礙物影響和 /或在較低仰角情況下帶來(lái)的近地表面多徑效應(yīng)通常比較嚴(yán)重；g） 近地表面多徑效應(yīng)在各個(gè)地點(diǎn)的影響是不同的，因此在MSS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮全球范圍內(nèi)傳播因素時(shí)，該效應(yīng)不占主導(dǎo)地位；h） 在全球范圍內(nèi)進(jìn)行 MSS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，電離層效應(yīng)是需要考慮的最重要的傳播因素。因太陽(yáng)輻射而產(chǎn)生的地球電離層由幾個(gè)離子化區(qū)域組成。從實(shí)際通信目的出發(fā)，電離層區(qū)域D、E、F和電離區(qū)域頂端被認(rèn)為有助于形成衛(wèi)星和地面終端之間的TEC。每個(gè)區(qū)域中的電離介質(zhì)在空間上不均勻，在時(shí)間上也不穩(wěn)定。一般而言，電離背景與有序的晝夜、季 節(jié)和為期11年的太陽(yáng)活動(dòng)周期的更替相關(guān)，并且強(qiáng)烈依賴于地理位置和地磁活動(dòng)。除電離背景之外，

6、總 是存在著被稱為不規(guī)則性的高動(dòng)態(tài)、小規(guī)模、非穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。電離背景和不規(guī)則性都將使無(wú)線電波惡化， 進(jìn)一步地還會(huì)使得折射率由頻率決定，也即介質(zhì)色散。電離背景引起的主要惡化許多效應(yīng)，例如折射、散射和群時(shí)延，在幅度上和TEC存在直接的比例關(guān)系；考慮磁場(chǎng)經(jīng)度分量對(duì)射線路徑不同部分的加權(quán)后，法拉第旋轉(zhuǎn)和TEC也存在近似的比例關(guān)系。對(duì)于 TEC的認(rèn)知使得許多重要的電離層效應(yīng)能夠被定量地評(píng)估。i） 1 TECTEC以Nt表示，可以用下面的公式求值：Nt = f ne（s） ds（1）s其中：s：傳播路徑（m）3ne :電子留度（el/m ）由于 飛隨著晝夜、季節(jié)和太陽(yáng)活動(dòng)周期變化，即使知道精確的傳播路徑，對(duì)

7、Nt進(jìn)行評(píng)估也是困難的。為建立模型，通常提供天頂路徑上1 m2截面面積內(nèi)的 TEC值。該垂直柱狀體的TEC在1016到1018 el/m2的范圍內(nèi)變化，峰值出現(xiàn)在一天中有陽(yáng)光照射的時(shí)段。為了對(duì)TEC進(jìn)行評(píng)估，可以采取基于國(guó)際參考電離層（ IRI ）的步驟，或者采用更為靈活的、基于 NeQuick的適用于傾斜角 TEC評(píng)估的步驟。所有的步驟將在下面提供。9.1.1 基于IRI的方法標(biāo)準(zhǔn)的電離層月中值是COSPAR-URSI IRI-95。在太陽(yáng)活動(dòng)為低強(qiáng)度到中等強(qiáng)度的情況下，通過(guò)數(shù)字方法可能得到選定一系列高度（最高2 000 km）上任意地點(diǎn)、時(shí)間的電子容量值。當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)在高強(qiáng)度時(shí)，從IRI-9

8、5得到的電子容量值可能產(chǎn)生問(wèn)題。在很多場(chǎng)合，用峰值電子密度乘以300 km的等效層厚度評(píng)估電子容量就足夠了。9.1.2 基于NeQuick的方法本模型中給出的電子密度分布以一個(gè)連續(xù)函數(shù)表述，該函數(shù)所有的一階空間導(dǎo)數(shù)也是連續(xù)的。它由底 部（在 F2層峰值以下）和頂層（ F2層峰值以上）兩部分組成。F2層的峰值高度由M（3000）F2以及foF2/foE比值計(jì)算得到（見(jiàn) ITU-R P.1239建議書(shū)）。底部由代表了 E、F1和F2層的不完全愛(ài)普斯坦層（semi-Epstein）描述。頂層也是不完全愛(ài)普斯坦 層，其高度由厚度參數(shù)決定。NeQuick模型給出了沿任意地一星或衛(wèi)星一地球路徑的電子密度和

9、TEC。計(jì)算機(jī)程序和相關(guān)數(shù)據(jù)文件可由（國(guó)際電聯(lián)）無(wú)線電通信局得到。9.1.3 模型精度由與無(wú)線電通信第 3研究組相關(guān)的ITU-R網(wǎng)站給出了用于評(píng)估 NeQuick和IRI模型精度的文件以及超 電離層的傳播數(shù)據(jù)庫(kù)。j） 2法拉第旋轉(zhuǎn)在電離層中傳播時(shí)，由于地磁場(chǎng)的存在和等離子介質(zhì)的各向異性，線極化波的極化平面將逐步旋轉(zhuǎn)。 法拉第旋轉(zhuǎn)的幅度 不取決于無(wú)線電波的頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度以及等離子區(qū)的電子密度：1-2.36 10，4（2）其中：8為旋轉(zhuǎn)角度（rad）Bav為平均地球磁場(chǎng)（Wb m-2或TeslaS2.Nt為總電子含量 （TEC）（電子m ）f為頻率（GHz）。用勺典型值如圖1所示。10410二圖1

10、法拉第旋轉(zhuǎn)作為TEC和頻率的函數(shù)1031()2I10-'0.1020.3 0.4 0.5I2510頻率（GHz）。5町01法拉第旋轉(zhuǎn)與頻率的平方成反比，與電子密度和沿傳播路徑的地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積成正比。給定頻率 上的中值呈現(xiàn)出非常規(guī)則的能夠預(yù)測(cè)的每日的、季節(jié)性的、太陽(yáng)活動(dòng)循環(huán)的特性。因此手動(dòng)調(diào)節(jié)地球站天 線的極化傾斜角可以對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)中這些規(guī)則的部分進(jìn)行補(bǔ)償。但是，在小時(shí)間范圍內(nèi)，由于地磁場(chǎng)風(fēng)暴 和相對(duì)較小范圍內(nèi)電離層騷擾的大規(guī)模移動(dòng)，規(guī)則的特性可能發(fā)生較大的偏離。這些偏離是不能提前預(yù)測(cè) 的。在位于赤道近點(diǎn)角峰值附近地點(diǎn)，強(qiáng)烈而快速波動(dòng)的VHF信號(hào)的法拉第旋轉(zhuǎn)角度已經(jīng)和強(qiáng)烈幅度閃爍、快

11、速幅度閃爍分別結(jié)合。線性天線的交叉極化鑒別能力XPD(dB),與法拉第角度 耕目關(guān):(3)XPD = W0 log (tan 日3.3 群時(shí)延電離層中充電粒子的存在減緩了無(wú)線電信號(hào)在路徑上的傳播。超過(guò)自由空間傳播時(shí)間的時(shí)間延遲稱為群時(shí)延，通常以t表示。對(duì)MSS系統(tǒng)，它是必須考慮的重要因素。它的數(shù)量由以下公式計(jì)算：t = 1.345 NT/f2 .立 107(4)其中：t:與真空中傳播相比的時(shí)延(s)f:傳播頻率(Hz)NT：由傾斜的傳播路徑?jīng)Q定。圖2是對(duì)應(yīng)射線路徑上幾個(gè)電子容量情況下，時(shí)延t和頻率f的相對(duì)關(guān)系圖。不同電子容量時(shí)電離層時(shí)延和頻率的關(guān)系X3早定盛進(jìn)三當(dāng)TEC在1016到1019 e

12、l/m2區(qū)間變化時(shí)，在區(qū)間變化。圖3示出在太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)的時(shí)期內(nèi),1 600 MHz頻帶附近信號(hào)的群時(shí)延在大概時(shí)延超過(guò)20 ns的日間小時(shí)的年百分比。0.5 ns 至U 500 ns1.6 GHz垂直入射情況下，時(shí)延超過(guò) 20 ns的日間小時(shí)年平均百分比等值曲線（太陽(yáng)黑子=140）經(jīng)度0531-033.4 散射當(dāng)超電離層的信號(hào)占用很大的帶寬時(shí)，傳播時(shí)延（作為一個(gè)與頻率相關(guān)的函數(shù)）將引入色散。帶寬范 圍內(nèi)時(shí)延的差分與射線路徑上電子密度的積分成正比。當(dāng)帶寬固定時(shí)，相關(guān)的色散與頻率的立方成反比。 因此，在VHF波段涵蓋寬帶傳輸?shù)南到y(tǒng)必須考慮色散的影響，而在 UHF波段有可能需要考慮。例如，如 圖4

13、所示，在總的電子容量為 5X 1017 el/m2的情況下，信號(hào)脈沖寬度為1% 當(dāng)頻率為200 MHz時(shí)，差分時(shí)延為0.02 Ms,而當(dāng)頻率為 600 MHz時(shí)，差分時(shí)延僅為 0.00074 Ns （見(jiàn)圖4）。3.5 TEC變化速率在軌衛(wèi)星觀測(cè)到的TEC變化速率一部分源至射線路徑方向的變化，一部分源至電離層自身的變化。對(duì)于一顆高度22 000 km穿越極光區(qū)域的衛(wèi)星，所觀測(cè)到的 TEC最大變化速率為0.7X 1016 el/m2/s。對(duì)導(dǎo)航 目的，這樣的變化速率對(duì)應(yīng)于0.11 m/s的視在速率。圖4群時(shí)延差分(HS)NH二)滋筮f q d.y - 5 X 10 " el/nr0531

14、-044不規(guī)則性引起的主要惡化4.1閃爍對(duì)3 GHz以下超電離層傳播路徑的信號(hào)，最嚴(yán)重的中斷之一來(lái)自電離層閃爍。電離密度規(guī)模較小的不 規(guī)則結(jié)構(gòu)引起的閃爍現(xiàn)象，主要機(jī)制表現(xiàn)為前向散射和衍射，它使得接收機(jī)端信號(hào)不再穩(wěn)定，在幅度、相 位和到達(dá)方向上產(chǎn)生波動(dòng)。閃爍的不同方面對(duì)系統(tǒng)性能的影響不同，這取決于系統(tǒng)的調(diào)制方式。最通常使用的表征波動(dòng)強(qiáng)度的參數(shù)是閃爍指數(shù)S4由公式(5)定義:(5)I2 I.下2其中I是信號(hào)強(qiáng)度，表示平均。散射指數(shù) S4與波動(dòng)強(qiáng)度峰一峰值相關(guān)。準(zhǔn)確的關(guān)系取決于強(qiáng)度的分布。對(duì)于大范圍內(nèi)S4的取值，Nakagami分布最好地描述了強(qiáng)度分布。當(dāng)S4趨近于1.0,分布趨近于瑞利分布。偶爾S

15、4的值可能超過(guò)1而達(dá)到1.5,這應(yīng)歸于不規(guī)則性引起的電波會(huì)聚。當(dāng)取值小于0.6, &顯示出與f的穩(wěn)固關(guān)系，在 VHF和UHF波段的大多數(shù)寬頻觀測(cè)中，光譜指數(shù)U的取彳1為1.5。當(dāng)S4大于0.6,閃爍更強(qiáng)，光譜指數(shù)減小，這應(yīng)歸于瑞利衰減受到多次散射的強(qiáng)烈影響而引起閃爍的飽和。表1依據(jù)經(jīng)驗(yàn)提供了 S4和近似的峰一峰波動(dòng)值Pfiuc(dB)方便的轉(zhuǎn)化，這個(gè)關(guān)系能夠近似地表示為：1.26Pfiuc = 27.5 M S4(6)表1閃爍指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)性轉(zhuǎn)換表S4Pfluc(dB)0.11.50.23.50.360.48.50.5110.6140.7170.8200.9241.027.54.2 閃爍與

16、地理、春(秋)分和太陽(yáng)的相關(guān)性在地理上有兩個(gè)強(qiáng)烈的閃爍區(qū)域，一個(gè)在高緯度區(qū)域，另一個(gè)在地磁赤道土20。的區(qū)域(如圖 5所示)。在這兩個(gè)區(qū)域，一直到吉赫茲的頻率已經(jīng)觀測(cè)到嚴(yán)重的閃爍，而在中緯度區(qū)域閃爍主要影響VHF信號(hào)。所有的區(qū)域在晚間均存在顯著的活動(dòng)最大值，這一點(diǎn)同樣在圖5中示出。在赤道區(qū)域吉赫茲頻率上，已經(jīng)觀測(cè)到閃爍活動(dòng)在秋分時(shí)很活躍，而在春分時(shí)達(dá)到峰值。在暫時(shí)特性方面，電離層閃爍的衰落速率大約為0.1到1 Hz。一個(gè)典型的閃爍事件從當(dāng)?shù)仉婋x層日落時(shí)開(kāi)始，并能持續(xù) 30分鐘到一個(gè)小時(shí)。在太陽(yáng)活動(dòng)極大值的年份，對(duì)于赤道區(qū)域的臺(tái)站，電離層閃爍幾 乎每天晚上日落后都會(huì)發(fā)生，4 GHz信號(hào)幅度的峰一

17、山I波動(dòng)將超過(guò)10 dBo在太陽(yáng)活動(dòng)最大值和最小值年份,L波段閃爍衰落的深度(與交叉影線的深度成比例)4.3 電離層閃爍模型為了對(duì)地一空路徑上的電離層閃爍的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，建議使用全球電離層閃爍模型(GISM)。由于閃爍是一個(gè)與衛(wèi)星和地面站位置、數(shù)據(jù)、時(shí)間和工作頻率相關(guān)的函數(shù)，GISM允許預(yù)測(cè)S4指數(shù)、幅度衰落的深度、相位的均方根值和角偏差。這個(gè)模型基于多相位篩選方法，其主要內(nèi)部參數(shù)的缺省值如下：強(qiáng)度譜的斜率，p=3不規(guī)則性的平均大小，L0=500 km電子密度波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，e = 0.2。在使用NeQuick電離層模型的子程序中考慮了射線彎曲度并對(duì)電離層背景的特性進(jìn)行了計(jì)算。GISM的源程序

18、和相關(guān)文檔可以從與無(wú)線電通信第3研究組相關(guān)的ITU-R網(wǎng)站得到。4.4 瞬時(shí)統(tǒng)計(jì)和頻譜特性4.4.1 瞬時(shí)統(tǒng)計(jì)在一個(gè)電離層閃爍的事件中，Nakagami密度函數(shù)被認(rèn)為足夠接近描述幅度的瞬時(shí)分布。信號(hào)強(qiáng)度的密度函數(shù)由下式給出：mP(I) Im 1 exp(?mI)(7) (m)這里Nakagami "m系數(shù)”與閃爍指數(shù) S4相關(guān)：m=1/S：(8)在公式(7)的計(jì)算中，平均強(qiáng)度值I規(guī)一化為1.0。對(duì)信號(hào)在給定門限以上或以下的時(shí)間部分的計(jì)算，在很大程度上由于對(duì)應(yīng)于Nakagami密度的分布函數(shù)，通過(guò)如下式表述的限定格式而得到簡(jiǎn)化：1' (m,mI)P(I)= p(x)dx= &#

19、39; ,(9)0(m)其中F(m,mI)和Rm)分別為不完整和完整的伽馬函數(shù)。使用公式(9)可以計(jì)算出一個(gè)電離層事件內(nèi)信號(hào)在給定門限以上或以下的時(shí)間部分。例如，信號(hào)低于平均數(shù)X dB的時(shí)間部分由P。以10)給出，信號(hào)高于Y dB的時(shí)間部分由1干(1。"10)給出。4.4.2頻譜特性因?yàn)殡婋x層閃爍被認(rèn)為是由于相對(duì)固定折射率的不規(guī)則性在無(wú)線電波路徑的水平移動(dòng)而引起的，因此 空間和時(shí)間上的功率譜與漂移速率有關(guān)。實(shí)際關(guān)系取決于不規(guī)則成分(功率譜)以及大量其他的物理因 素。因此，功率譜可以用一個(gè)寬闊范圍的斜線族表示。根據(jù)不同的觀測(cè)資料報(bào)告，斜率范圍從f-1到f -6。一個(gè)典型的頻譜特性如圖6

20、所示。如果沒(méi)有直接測(cè)量結(jié)果，建議將如圖所示的13斜率用于系統(tǒng)應(yīng)用。4.5幾何考慮4.5.1 天頂角關(guān)系在大部分*II型中，s2表現(xiàn)為與傳播路徑上的天頂角( D的割線成比例，這個(gè)關(guān)系直到 ix70都是正確 的。對(duì)于更大的天頂角，關(guān)系式取值范圍應(yīng)該從1/2到i正割值的一次哥。4.5.2 季節(jié)一經(jīng)度關(guān)系閃爍的發(fā)生和S4的幅度與經(jīng)度和季節(jié)有關(guān)，這個(gè)關(guān)系可以由如圖7b所示的角度口參數(shù)化。該角度是不規(guī)則層高度上經(jīng)過(guò)視距的磁力線頂點(diǎn)處日落明暗界限和當(dāng)?shù)卮抛游缇€的夾角。季節(jié)一經(jīng)度關(guān)系的加權(quán)函數(shù) 由下式給出：S4 之 exp -(10)_ W其中 W是加權(quán)常數(shù)，它取決于位置和當(dāng)年的歷日。例如，使用坦瓜、中國(guó)香港

21、和夸賈林環(huán)礁得到的數(shù) 據(jù)，加權(quán)常數(shù)的數(shù)值能夠如圖 8所示建模。3040-對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星(Intelsat-IV )在4 GHz功率譜密度估計(jì)3II0波動(dòng)卿率619"年4月28-29日僵晚中國(guó)臺(tái)北地球站觀測(cè)到的閃媒事件0514X1A:在事件發(fā)生前30分鐘8:在開(kāi)始時(shí)C： 1小時(shí)后D： 2小時(shí)后E: 3小時(shí)后F 4小時(shí)后圖7a圖7b如圖7a所示磁力線頂點(diǎn)處當(dāng)?shù)卮抛游缇€和日落明暗界限的夾角日落明暗界限0531-07b圖8白天0531-084.6 累計(jì)統(tǒng)計(jì)當(dāng)考慮設(shè)計(jì)衛(wèi)星無(wú)線電通信系統(tǒng)和對(duì)頻率共用進(jìn)行評(píng)估時(shí)，通信工程師不僅需要考慮一個(gè)事件中系統(tǒng) 惡化和干擾，還需要考慮長(zhǎng)期的累積發(fā)生統(tǒng)計(jì)。對(duì)于

22、通信系統(tǒng)，包括最簡(jiǎn)單無(wú)線電系統(tǒng)配置的一個(gè)對(duì)地靜 止軌道衛(wèi)星，建議使用圖9和圖10對(duì)發(fā)生概率進(jìn)行評(píng)估和定標(biāo)。其中引用的太陽(yáng)黑子數(shù)是12個(gè)月的平均太陽(yáng)黑子數(shù)。信號(hào)強(qiáng)度的長(zhǎng)期累積分布P(I)與平均值相關(guān)，可以由峰一峰波動(dòng)值巴(如圖10中所示)的長(zhǎng)期累積統(tǒng)計(jì)F(§得到：nP(I)=£ fi Pi(i)(11)i 0其中：fo = F (亡v &)(11a)fi = F (。+1)(i = 1,2,n,- 1)(11b)fn = F ( - n )(11C)&，27.512一，(i = 1,2 nT)(11d)(11e)(11f)(11g)(11h)Djutiluha

23、r類型的應(yīng)。和容分別是峰一峰波動(dòng)值的最小和最大值，n是用戶感興趣的1的間隔數(shù)目。Pi(I) = ' (mi, mil) / ' (mi)2m, = 1/S4i. . 1/1.26一.1 /1.261 n 1 - 3 nS4n = I127.54 一圖11示出一個(gè)由圖10曲線P6得到信號(hào)強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間累積分布的例子。4.7 電離層閃爍和降雨衰落同時(shí)發(fā)生電離層閃爍和降雨衰落是物理起源完全不同的兩種損傷。但是，在太陽(yáng)黑子高發(fā)的年份，在赤道區(qū) 域這兩種效應(yīng)可能在一個(gè)年度百分比時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生，這對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。印度尼西亞地球站記錄到的 4 GHz頻帶內(nèi)累積同時(shí)發(fā)生時(shí)間大約為每年0.06%

24、 o這么高的數(shù)值對(duì)于ISDN用是不可接受的。同時(shí)發(fā)生事件具有非常顯著的特征，與只有一個(gè)損傷發(fā)生的情況（無(wú)論是閃爍還是降雨衰落單獨(dú)存 在）相比總是存在巨大差異。單獨(dú)的電離層閃爍不是一個(gè)去極化現(xiàn)象，單獨(dú)的降雨衰落不是一個(gè)信號(hào)波動(dòng) 現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)生事件在交叉極化信道上產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)波動(dòng)。這些同時(shí)發(fā)生事件的認(rèn)識(shí)對(duì)于要求高穩(wěn)定性 的衛(wèi)星一地球無(wú)線電系統(tǒng)應(yīng)用是必需的。圖9對(duì)應(yīng)太陽(yáng)黑子月平均數(shù)的 4 GHz赤道電離層閃爍的關(guān)系曲線月太陽(yáng)黑了一數(shù)方框圖指的是不同載波在一年內(nèi)的變化他制A: 1975-1976年，中國(guó)香港和拜勒賴因，15個(gè)載波3金W/隹oap L用迪姿譬招粗量蚩料C: 1976-1977 年,D：

25、 1970-1971 年,E： 19777978 年.F； 19741979 年，G： 1979-1980 年，B： 1974年，Longwiki, 1 個(gè)載波中國(guó)臺(tái)北，2個(gè)戟波12個(gè)站，下50個(gè)載波中國(guó)香港，12個(gè)載波中國(guó)香港，1 0個(gè)載波中國(guó)香港* 6個(gè)載波 時(shí)31-。94.8 GHz閃爍模型對(duì)在給定情況下預(yù)期發(fā)生的閃爍效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估可以遵循以下步驟：步驟1:圖10提供赤道電離層路徑上閃爍發(fā)生的統(tǒng)計(jì)：4 GHz頻率接收衛(wèi)星信號(hào)的峰一峰波動(dòng)值 Ruc (dB),衛(wèi)星位于東面仰角 20° ( P實(shí)曲線)和衛(wèi)星位于西面仰角30° (I虛曲線)。每年中不同時(shí)間和不同太陽(yáng)黑子數(shù)的數(shù)

26、據(jù)已經(jīng)給出。步驟2:圖10示出4 GHz的情況，對(duì)于其他感興趣的頻率f (GHz)內(nèi)的取值可以通過(guò)原數(shù)值乘以(f/4) 1.5得到。步驟3:對(duì)地理位置和每天發(fā)生的Pfiuc的分布，可通過(guò)圖5對(duì)進(jìn)行定性評(píng)估。步驟4:作為鏈路余量計(jì)算的一個(gè)要素，Pfiuc與信號(hào)損失Lp相關(guān)Lp =Pfluc/春。步驟5:在描述閃爍中使用最為廣泛的參數(shù)閃爍指數(shù)S4在§ 4.1定義，使用表1從Pf中可得到其取值。圖10中國(guó)香港地球站（曲線I1, P1, I3-I6 , P3-P6）和中國(guó)臺(tái)北地球站（曲線P2和I2）觀測(cè)到的峰一峰波動(dòng)值年統(tǒng)計(jì)表10I0.50.20'.10.050 I 2345678?

27、10 II 121314峰一峰被動(dòng)(JB)0.01().02曲線時(shí)間范國(guó)IL PI1975-1976 年 3 月10-1512, P219767977 年 6 月1.2-2613, PS1977-197B 年 3 月20-7014, P41977-1978 年 1。月44-11015. P51978-107912110-16016, P619794 980 年 6 H153-16505SI-1U圖11(BE型事力螞2一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度長(zhǎng)期累積統(tǒng)計(jì)的例子（4 GHz, 20。仰角）0.1 0.2 0.5 I 25 IU 2U 3U 40 5U 6Q 70 廿。中59片 料 99.5 §%目姆

28、$ 99.蜒縱抽未超過(guò)的時(shí)間白分比0531-115 吸收當(dāng)直接信息無(wú)法得到時(shí)，對(duì)于 30 MHz以上頻率的電離層吸收損耗能夠通過(guò)依照 （sec i）/f 2關(guān)系式建立 的可用模型進(jìn)行估計(jì)，其中 i是電離層中傳播路徑的天頂角。對(duì)于赤道和中緯度區(qū)域，70 MHz以上頻率的無(wú)線電波確定可以穿過(guò)電離層而不會(huì)被顯著吸收。中緯度區(qū)域的測(cè)量顯示，通常情況下垂直入射單向穿越電離層，30 MHz的典型吸收為0.2至IJ 0.5 dBo在太陽(yáng)耀斑期間，吸收增加但將小于5 dBo吸收的增強(qiáng)會(huì)在高緯度區(qū)域發(fā)生，應(yīng)歸于極冠和極光現(xiàn)象，這兩種現(xiàn)象在隨機(jī)區(qū)間發(fā)生，持續(xù)不同的時(shí)間范圍，其效應(yīng)是終端站位置和路徑仰角的函數(shù)。因此，對(duì)于大 多數(shù)有效系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這兩個(gè)現(xiàn)象應(yīng)該統(tǒng)計(jì)地對(duì)待，并且記住極光吸收持續(xù)時(shí)間以小時(shí)計(jì)而極冠吸收持續(xù)時(shí) 間以天計(jì)。5.1 極光吸收高能電子使得 D和E區(qū)域電子濃度增加，因而引起極光吸收。觀測(cè)到