Проницаемость и проводимость наземных материалов поверхности
earthSurfacePermittivity функция вычисляет электрические характеристики (относительная проницаемость, проводимость и комплексная относительная проницаемость) наземных материалов поверхности на основе методов и уравнений, представленных в ITU-R P.527 [1]. earthSurfacePermittivity функция обеспечивает различные синтаксисы с учетом характеристик, релевантных заданному поверхностному материалу.
[ вычисляет электрические характеристики для чистой воды на заданной частоте и температуре. Для чистой воды температурная установка должна быть больше 0 ℃.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('pure-water',fc,temp)
[ вычисляет электрические характеристики для сухого льда на заданной частоте и температуре. Для сухого льда температура должна быть меньше чем или равна 0 ℃.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('dry-ice',fc,temp)
[ вычисляет электрические характеристики для почвы на заданной частоте, температуре, проценте песка, глиняном проценте, удельной массе и объемном содержании воды.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('soil',fc,temp,sandpercent,claypercent,specificgravity,vwc)
[ устанавливает плотность объема почвы в дополнение к входным параметрам от предыдущего синтаксиса.epsilon,sigma,complexepsilon] = earthSurfacePermittivity('soil',___,bulkdensity)
Сравните относительную проницаемость и проводимость для не содержащий соли (нулевая соленость) морская вода к чистой воде.
Задайте несущую частоту 9 ГГц, температуру 30 ℃ и соленость нуля.
fc = 9e9; % Carrier frequency in Hz.
temp = 30;
salinity = 0;Вычислите относительную проницаемость и проводимость.
[epsilon_pure_water,sigma_pure_water] = earthSurfacePermittivity('pure-water',fc,temp); [epsilon_sea_water,sigma_sea_water] = earthSurfacePermittivity('sea-water',fc,temp,salinity);
Подтвердите, что морская вода не содержащий соли и чистая вода имеют равную относительную проницаемость и проводимость.
isequal(epsilon_pure_water,epsilon_sea_water)
ans = logical
1
isequal(sigma_pure_water,sigma_sea_water)
ans = logical
1
Сравните относительную проницаемость и проводимость для влажного льда без жидкой воды к сухому льду в 0 ℃. Подтвердите, что результаты отличаются незначительной суммой.
Задайте несущую частоту 12 ГГц.
fc = 12e9; % Carrier frequency in Hz.Вычислите относительную проницаемость и проводимость для влажного льда с нулевой жидкой водой по объему.
liqfrac = 0; [epsilon_wet_ice_0,sigma_wet_ice_0] = earthSurfacePermittivity('wet-ice',fc,liqfrac); % Set liquid water volume fraction to 0.
Вычислите относительную проницаемость и проводимость для сухого льда в 0 ℃.
temp = 0; [epsilon_dry_ice_0,sigma_dry_ice_0] = earthSurfacePermittivity('dry-ice',fc,temp); % Set temperature to 0.
Сравните относительную проницаемость и проводимость для влажного льда без жидкости к сухому льду в 0 ℃. Подтвердите, что влажный лед без жидкого и сухого льда в 0 ℃ имеет чрезвычайно равную относительную проницаемость и проводимость.
epsilon_wet_ice_0-epsilon_dry_ice_0
ans = 8.8818e-16
sigma_wet_ice_0-sigma_dry_ice_0
ans = -9.2179e-16
Постройте проницаемость и проводимость по сравнению с частотой для сухого льда и для влажного льда. Для сухого льда варьируйтесь температура. Для влажного льда варьируйтесь жидкая водная часть объема. Вычислите проницаемость и значения проводимости при помощи arrayfun применять earthSurfacePermittivity функционируйте к элементам выстраиваемых входных параметров.
freq = repmat([0.1,10,20,40,60]*1e9,6,1); temp = repmat((-100:20:0)',1,5); liqfrac = repmat((0:0.2:1)',1,5); [epsilon_dry_ice, sigma_dry_ice] = arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('dry-ice',x,y),freq,temp); [epsilon_wet_ice, sigma_wet_ice] = arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('wet-ice',x,y),freq,liqfrac);
Отобразите размещенные рядом объемные поверхностные диаграммы через заданные области.
figure tiledlayout(2,2) nexttile surf(temp,freq,epsilon_dry_ice,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Dry Ice') xlabel('Temperature (℃)') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(temp,freq,sigma_dry_ice,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Dry Ice') nexttile surf(liqfrac,freq,epsilon_wet_ice,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Wet Ice') xlabel('Liquid Fraction') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(liqfrac,freq,sigma_wet_ice,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Wet Ice')
Вычислите относительную проницаемость и проводимость для различных смесей почвы, как задано текстовыми классификациями в ITU-R P.527, Таблице 1.
Инициализируйте переменные расчета для постоянных значений и выстраиваемых значений.
fc = 28e9; % Frequency in Hz temp = 23; % Temperature in °C vwc = 0.5; % Volumetric water content pSand = [51.52; 41.96; 30.63; 5.02]; % Sand percentage pClay = [13.42; 8.53; 13.48; 47.38]; % Clay percentage sg = [2.66; 2.70; 2.59; 2.56]; % Specific gravity bd = [1.6006; 1.5781; 1.5750; 1.4758]; % Bulk density (g/cm^3)
Вычислите относительную проницаемость и проводимость для этих текстовых классификаций: песчаный суглинок, суглинок, илистый суглинок и илистая глина. Используйте arrayfun применять earthSurfacePermittivity функционируйте к элементам выстраиваемых входных параметров. Сведите в таблицу результаты.
[Permittivity,Conductivity] = arrayfun(@(w,x,y,z)earthSurfacePermittivity( ... 'soil',fc,temp,w,x,y,vwc,z),pSand,pClay,sg,bd); pSilt = 100 - (pSand + pClay); % Silt percentage soilType = ["Sandy Loam";"Loam";"Silty Loam";"Silty Clay"]; varNames1 = ["Soil Textual Classification";"Sand";"Clay";"Silt";"Specific Gravity";"Bulk Density"]; varNames2 = ["Soil Textual Classification";"Permittivity";"Conductivity"];
ITU-R P.527, Таблица 1 задает процент песка, глиняный процент, удельную массу, и объемная плотность для смесей почвы с ними пачкает текстовые классификации.
table(soilType,pSand,pClay,pSilt,sg,bd,'VariableNames',varNames1)ans=4×6 table
Soil Textual Classification Sand Clay Silt Specific Gravity Bulk Density
___________________________ _____ _____ _____ ________________ ____________
"Sandy Loam" 51.52 13.42 35.06 2.66 1.6006
"Loam" 41.96 8.53 49.51 2.7 1.5781
"Silty Loam" 30.63 13.48 55.89 2.59 1.575
"Silty Clay" 5.02 47.38 47.6 2.56 1.4758
Относительная проницаемость и проводимость для них пачкают текстовые классификации, включены в эту таблицу.
table(soilType,Permittivity,Conductivity,'VariableNames',varNames2)ans=4×3 table
Soil Textual Classification Permittivity Conductivity
___________________________ ____________ ____________
"Sandy Loam" 15.281 18.2
"Loam" 14.563 16.998
"Silty Loam" 13.965 16.011
"Silty Clay" 12.861 14.647
Вычислите относительную проницаемость и проводимость по сравнению с частотой для растительности, различного гравиметрического содержания воды и температуры.
Вычислите относительную проницаемость и проводимость для растительности при заданных настройках.
fc = 10e9; % Frequency in Hz temp = 23; % Temperature in °C gwc = 0.68; % Gravimetric water content [epsilon_veg,sigma_veg] = ... earthSurfacePermittivity('vegetation',fc,temp,gwc)
epsilon_veg = 20.5757
sigma_veg = 4.9320
Вычислите значения, необходимые, чтобы построить проницаемость и проводимость при помощи arrayfun применять earthSurfacePermittivity функционируйте к элементам выстраиваемых входных параметров.
Для области значений температур вычислите значения, чтобы построить проницаемость и проводимость по сравнению с частотой для растительности в 0,68 гравиметрическом содержании воды.
fc = repmat([0.1,10,20,40,60]*1e9,6,1); gwc1 = 0.68; temp1 = repmat((-20:20:80)',1,5); [epsilon_veg_gwc,sigma_veg_gwc] = ... arrayfun(@(x,y)earthSurfacePermittivity('vegetation',x,y,gwc1),fc,temp1);
Для области значений гравиметрического водного содержимого вычислите значения, чтобы построить проницаемость и проводимость по сравнению с частотой для растительности в 10°C.
temp2 = 10; gwc2 = repmat((0.2:0.1:0.7)',1,5); [epsilon_veg_tmp, sigma_veg_tmp] = ... arrayfun(@(x,z)earthSurfacePermittivity('vegetation',x,temp2,z),fc,gwc2);
Отобразите размещенные рядом объемные поверхностные диаграммы через заданные области.
figure tiledlayout(2,2) nexttile surf(temp1,fc,epsilon_veg_gwc,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Vegetation at 0.68 gwc') xlabel('Temperature (℃)') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(temp1,fc,sigma_veg_gwc,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Vegetation at 0.68 gwc') nexttile surf(gwc2,fc,epsilon_veg_tmp,'FaceColor','interp') title('Permittivity of Vegetation at 10°C') xlabel('Gravimetric Water Content') ylabel('Frequency (Hz)') nexttile surf(gwc2,fc,sigma_veg_tmp,'FaceColor','interp') title('Conductivity of Vegetation at 10°C')
[1] Сектор Радиосвязи Международного союза электросвязи. Электрические характеристики поверхности Земли. Рекомендация P.527-5. ITU-R, утвержденный 14 августа 2019. https://www.itu.int/rec/R-REC-P.527-5-201908-I/en.