无线电气象学研究进展与展望(特邀文章)

气象条件会导致无线电信号折射、衰减和超视距传播等电波传播效应.无线电气象学是研究气象环境特性及其对电波传播影响机理的一门交叉学科,是电波传播研究的重要领域.无线电气象学随着电波传播、气象和相关信息技术的发展而不断取得新的研究进展,为电波传播的更可靠预测和无线电系统的应用提供了可靠的数据和机理支撑.本文对全球数字地图、无线电参数遥感和短期预报等方面的研究进展进行了综合论述,并对无线电气象相关方向的发展给予了展望.

基于LoRa的无线电气象参数集成监测系统设计

通过无线电气象参数可以获得影响无线电波变化的气象参数变化规律.为研究各种气象变化对无线电波的影响,对无线电气象参数进行准确测量和数据的远程传输与管理,提出了一种基于LoRa的无线电气象参数集成监测系统.系统以LoRa技术为核心进行自组网设计,采用北斗短报文技术进行远距离通信.气象监测节点采用低功耗的STM32微处理器,通过移植uCOS-III实时操作系统来实现多传感器集成模块的多任务调度,远程终端采用Qt设计了配套的上位机软件进行无线电气象参数实时处理分析.实测结果表明,在通信距离小于2 km时,LoRa数据传输丢包率小于10%,上位机软件可准确显示并存储无线电气象数据.系统具有稳定可靠、集成度高、组网便捷、通信距离远等特点,可以实现对复杂环境中无线电气象参数的实时采集和远程管理,这为气象学研究提供了有效的无线电气象参数数据.

无线电气象学研究概述

1.引言无线电气象学主要是研究对流层与频率直到100GHz 的电波的相互作用,特别是讨论对流层对传播的影响。对流层对无线电波传播的影响主要通过气体成分及各种形式的云和水汽凝结物而起作用。气体成份对电波产生折射和吸收效应。大气气体的折射指数的变化引起反射、折射和散射的变化。云和降水的影响主要是吸收和散射。散射使前向波束的能量分散到其他别的方向,包括后向散射,引起能量的衰减。

我国海上无线电气象传真播发业务总体布局研究

结合我国现有气象传真播发电路的覆盖情况及北极东北航道的覆盖需求,提出了海上无线电气象传真播发系统的总体布局方案,并用VOACAP对该方案进行了仿真验证。结果表明,在新疆西北部增设气象传真播发电路,可有效加强对北极东北航道的覆盖,有效提高我国航海保障的服务水平,降低极端气象灾害所带来的水上安全事故风险,增强国际履约能力,提升海事大国形象。

气象探测中的无线电技术应用

提到气象观测,人们首先会想到百叶箱、温度湿度计、气压表、雨量筒、风速计、风向标等传统仪器,而时至今日,基于无线电技术的气象探测设备早已被广泛应用于大气探测领域。随着无线电气象学不断发展,目前我国气象部门在观测及预报过程中通常会采用哪些无线电设备及先进技术？

气象无线电频率管理工作的挑战与对策

对气象无线电频率管理工作进行了较为全面的梳理,分析了新形势下频率资源紧缺、无线电干扰等气象无线电频率管理工作面临的挑战,提出了加强技术支撑能力和完善管理体制等强化气象无线电频率管理工作的基本设想。

无线气象通信电台中的数字频率合成电路原理分析

数字频率合成电路是一种将数字技术和锁相技术结合起来，用数字方法控制分频比的锁相环路，产生相应的离散频率的先进电路。在新型的无线气象通信电台以及其它需要合成频率的通信设备中常用到这种电路，为了给气象台站的设备维修人员提供技术指导，本文对该电路的原理进行较详细的分析。

海上安全信息气象传真播发系统方案研究

为保障船舶航行安全,提升国际履约能力,根据国际相关标准规范的要求,结合我国实际情况,提出了海上无线电气象传真播发系统的建设方案,并用VOACAP对该方案进行了仿真验证。结果表明,在可靠度REL≥90%时,系统在近距离上可以有效覆盖我国东海,包括钓鱼岛水域、朝鲜海峡、台湾海峡水域等;在中远距离上可有效覆盖至黄岩岛、日本北海、南中国海等重点关注水域,覆盖距离不小于1,200海里。该系统可弥补我国海上无线电气象传真播发业务的空白。

GNSS载噪比反演船载气象要素传感器距水面高度

船载气象要素传感器距水面高度是使用块体参数化方法预测近海面大气折射率廓线的必要参数,对于海面蒸发波导等无线电气象系统监测结果的准确性具有重要意义.利用全球卫星导航系统(GNSS)载噪比(CNR)时间序列反演船载气象要素传感器距水面高度.该方法提取船舶GNSS接收机输出的卫星信号CNR,采用Lomb Scargle周期谱分析GNSS直射信号与反射信号相干性,反演天线相位中心距水面高度.根据GNSS天线与气象要素传感器几何关系换算船载气象要素传感器距水面高度.利用趸船实验数据对该方法进行验证,统计有效反演次数,分析海况对反演结果的影响以及反演高度时均变化.结果表明:利用该方法反演船载气象要素传感器距水面高度是可行的.

对流层电波传播研究与展望

对流层电波传播特性是影响无线电系统性能的重要因素,是电波传播研究的主要领域.本文系统综述了近60年来中国电波传播研究所在无线电气象、地面无线电业务电波传播、空间无线电业务电波传播、电波传播效应对无线电系统影响评估等对流层电波传播不同方向开展的研究和取得的研究进展.在此基础上,最后给出了对对流层电波传播研究的展望.

武汉大气波导出现特征及其对调频广播的影响

大气波导会严重影响广播系统的播出质量和服务可靠性,然而目前对内陆大气波导出现情况的研究关注度不够,国内也未见其对广播系统影响研究的公开报导.本文选择武汉地区代表亚热带季风气候区,研究其大气波导环境特性及对广播频率的影响.基于无线电气象原理,给出了武汉地区2017—2019年波导环境特征的研究结果,包括波导的出现概率、结构特征和影响的无线广播频率等.结果表明这三年武汉地区大气波导出现概率可达到28%,对FM频段的广播频率影响概率达到13%以上.基于抛物型方程方法,对标准大气和典型波导事件大气条件下的武汉-信阳路径上92.7 MHz电波传播特性进行了数值模拟,得到了武汉发射站到信阳的功率分布,在距武汉85 km的位置和在距武汉172 km的信阳,近地表0~100 m信号功率可以提高6.12 dBm以上.本文研究说明内陆大气波导对无线广播系统可产生严重影响,为有关研究提供了可信的参考依据.

微波技术的最新发展

(本文广泛地討論了微波技术中引起近代科学家們注意和重视的計多問题,指出了它們的重要意义和进一步向前發展的可能性和必要性。文中对微波电子管器件与毫米波的产生,微波傳播,天线及微波光学,微波传輸的新發展及微波技术的重要用途,作了綜合的叙述。对从事微波研究,微波通信,电视,广播以及导彈,微波波譜学,近代物理学,無线电天文学,无线电气象学等方面的科学工作者,都有参考价值——编者。)