基于1—10GHz空地链路信号的雨强监测方法可行性研究

空地链路上的微波信号受降雨影响,会产生功率衰减和去极化效应.基于这些物理特性,本文提出利用1—10 GHz空地链路信号的降雨干扰项获取雨强的方法,并开展了相关理论研究.根据空地链路信号与雨滴复杂的相互作用,研究了空地链路信号频率为1—10 GHz时,雨强(rain rate,R)对衰减(attenuation,A)和交叉极化分辨率(cross-polarization discrimination,XPD)的影响,分别建立了A-R和XPD-R关系模型.通过数值模拟,分别分析了利用上述两个关系模型估测雨强的可行性,并系统研究了不同频率、极化方式和仰角条件下的适用性.研究结果表明,对于水平极化或圆极化,且频率较高的空地链路信号,利用A-R关系反演强降雨具有理论上的可行性;对于不同频率和极化方式的信号,XPD-R关系模型都可以用于反演雨强,并且对于1—50 mm·h-1范围内的雨强,XPD较为敏感;不同仰角条件下,A-R和XPD-R模型都适用.在4—10 GHz时,本文的XPD-R模型和国际电信联盟ITU-R中XPD预测模型的结果非常接近.所得出的结论对于下一步开展相关的验证实验,拓展卫星系统的气象应用,实时估测降雨强度,实现全球降雨观测具有重要的参考价值.