CN103078690A - 一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，包括在覆盖场强的分析区域内，计算测量点处场强的理论值，将分析区域栅格化，计算接收栅格点处场强的理论值，获取测量点处场强的测量值，计算测量点场强的测量值和理论值的差值相对量，计算接收栅格点的场强测量值和理论值的差值相对量，对分析区域内的每个接收栅格点的场强理论值进行修正。本发明根据广播/电视系统发射台站的理论覆盖特性和发射台站周边的实际测量结果，对发射台站理论覆盖特性进行修正，给出更接近于实际状况的理论分析结果，为广播/电视系统规划设计提供支撑。

Description

一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法

技术领域

本发明涉及广播电视技术领域，特别是涉及一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法。

背景技术

地面广播/电视业务的高速发展对地面广播/电视覆盖网的能力分析和系统规划提出了越来越高的要求。作为广播/电视覆盖区分析基础的传播预测方法，国际电联ITU相关建议和国内外公开文献，以及国内相关行业标准提出了相关理论，形成了理论、经验/半经验模型，在区域性分析时取得了较好的效果。模型提出后，国内外部分学者基于特定区域的采集数据对模型进行了分析，对模型修正进行了研究，形成了本地化研究的部分成果。

地面广播/电视系统覆盖范围分析是根据收音机、电视等接收设备能力限值，确定发射台周边高于门限的区域的范围，即为广播发射站的覆盖范围，为建立台站布设、系统规划提供依据。为更好地服务于广播/电视行业，急需开展三类工作：一是对现有广播/电视业务传播特性的测量，获取测量数据，并进行分类统计分析；二是在通用传播预测模型的基础上，开展广播/电视业务传播机理研究，建立适合于我国区域的传播预测、覆盖特征分析和网络规划方法，或是针对特定的应用提出实用性规则；三是结合测量和传播预测分析，提高广播/电视业务传播预测、覆盖区分析的精度。

目前，对广播/电视系统覆盖区的计算是基于发射台的发射功率、天线特征等信息，结合地形、地物、无线电气象信息，利用传播预测方法分析得到。由于地形、地物精度低，无线电气象信息实时采集困难等原因，分析结果与实际存在一定的差异，在广播/电视系统的精细规划方面支撑不足。

发明内容

为了解决现有技术中缺乏针对广播/电视系统覆盖区分析修正的问题，本发明提供了一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法。

本发明的一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法包括：在覆盖场强的分析区域内，根据测量点的位置

和广播电视发射台站的等效辐射功率，计算测量点处场强的理论值

其中λ和

代表经度和纬度；获取测量点处场强的测量值，记为

计算测量点场强的测量值

和理论值

的差值相对量

将所述分析区域栅格化，计算接收栅格点处场强的理论值计算

其中

是接收栅格点的场强理论值

与等效测量值的差值相对量，下角标n代表第n个测量点，N为分析区域内的测量点总数，W_n为第n个测量点与所述接收栅格点之间的权重系数；针对分析区域内的每个接收栅格点，按照下式分别计算每个接收栅格点的等效测量值

即为修正后的广播电视系统覆盖场强的估算结果。

进一步地，对于所述分析区域，基于所述等效辐射功率和接收系统的最小可用场强计算发射台站的最大辐射距离，然后以发射台站为中心，以所述最大辐射距离为半径，划定所述分析区域。

进一步地，所述分析区域为矩形，矩形的中心为发射台站的位置，矩形的四个顶点分别在正东、正南、正西、正北四个方位，且顶点到发射台站的距离为所述最大辐射距离。

进一步地，在计算接收栅格点处场强的理论值

时，在所述分析区域范围内进行路径地球物理参数综合分析，确定信号传播路径类型、天线等效高度和地面余隙角，然后基于这些参数计算接收栅格点处的场强，即理论值

进一步地，在进行所述路径地球物理参数综合分析之前，根据以下信息获取地形剖面参数：发射台站的位置，接收栅格点的位置、发射天线高度、发射信号频率；然后针对信号传播路径对应的地形剖面参数确定信号传播路径类型；所述类型为陆路，海路或混合路径。

进一步地，在计算接收栅格点的场强理论值

时，基于国军标GJB1655-93折射率梯度统计分布地图，利用剖面模型分析垂直折射率梯度分布，再利用双线性插值方法计算链路平均垂直折射率梯度。

本发明有益效果如下：

本发明将测量与覆盖区分析工作有机结合在一起，充分利用既有或实时获取的测量数据，实现基于测量的覆盖区修正分析，提高覆盖区的分析精度，提升地面广播/电视覆盖网的能力分析和系统规划能力。

附图说明

图1是本发明用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法流程图。

图2是本发明的一个实施例流程图。

图3是图2实施例中步骤A处理流程图。

图4是图2实施例中步骤B处理流程图。

图5是图2实施例中步骤D处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

图1示出了本发明的一种用于广播/电视系统覆盖场强估算的修正方法的流程，具体包括：

1)在覆盖场强的分析区域内，根据测量点的位置

和广播电视发射台站的等效辐射功率，计算测量点处场强的理论值

其中λ和

代表经度和纬度；

2)将所述分析区域栅格化，计算接收栅格点处场强的理论值

3)获取测量点处场强的测量值，记为

4)计算测量点场强的测量值

和理论值

的差值相对量

5)计算接收栅格点处的场强理论值

和等效测量值的差值相对量

其中下角标n代表第n个测量点，N为分析区域内的测量点总数，W_n为第n个测量点与所述栅格点之间的权重系数；

6)针对分析区域内的每个栅格点的场强理论值

按照下式计算等效测量值

最后，以

作为对广播/电视系统覆盖场强估算结果的修正值，用于指导广播/电视覆盖网的能力分析和整体规划。可见，本发明就是根据广播/电视系统发射台站的理论覆盖特性和发射台站周边的实际测量结果，对发射台站理论覆盖特性进行修正，给出更接近于实际状况的理论分析结果，为广播/电视系统规划设计提供支撑。

为了更为清楚地介绍本发明的技术方案，以下通过具体实例描述本发明的实施方式。

图2是基于上述方案的一个具体实施例，详细介绍了在实施该方案过程中涉及到的参数处理和必要的运算。具体来看，本实施例包括：

步骤A：根据广播/电视发射台站的等效辐射功率，确定自由空间理想条件下的最大辐射距离，进而确定覆盖场强分析区域。

步骤B：根据发射台站的位置信息，栅格点位置信息、发射台天线地（海）面高度、信号频率，读取地形剖面，进行路径地球物理参数综合分析，确定传播路径类型、发射天线等效高度、栅格点处接收天线等效高度、地面余隙角等相关的传播参数。

步骤C：利用ITU–R P.1546建议的方法计算分析区域内各接收栅格点的场强理论值。

步骤D：利用测量数据修正理论计算的栅格点场强。

可见，本实施例的目的一方面是通过步骤A-C给出计算栅格点处场强理论值的过程，另一方面是由步骤D给出利用测量值对该理论值作修正的过程。以下对步骤A-D分别进行介绍。

●对于步骤A，如图3所示，可分为步骤A1和A2：

A1：根据等效辐射功率，广播/电视接收系统最小可用场强信息计算最大辐射距离。

A2：以发射站为中心，以最大辐射距离为半径，划定覆盖的区域作为分析区域，例如在正东、正南、正西、正北四个方位分别计算对应的位置点，作为分析区域边界点。

●对于步骤B，如图4所示，可分为步骤B1-B7：

B1：读取地形剖面

B2：并根据传播路径剖面确定传播路径类型：陆路，海路或混合路径。

B3：计算发射台天线等效高度。

B4：确定栅格点处接收天线等效高度。

B5：计算发射端地面余隙角。

B6：计算栅格点处接收端地面余隙角。

B7：确定路径平均垂直折射率梯度。

●对于步骤D，如图5所示，可分为步骤D1-D6：

D1：计算测量点场强理论值。

D2：计算测量点场强测量值与理论值差值相对量。

D3：计算各测量点与覆盖区栅格点间的距离。

D4：利用区域重构方程组求取测量点与覆盖区栅格点间的权重系数。

D5：计算覆盖区栅格点的场强差值相对量。

D6：修正覆盖区接收栅格点场强值。

更为具体地，对于上述各个步骤的详细计算过程列举如下。

■步骤A：根据广播/电视发射台站的等效辐射功率，以此确定自由空间理想条件下最大辐射距离，进而确定覆盖场强分析区域，其具体过程如下：

步骤A1：计算最大辐射距离，计算公式如下：

$d_{\min }={10}^{(P_t-E_{\min }+74.8)/20}---\left(1\right)$

式中，P_t为等效辐射功率（dBW），E_min为广播/电视接收系统最小可用场强，其取值如表1所列。

表1广播/电视接收系统最小可用场强

步骤A2：确定分析区域边界点。以发射站为中心（λ_t,θ_t），以最大辐射距离d_max为半径，在正东、正南、正西、正北四个方位分别计算对应的位置点，确定分析区域边界点，构建一个矩形区域，即覆盖分析区域。将分析区域栅格化，分为若干矩形网格，所有的接收栅格点即为分析区域所计算的接收点。

■步骤B：根据发射台的位置信息

栅格点位置信息

发射台天线地（海）面高度（h_t）、信号频率（f），读取地形剖面，进行路径地球物理参数综合分析，确定传播路径类型、发射天线等效高度、栅格点处接收天线等效高度、地面余隙角等相关的传播参数。其具体过程如下：

步骤B1：读取地形剖面。

步骤B2：根据传播路径剖面确定传播路径类型：陆路，海路或混合路径。

步骤B3：确定发射台天线等效高度（h₁，m），取值方式如下：

表2发射天线高度

表2中，h_s为发射天线海面高度（m）；h_eff为发射天线海拔高度高出发射天线向接收天线方向距离3~15km但不超过接收点位置平均高度的值（m）；h_b为天线高度大于传播距离0.2d~d平均高度的值（m）。

步骤B4：确定栅格点处接收天线等效高度（h₂，m）。对于陆地接收情况，接收/移动天线高度取天线周围地面典型覆盖物的高度，最小值为10m；对于海洋接收情况取10m。

步骤B5：计算发射端地面余隙角（θ_t，rad）。发射端地形余隙角定义为从发射/基站天线至接收/移动天线方向上15km但不超过接收/移动天线的区域内，越过所有障碍的射线与水平线的仰角，计算公式如下：

θ_t＝arctan[1000(h_os-_ts)/d_to]    （2）

式中，h_ts为发射/基站天线海拔高度（m）；h_os为发射/基站天线至接收/移动天线方向上15km但不超过接收/移动天线的区域内最高障碍点海拔高度（m）；d_ro为发射/基站天线与最高障碍点间距离（km）。

步骤B6：计算栅格点处接收端地面余隙角（θ_r，rad），接收端地形余隙角定义为从接收/移动天线至发射/基站天线方向上16km但不超过发射/基站天线的区域内，越过所有障碍的射线与水平线的仰角，计算公式如下：

θ_r＝arctan[1000(h_os-h_rs)/d_ro]    （3）

式中，h_rs为接收天线海拔高度（m）；h_os为接收/移动天线至发射/基站天线方向上16km但不超过发射/基站天线的区域内最高障碍点海拔高度（m）；d_ro为接收/移动天线与最高障碍点间距离（km）。

步骤B7：计算链路平均垂直折射率梯度，基于国军标GJB1655-93折射率梯度统计分布地图，利用剖面模型分析垂直折射率梯度分布，再利用双线性插值方法计算链路平均垂直折射率梯度。

■步骤C：利用理论分析方法计算覆盖区域各接收栅格点的场强理论值。可利用ITU-R P.1546建议方法进行计算，根据发射台站的经纬度、发射功率、天线特征等信息，栅格接收点经纬度信息，发射台与接收点之间的地形、地物、无线电气象信息，以及步骤B获得的相关电波传播参数信息即可计算得到。鉴于该建议的计算过程是本领域的技术人员熟知的内容，这里不再赘述。

■步骤D：利用测量数据修正覆盖场强，具体过程如下：

步骤D1：根据测量点的经、纬度

按照步骤C计算其场强理论值（E_p）；

步骤D2：计算各测量点场强测量值（E_m）与理论值（E_p）差值的相对量ΔE（λ,θ）:

步骤D3：计算各测量点之间以及测量点与覆盖区接收栅格点间的等效距离。定义空间任意两点（λ_i,θ_i）和（λ_j,Y_j）之间的等效距离d_ij为:

式中，a——地球半径，c——地形因子。

步骤D4：利用区域重构方程组求取测量点与覆盖区栅格点间的权重系数W：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{ij}}{W}_j+\mathrm{\μ}=d_{i0},i=\mathrm{1,2},\·\·\·,N\\ \underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_j=1\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中，N为测量点的个数，d_i0为测量点与覆盖区接收栅格点

之间的等效距离，μ为拉格朗日乘数。

步骤D5：计算覆盖区栅格点的场强差值的相对量

式中，为第n个测量点场强测量值（E_m）与理论值（E_p）差值相对量。

步骤D6：修正覆盖区栅格点场强值。

式中，

为覆盖区栅格点修正后的场强值，

为覆盖区栅格点理论计算的场强值。

以下，给出利用上述广播/电视系统覆盖场强估算修正方法的应用实例。

2011年3月共采集9个位置点的测量数据，假定其位置分别为

和

其测量值分别为

和

步骤D1：根据测量点的经、纬度按照步骤C计算其场强理论值为

和

步骤D2：计算各测量点场强测量值与理论值的差值相对量：

...

步骤D3：计算各测量点之间以及测量点与覆盖区栅格点间的等效距离。

...

...

...

...

步骤D4：利用区域重构方程组求取测量点与覆盖区栅格点间的权重系数W：

W₁+W₂+…+W₉＝1

式中，N为测量点的个数，d_i0为测量点与覆盖区栅格点

之间的等效距离。

步骤D5：计算覆盖区栅格点的场强差值相对量

式中，

为第n个测量点场强测量值（E_m）与理论值（E_p）差值相对量。

步骤D6：修正覆盖区接收栅格点场强值。

式中，

为覆盖区栅格点修正后的场强值，

为覆盖区栅格点理论计算的场强值。

在此，采集了3个位置的测量数据做为验证数据，依次计算理论和修正误差，如表3所列。由表3可以看出，修正场强预测精度较理论预测精度有了大幅提高。

表3

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，包括：

在覆盖场强的分析区域内，根据测量点的位置和广播电视发射台站的等效辐射功率，计算测量点处场强的理论值

其中λ和

代表经度和纬度；

获取测量点处场强的测量值，记为

计算测量点场强的测量值

和理论值的差值相对量

将所述分析区域栅格化，计算接收栅格点处场强的理论值

计算

其中

是接收栅格点处场强的理论值

与等效测量值的差值相对量，下角标n代表第n个测量点，N为分析区域内的测量点总数，W_n为第n个测量点与所述接收栅格点之间的权重系数；

针对分析区域内的每个接收栅格点，按照下式分别计算每个接收栅格点的等效测量值，记为

其中

即修正后的广播电视系统覆盖场强的估算结果。

2.如权利要求1所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，对于所述分析区域，基于所述等效辐射功率和接收系统的最小可用场强计算发射台站的最大辐射距离，然后以发射台站为中心，以所述最大辐射距离为半径，划定所述分析区域。

3.如权利要求2所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，所述分析区域为矩形，矩形的中心为发射台站的位置，矩形的四个顶点分别在正东、正南、正西、正北四个方位，且顶点到发射台站的距离为所述最大辐射距离。

4.如权利要求1所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，其中，所述权重系数W_n利用区域重构方程组进行求解，区域重构方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{nj}}{W}_n+\mathrm{\μ}=d_n(n=\mathrm{1,2},\·\·\·,N)\\ \underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_n=1\end{array}\right.$

式中，d_nj为第n个测量点与第j个测量点之间的距离，d_n为第n个测量点与所述接收栅格点之间的距离，μ为拉格朗日乘数。

5.如权利要求1所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，在计算接收栅格点处场强的理论值

时，在所述分析区域范围内进行路径地球物理参数综合分析，确定信号传播路径类型、天线等效高度和地面余隙角，然后基于这些参数计算接收栅格点处的场强，即理论值

6.如权利要求5所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，在进行所述路径地球物理参数综合分析之前，根据以下信息获取地形剖面参数：发射台站的位置，接收栅格点的位置、发射天线高度、发射信号频率；然后针对信号传播路径对应的地形剖面参数确定信号传播路径类型；所述类型为陆路，海路或混合路径。

7.如权利要求1所述的用于广播电视系统覆盖场强估算的修正方法，其特征在于，在计算接收栅格点的场强理论值

时，基于国军标GJB1655-93折射率梯度统计分布地图，利用剖面模型分析垂直折射率梯度分布，再利用双线性插值方法计算链路平均垂直折射率梯度。

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