BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN
TẦNG ĐỐI LƯU KHU VỰC HÀ NỘI SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP
CẮT LỚP VƠ TUYẾN VÀ BĨNG THÁM KHƠNG

NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG
MÃ SỐ: 9.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN ÁN

HÀ NỘI - 2023


Cơng trình được hồn thành tại:

Trường Đại học Giao thơng Vận tải

Tập thể hướng dẫn khoa học:
Hướng dẫn 1:
Hướng dẫn 2:

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường
họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải.
Vào hồi ….. giờ ,….. ngày ….. tháng ….. năm 2023

Có thể tìm thấy luận án tại: Trung tâm thông tin thư viện Trường Đại học Giao

thông Vận tải, Thư viện Quốc gia


LỜI MỞ ĐẦU
Lý do lựa chọn luận án
Nghiên cứu ở [1] cho thấy chỉ số khúc xạ là yếu tố quan trọng dự đốn hoạt động của tuyến
thơng tin vơ tuyến, cấu trúc chiết suất của tầng đối lưu là nguyên nhân gây ra trễ đường truyền và
nhiều cơ chế phức tạp như hiệu ứng đa đường, hấp thụ, tán xạ tín hiệu vơ tuyến v.v. Các kết quả tổng
hợp cho thấy chỉ số khúc xạ có tính quy luật theo mùa, thay đổi theo ngày và đêm, theo vùng miền
[84] [107]. Hiệu quả của các hệ thống dẫn đường, ra-đa và thông tin liên lạc phần lớn phụ thuộc vào
điều kiện truyền của sóng vơ tuyến giữa phía phát và phía thu và được xác định bởi trạng thái khúc
xạ khí quyển, đó là sự phân bố trong khơng gian của độ khúc xạ. Do đó, việc nghiên cứu về độ khúc
xạ, tạo ra mơ hình thống kê có vai trị quan trọng để dự đốn phạm vi của các hệ thống vơ tuyến cho
các mục đích khác nhau. Việc có được quy luật chính xác về chỉ số khúc xạ góp phần hiệu chỉnh số
liệu của vệ tinh đo độ cao. Ngồi ra cịn có các ứng dụng khác sử dụng chỉ số khúc xạ khí quyển như
ở các hệ thống ra-đa dưới chân trời; bài toán xác định vị trí quỹ đạo của vệ tinh từ trạm mặt đất; các
bài tốn trong vật lý khí quyển, khí hậu như chuyển động hỗn loạn trong khí quyển, vật lý vi mơ khí
quyển, nghiên cứu cán cân bức xạ v.v.
Lợi dụng hiện tượng khúc xạ khí quyển tầng đối lưu có thể được sử dụng để truyền sóng đi
xa phía dưới đường chân trời, ứng dụng trong các hệ thống ra-đa tầm soát vượt đường chân trời.
Nghiên cứu về hiện tượng như siêu khúc xạ có thể ứng dụng để truyền sóng đi được rất xa. Truyền
sóng tán xạ tầng đối lưu là khi gặp phải mơi trường có sự khơng đồng nhất về chiết suất và có sự thay
đổi gần bằng độ dài của bước sóng cũng được nghiên cứu ứng dụng trong thông tin quân sự.
Như vậy, bài tốn đánh giá ảnh hưởng tầng đối lưu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Trong nội dung của luận án, hướng nghiên cứu ước lượng chỉ số khúc xạ để xác định điều kiện truyền
sóng vơ tuyến trong khí quyển tầng đối lưu khu vực Hà Nội được thực hiện. Xác định được chính xác
chỉ số khúc xạ của bầu khí quyển đối với truyền sóng vơ tuyến nhất là đối với khu vực có bốn mùa
thay đổi, như Hà Nội, sẽ giúp tối ưu hiệu suất của các hệ thống vô tuyến cho các hoạt động liên lạc,
định vị, dẫn đường trong các lĩnh vực hàng khơng, cơng nghiệp, quốc phịng và an ninh.
Mục tiêu của luận án

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu, đánh giá điều kiện truyền sóng vơ tuyến tầng đối lưu khu
vực Hà Nội sử dụng các phương pháp cắt lớp vô tuyến và bóng thám khơng.
Mục tiêu cụ thể: Tính tốn và phân tích được sự thay đổi chỉ số khúc xạ vô tuyến qua số liệu
cắt lớp vô tuyến cho khu vực Hà Nội. Tính tốn, phân tích và so sánh sự thay đổi chỉ số khúc xạ vô
tuyến với số liệu thu thập từ bóng thám khơng. Đánh giá khả năng áp dụng mơ hình tồn cầu về chỉ
số khúc xạ vô tuyến theo khuyến nghị ITU-R P.453 cho khu vực Hà Nội thơng qua việc phân tích đối
sánh với số liệu tính tốn từ các phương pháp trên, từ đó đưa ra các khuyến cáo cụ thể về sử dụng chỉ
số khúc xạ.
Các đóng góp chính của luận án
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án hướng đến là đề xuất các giải pháp sử dụng số liệu
thực nghiệm để ước lượng chỉ số khúc xạ trong khí quyển đối lưu. Các đóng góp chính của luận án
bao gồm:
- Đề xuất giải pháp ước lượng chỉ số khúc xạ vô tuyến tầng đối lưu sử dụng số liệu thực nghiệm
từ phương pháp cắt lớp vô tuyến.
- Đề xuất giải pháp ước lượng chỉ số khúc xạ vô tuyến tầng đối lưu sử dụng số liệu thực nghiệm
từ phương pháp bóng thám khơng.
1


Các đóng góp này được thể hiện ở các bài báo khoa học nằm trong danh mục các cơng trình đã
cơng bố [J1, J2, J3]. Kết quả đạt được có độ tin cậy, phù hợp với điều kiện công nghệ nước ta hiện
nay. Nội dung nghiên cứu ở đây có thể áp dụng để lập ra bản đồ truyền sóng.
Hiệu quả kinh tế xã hội
Việc nghiên cứu sử dụng các nguồn số liệu khí tượng sẵn có để xác định điều kiện truyền sóng
vơ tuyến trong khí quyển tầng đối lưu khu vực Hà Nội cho kết quả nhanh, với chi phí hợp lý là thành
cơng của luận án. Kết quả nghiên cứu ở đây có thể được sử dụng ở các mơ hình đang chạy tại Viện
Vật lý Địa cầu như là một trong số các nguồn dữ liệu đầu vào giúp cải thiện kết quả tính tốn trên mơ
hình dự báo.
Bố cục của luận án
Luận án gồm 03 chương. Chương 1 là những nghiên cứu tổng quan ảnh hưởng của khí quyển

đến truyền sóng vơ tuyến. Chương 2 đề xuất giải pháp xác định điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong
khí quyển sử dụng số liệu cắt lớp vơ tuyến. Giải pháp xác định điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong
khí quyển sử dụng số liệu bóng thám không được đề xuất ở Chương 3.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN ĐẾN
TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN
1.1. Truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển
Bầu khí quyển có cấu trúc phân lớp thường được chia thành các khu vực riêng biệt: tầng đối
lưu, tầng bình lưu và tầng điện li. Truyền sóng trong khí quyển đối lưu được phân loại thành sóng đất
và sóng trời. Phổ tần vơ tuyến được chia thành các phân đoạn khác nhau dựa vào tính chất vật lý, đặc
điểm lan truyền hình thành lên các băng tần (sóng) khác nhau. Mỗi băng sóng được ứng dụng cho
các hệ thống thông tin cụ thể. Nói chung, sóng vơ tuyến có bước sóng càng ngắn thì sẽ có xu hướng
truyền thẳng nhiều hơn, kích thước an-ten nhỏ hơn và cự ly truyền sóng sẽ ngắn hơn nguyên nhân là
do hấp thụ phân tử của tầng đối lưu tăng theo tần số [89], suy hao trong q trình truyền sóng cũng
nhiều hơn [66].
1.2. Phân tích các phương pháp xác định chỉ số khúc xạ vô tuyến
Chỉ số khúc xạ vơ tuyến có thể được xác định bằng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp
[16] [60]. Phương pháp trực tiếp bằng việc sử dụng với dụng cụ đo nhạy với vận tốc truyền sóng gọi
là máy đo khúc xạ kế tần số vô tuyến hay khúc xạ kế vô tuyến; phương gián tiếp, được đề cập đến
trong nội dung nghiên cứu của luận án, liên quan đến phép đo nhiệt độ, áp suất và độ ẩm và chuyển
đổi thành chỉ số khúc xạ. Sự phát triển của công nghệ đã dẫn đến sự ra đời của các thế hệ máy đo
khúc xạ kế theo phương pháp gián tiếp như chỉ số khúc xạ được tính thơng qua hàm lượng khí CO 2
[108], hay đề xuất đo độ dịch chuyển chính xác dựa trên phép đo giao thoa laser của vật liệu etalon
[110]. Phương pháp đo trực tiếp không dễ thực hiện trong thực tế do nguyên lý đo phức tạp và khối
lượng lớn của thiết bị đo, bù lại thì có độ chính xác tốt hơn. Do việc thiếu sử dụng phổ biến các máy
đo khúc xạ dẫn tới phải sử dụng các loại dữ liệu thời tiết để xác định chỉ số khúc xạ theo phương
pháp gián tiếp. Máy đo khúc xạ kế tần số vơ tuyến có độ chính xác cao hơn so với độ chính xác mà
cảm biến khí tượng đạt được. Các máy đo khúc xạ trọng lượng nhẹ (light-weight) được phát triển cho
các phép đo bằng bóng thám khơng hoặc các thiết bị bay tuy khơng chính xác bằng các khúc xạ kế
vơ tuyến nhưng cũng chính xác hơn so với phương pháp đo gián tiếp.
1.2.1. Phương pháp xác định chỉ số khúc xạ vô tuyến

Chỉ số khúc xạ vô tuyến n được định nghĩa là tỉ số giữa tốc độ truyền sóng điện từ trong chân
2


không (hay không gian tự do) c0 với tốc độ truyền sóng trong mơi trường vật chất c được định nghĩa
bằng cơng thức:
𝑛=
(1.1)
Chỉ số khúc xạ vơ tuyến n có thể được xác định từ độ khúc xạ N theo công thức:
𝑛 = 1 + 𝑁. 10

(1.2)

Độ khúc xạ vô tuyến N có thể được tính thơng qua các thơng số môi trường là nhiệt đô, độ ẩm
và áp suất như sau [16] [73] [77]:
𝑁 = 77,6 − 5,6 + 3,75. 10

(N-units)

(1.3)

Trong đó: P áp suất khí quyển tổng cộng (hPa), e áp suất hơi (hPa), T nhiệt độ tuyệt đối (oK).
Mặt cắt chuẩn hay cấu hình chuẩn (reference profile) có thể được sử dụng để tính tốn giá trị
của độ khúc xạ Ns ở bề mặt trái đất theo N0 như sau [73] [77]:
𝑁 = 𝑁 . exp(−ℎ ⁄ℎ )

(N-units)

(1.4)


Ở đây: N0 giá trị trung bình của độ khúc xạ khí quyển so với mực nước biển (độ khúc xạ
tham chiếu), h0 độ cao tham chiếu, hs (km) là độ cao so với mực nước biển. N0 và h0 có thể được xác
định bằng phương pháp thống kê trong các điều kiện khí hậu khác nhau, thơng thường trong tính tốn
lấy N0 = 315 N-units, h0 = 7,35 km.
Sự khác biệt giá trị độ khúc xạ vô tuyến xác định được hay tính tốn được bằng cơng thức
(1.3) và giá trị từ mơ hình ITU-R P.453 thể hiện độ lệch tuyệt đối so với giá trị mơ hình được xác
định như sau:
∆𝑁 = 𝑁 − 𝑁 (N-units)
(1.5)
Trong đó: 𝑁 (N-units) là độ khúc xạ tính được ở độ cao h (km) qua các thơng số khí quyển
là nhiệt độ, áp suất và độ ẩm theo công thức (1.3), 𝑁 (N-units) là độ khúc xạ tính theo cơng thức
hàm số mũ từ mơ hình của ITU-R P.453, cơng thức (1.4).
Độ lệch tương đối giữa giá trị tính tốn được theo cơng thức (1.3) và giá trị từ mơ hình được
thể hiện như ở công thức:
∆
𝑅 = 100 ∙
(%)
(1.6)
Với ∆𝑁 (N-units) là độ lệch tuyệt đối so với giá trị mô hình tính theo cơng thức (1.5), 𝑁 (Nunits) là độ khúc xạ tính theo cơng thức hàm số mũ từ mơ hình, cơng thức (1.4).
Xác định chỉ số khúc xạ vô tuyến theo định nghĩa, công thức (1.1), gọi là phương pháp đo
trực tiếp. Chỉ số khúc xạ vô tuyến có thể được đo trực tiếp với dụng cụ đo nhạy với vận tốc truyền
sóng gọi là khúc xạ kế tần số vô tuyến. Xác định chỉ số khúc xạ theo công thức (1.3) gọi là phương
pháp đo gián tiếp thông qua nhiệt độ, áp suất và độ ẩm. Xác định chỉ số khúc xạ theo khuyến nghị
của ITU-R P.453 gọi là phương pháp sử dụng mơ hình, cơng thức (1.4).
1.2.2. Phương pháp đo gián tiếp chỉ số khúc xạ vơ tuyến
Đo chỉ số khúc xạ bề mặt có thể dùng dữ liệu từ các quan trắc bề mặt về nhiệt độ, áp suất và
độ ẩm là các phép đo tiêu chuẩn của các dịch vụ thời tiết (weather service) trên khắp thế giới hoặc từ
các hệ thống ghi nhận dữ liệu tự động. Đo độ dốc chỉ số khúc xạ đối với khí quyển tầm thấp có thể
sử dụng tháp đo, tháp có thể cao đến 300 m, bằng cách sử dụng nhiều cảm biến dọc theo tháp. Đo chỉ
số khúc xạ tầm cao sử dụng khinh khí cầu trên đó có gắn các máy thăm dị vơ tuyến.

3


1.2.3. Phương pháp đo trực tiếp chỉ số khúc xạ vô tuyến
Các khúc xạ kế tần số vô tuyến hoạt động theo nguyên lý cộng hưởng khoang mở hoặc một
tụ điện sử dụng khí quyển làm chất điện mơi thường gọi là khúc xạ kế vi sóng (Microwave
Refractometer) gồm có khúc xạ kế Crain [26] [27], khúc xạ kế Birnbaum [20], khúc xạ kế Vetter
[92], v.v. Các khúc xạ kế trọng lượng nhẹ (khoảng 6 pound, khoảng 2,7 kg), độ chính xác khơng
bằng máy đo khúc xạ kế vi sóng nhưng có ưu điểm là nhẹ. Một trong số đó là khúc xạ kế Deam, hay
khúc xạ kế Hay, v.v. Các khúc xạ kế trọng lượng nhẹ đều có thể gắn vào bóng thám khơng hoặc các
thiết bị bay khơng người lái (UAV) để quan trắc khí quyển.
1.3.

Ảnh hưởng của khí quyển đối lưu đến truyền sóng vơ tuyến

1.3.1. Các tham số khí quyển trên đường truyền sóng vơ tuyến
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, xác định chỉ số khúc xạ n trên đường truyền sử dụng
phương pháp gián tiếp nêu trong khuyến nghị của ITU-R [73] [76] [77], phiên bản hiện thời được áp
dụng P.453-14 (8/2019) [73].
Hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k (hay k-factor) là tỉ số giữa bán kính tương đương hay bán
kính hiệu dụng Re với bán kính thực của trái đất a, với k = Re/a, Lấy bán thực của trái đất 𝑎 ≈ 6370
km thì hệ số k được tính xấp xỉ theo công thức [50] [81]:
𝑘≈

(1.8)

= 1+

Với G = dN/dh là biến thiên độ khúc xạ vô tuyến theo phương thẳng đứng (gradient) hay độ
dốc khúc xạ vô tuyến.

Như vậy, chỉ số khúc xạ vô tuyến n (hay độ khúc xạ N) là tham số cơ bản của khí quyển tầng
đối lưu, cần phải có. Thơng qua đó sẽ xác định được các tham số khác là k, G là cơ sở để xác định
điều kiện truyền sóng.
1.3.2. Ảnh hưởng của các tham số khí quyển đến truyền sóng
Hệ số k chỉ ra trạng thái của khí quyển ảnh hưởng đến quỹ đạo của tia sóng, được sử dụng để
phân loại các dạng khúc xạ khác nhau [13] [46]. Đó là khúc xạ phụ, khúc xạ tiêu chuẩn, siêu khúc xạ
và khúc xạ ống dẫn. Hệ số k liên quan đến trạng thái khí quyển và là một tham số phụ thuộc vào chu
kỳ hàng ngày và theo mùa và vào điều kiện khí quyển hiện tại. Khuyến nghị của ITU-R chỉ ra hệ số
k thông thường nằm trong khoảng 4/3 > k > 0,42 [2]. Trong phạm vi 0,4 < k < 4/3, dựa vào hệ số k,
có thể biết được điều kiện truyền sóng với thời tiết và địa hình như thế nào [31] [88].
Truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển tầng đối lưu, ngồi việc quỹ đạo tia sóng bị thay đổi
do hiện tượng khúc xạ, cịn có một yếu tố khác ảnh hưởng đến đường truyền đó là trễ đối lưu. Phương
pháp xác định độ trễ thiên đỉnh (theo hướng thẳng đứng) tầng đối lưu của tín hiệu vệ tinh định vị ZTD
(Zenith Tropospheric Delay) được tính theo cơng thức [69]:
𝑍𝑇𝐷 = 10

∫ 𝑁(ℎ)𝑑ℎ = 10

∑

𝑁 ∆𝑠

(m)

(1.9)

Với: 𝑁 (N-units) là độ khúc xạ ở mức thứ i, ∆𝑠 là khoảng cách (m) giữa mức thứ i và i+1.
Thơng qua ZTD có thể xác định được độ trễ theo các hướng xiên (slant) khác nhau bằng việc
sử dụng hàm ánh xạ (mapping function), đó là hàm phụ thuộc cả vào góc nâng và góc phương vị [99].
1.4.


Tình hình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án

1.4.1. Tình hình nghiên cứu ở ngồi nước
4


Để đánh giá ảnh hưởng của khí quyển tầng đối lưu đến truyền sóng vơ tuyến, cần thực hiện
các phương pháp ước lượng chỉ số khúc xạ khí quyển. Nghiên cứu về chỉ số khúc xạ đã có từ lâu, tiêu
biểu là các cơng trình ở [16] [60].
Các nghiên cứu liên quan bằng phương pháp thực nghiệm để xác định độ khúc xạ vơ tuyến
theo phương pháp gián tiếp có ở [29] [46] [58] [103]. Gần đây có: Nghiên cứu mối quan hệ giữa các
thơng số khí tượng và hệ số bán kính trái đất hiệu hiệu dụng [105]; Nghiên cứu ước tính độ dốc khúc
xạ vơ tuyến từ các thông số môi trường cơ bản đo được là nhiệt độ, áp suất và độ ẩm tương đối [104];
Nghiên cứu sự thay đổi của các thơng số khí tượng vào độ khúc xạ bề mặt [102]; Nghiên cứu về chỉ
số khúc xạ vô tuyến dựa trên dữ liệu đo lường trong 41 năm (1980 đến 2020) từ cơ sở dữ liệu
MERRA-2, để tính tốn chỉ số khúc xạ được dựa trên khuyến nghị của ITU-R. Nghiên cứu cũng đưa
ra sự so sánh các biến thể khác nhau của mạng nơ-ron hồi quy để dự đốn chỉ số khúc xạ vơ tuyến
[101]; Nghiên cứu sự thay đổi theo vĩ độ và theo mùa của độ khúc xạ vô tuyến bề mặt [85].
Phương pháp sử dụng số liệu bóng thám khơng được sử dụng để xác định phạm vi thay đổi
của chỉ số khúc xạ và hệ số bán kính trái đất hiệu dụng [3], nghiên cứu về điều kiện khúc xạ ống dẫn
[61], nghiên cứu về điều kiện truyền sóng dị thường ảnh hưởng đến ra-đa thời tiết [18] v.v.
Phương pháp đề xuất sử dụng trong luận án này sử dụng số liệu sóng vơ tuyến thăm dị hay
cịn gọi là cắt lớp vô tuyến [54] [55] [56], đây là một phương pháp đo viễn thám. Cơ sở vật lý của
phương pháp này là mối quan hệ giữa sự thay đổi của thơng số tín hiệu (cường độ và tần số) vào giá
trị chỉ số khúc xạ. Đo khúc xạ theo phương pháp này đã được nghiên cứu từ nhiều năm nay [54] [55].
Kết quả đo theo mùa về chỉ số khúc xạ và độ dốc (gradient) theo tín hiệu đài truyền hình, so sánh với
bóng thám khơng cho thấy tính hiệu quả của thiết bị và công nghệ sử dụng (Hình 1.1).

Hình 1.1. Kết quả đo đạc từ thiết bị (đường liền) và so sánh

với bóng thám khơng (đường với ô trắng).
Phương pháp cắt lớp khác với phương pháp sử dụng ra-đa đắt tiền (sử dụng chế độ tích cực
phát sóng để nghiên cứu khí quyển) [12] [14]. Đặc trưng của phương pháp là sử dụng sóng vơ tuyến
từ các nguồn sẵn có (các đài truyền hình chẳng hạn) để nghiên cứu trạng thái của khí quyển và từ đó
dự báo điều kiện truyền sóng cũng như các hiện tượng thời tiết nguy hiểm. Ngồi sử dụng sóng vơ
tuyến sẵn có trên mặt đất, phương pháp cắt lớp vơ tuyến cịn được áp dụng với sóng vơ tuyến của các
vệ tinh như GPS, NOAA, v.v. Các đo đạc sử dụng tín hiệu vệ tinh cho phép xác định tổng lượng hơi
nước trong tầng đối lưu khí quyển, nghiên cứu mật độ điện tử tầng điện li [45]. Thiết bị thu sóng GPS
có thể được đặt trên các vệ tinh tầm thấp của trái đất (LEO), thiết bị bay (máy bay, UAV), bóng thám
khơng hoặc ở trạm mặt đất.
5


Mơ hình tồn cầu về chỉ số khúc xạ là một mơ hình dựa trên các số liệu thống kê, đã có từ lâu,
áp dụng được cho mọi vị trí trên bề mặt trái đất ở các độ cao khác nhau. Cho nên việc đánh giá khả
năng áp dụng mô hình tồn cẩu của ITU-R cho khu vực nhiệt đới, nơi có các mùa trong năm thay đổi
rõ rệt như ở nước ta là cần thiết. Cùng với đó, do hiệu suất của các tuyến thông tin vô tuyến phụ thuộc
nhiều vào cấu trúc không gian của chỉ số khúc xạ tầng đối lưu, nhất là đối với các hệ thống ra-đa, hệ
thống định vị, theo dõi mục tiêu, điều khiển dẫn dường, v.v. Việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp công
nghệ phù hợp để ước lượng chỉ số khúc xạ vô tuyến và đánh giá được khả năng áp dụng của mơ hình
tồn cầu cho khu vực này rất đáng được quan tâm.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Vấn đề truyền sóng trong khí quyển có các giáo trình như [10] [11] [28] [65]. Trong các tài
liệu này có trình bày cơ sở lý thuyết về hiện tượng khúc xạ trong tầng đối lưu. Các nghiên cứu trong
nước liên quan đến vấn đề truyền sóng trong tầng đối lưu cịn ít và hạn chế. Các tác giả trong nước
tập trung chủ yếu vào khai thác các nguồn số liệu đã có của máy thu GPS đặt trên mặt đất hoặc trên
vệ tinh tầm thấp để nghiên cứu hơi nước trong khí quyển, đánh giá mật độ điện tử tổng cộng tầng
điện li [5] [62] [63]. Nghiên cứu sử dụng các nguồn bức xạ vơ tuyến điện sẵn có để xác định tham số
khí quyển phục vụ dự báo một số hiện tượng thời tiết [9]. Hay nghiên cứu sử dụng số liệu
COSMIC/FORMOSAT-3 để đánh giá các chỉ số đối lưu trong khí quyển [8], nghiên cứu về điều kiện

truyền sóng tầng đối lưu theo hướng này là chưa có.
Ngồi ra cũng có một số nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thông tin vệ tinh
quốc tế Việt Nam [91] hay nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm hệ số suy giảm của mơi trường truyền
sóng thơng tin di động dải tần 900 MHz [23]. Bước đầu nghiên cứu mơ phỏng suy hao tín hiệu vơ
tuyến do mưa, từ đó đưa ra một số nhận xét phục vụ cho việc thiết kế các tuyến truyền dẫn vi ba mặt
đất tầm nhìn thẳng (LOS) phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam [68]. Thuật tốn ước lượng các
tham số của tín hiệu trong hệ thống thơng tin vơ tuyến [71] cải tiến một số thuật tốn để nâng cao độ
phân giải, tính chính xác trong ước lượng các tham số của tín hiệu nhằm nâng cao dung lượng và chất
lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.
Viễn thám bầu khí quyển và bề mặt bên dưới sử dụng bức xạ của hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu là nội dung nghiên cứu ở [7], đã giải quyết vấn đề chẩn đốn bầu khí quyển bằng cách sử
dụng bức xạ của các vệ tinh dẫn đường toàn cầu. Mơ hình của hàm ánh xạ có tính đến hình cầu của
tầng đối lưu và cho phép mơ tả chính xác hơn các giá trị thực của độ trễ tầng đối lưu được đề xuất.
Hay ở cơng trình [4], ước tính vận tốc nâng và hệ số phản xạ của lớp phản xạ ngược dựa trên kết quả
đo đạc mức tín hiệu VHF ở gần vùng che khuất hình học trong khu vực vĩ độ trung bình và dữ liệu
bóng thám khơng thu được. Bài báo [6], trình bày khả năng sử dụng các nguồn bức xạ nhân tạo, chẳng
hạn như tín hiệu truyền hình (TV) và vệ tinh để đánh giá các thơng số khí quyển. Phương pháp ước
tính khúc xạ tầng đối lưu bằng hệ số suy giảm của tín hiệu TV trên đường truyền chân trời được đề
xuất là nghiên cứu khá gần với nội dung của luận án.
Nhìn chung, các nghiên cứu chuyên sâu về việc ước lượng chỉ số khúc xạ n để xác lập trạng
thái của khí quyển và các tham số khí quyển trên đường truyền sóng vơ tuyến ở trong nước là chưa
có. Hướng nghiên cứu sử dụng phương pháp cắt lớp vô tuyến và phương pháp gián tiếp xác định chỉ
số khúc xạ thơng qua các thơng số khí quyển là nhiệt độ, độ ẩm và áp suất để xác định điều kiện
truyền sóng trong khí quyển tầng đối lưu cần được lưu ý thực hiện.
1.5. Kết luận Chương 1
Trong Chương 1 trình bày khái qt ảnh hưởng của khí quyển đối lưu đến lan truyền sóng vơ
tuyến và các ứng dụng các dải băng tần trong thực tế. Nội dung tiếp theo đã đi sâu phân tích chỉ số
6



khúc xạ vô tuyến, các phương pháp xác định chỉ số khúc xạ. Phương pháp cắt lớp vô tuyến dùng vệ
tinh là phương pháp tương đối mới và cho phép xác định ở nhiều địa điểm kể cả trên biển đem lại
nhiều lợi thế cho việc xác định chỉ số khúc xạ vô tuyến. Luận án đặt ra mục tiêu đánh giá được quy
luật biến đổi của điều kiện truyền sóng tầng đối lưu qua việc phân tích đặc điểm chỉ số khúc xạ theo
thời gian dựa trên số liệu bóng thám khơng và cắt lớp vơ tuyến tại khu vực Hà Nội, phân tích so sánh
với mơ hình chỉ số khúc xạ nêu ở khuyến nghị ITU-R P.453. Đây là các nội dung được thực hiện ở
Chương 2 và Chương 3 của luận án.
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN TRUYỀN SĨNG
VƠ TUYẾN TRONG KHÍ QUYỂN SỬ DỤNG SỐ LIỆU
CẮT LỚP VÔ TUYẾN
Chương này sử dụng số liệu cắt lớp vô tuyến (số liệu profile ẩm, ở level2) của vệ tinh
COSMIC-1 các năm 2014-2016 để xác định độ khúc xạ vơ tuyến và điều kiện truyền sóng vơ tuyến
trong khí quyển khu vực Hà Nội.
2.1. Phương pháp cắt lớp vô tuyến sử dụng vệ tinh
Nguyên lý của phương pháp cắt lớp vô tuyến sử dụng vệ tinh định vị dựa vào hiện tượng khúc
xạ trong khí quyển, xảy ra khi tín hiệu GPS/GNSS đi qua bầu khí quyển trái đất và được thu bởi vệ
tinh quỹ đạo trái đất thấp ở bên dưới đường chân trời [47] [52] [92]. Hiện nay nhiều vệ tinh ở quỹ
đạo trái đất thấp được phóng lên để thu thập dữ liệu cắt lớp.
2.1.1. Nội dung của phương pháp cắt lớp vô tuyến
Phương pháp cắt lớp vô tuyến là phương pháp dựa vào việc vệ tinh khí tượng ở quỹ đạo trái
đất thấp (LEO) theo dõi tín hiệu phát ra từ vệ tinh định vị GPS ở hai băng tần L1 và L2 khi nó bị che
lấp bởi trái đất ở phía dưới đường chân trời (OTH).

Hình 2.1. Quá trình tạo ra các lát cắt theo chiều dọc do sự di chuyển
tương đối giữa vệ tinh GPS và vệ tinh khí tượng LEO.
Sóng vơ tuyến phát ra di chuyển qua bầu khí quyển tới máy thu bị trễ và bị uốn cong do gia
tốc trọng trường. Trong suốt khoảng thời gian bị che lấp, vệ tinh khí tượng thu được tín hiệu ở các
độ cao tối thiểu khác nhau, quét qua bề mặt của trái đất. Tạo ra các lát cắt theo chiều dọc của khí
quyển (Hình 2.1). Dữ liệu có được từ sự che khuất là một lớp dữ liệu đặc trưng (profile) theo chiều
dọc bao gồm chỉ số khúc xạ, nhiệt độ, áp suất, hơi nước, độ cao và mật độ điện tích ở tầng điện li.

2.1.2. Ưu và nhược điểm của phương pháp cắt lớp vô tuyến
Phương pháp cắt lớp vơ tuyến (RO) có nhiều ưu điểm đó là vùng phủ rộng, độ chính xác cao,
7


luôn khả dụng và trong mọi điều kiện thời tiết. Ở độ cao thấp thì độ chính xác giảm do có thêm nhiều
tham số ảnh hưởng liên quan đến bề mặt. Độ phân giải theo phương thẳng đứng ở tầng đối có thể tới
0,1 km ở gần bề mặt trái đất. Một đặc điểm nữa đó là dữ liệu RO độc lập với các nhiệm vụ không
gian và các vệ tinh khác nhau, dữ liệu từ các sứ mệnh không gian khác nhau ln có độ hội tụ cao.
Nhờ điểm này, dữ liệu RO bổ sung tốt cho nhau.
Dù vậy, phương pháp cắt lớp vơ tuyến cũng có hạn chế đó là khơng thích hợp ở tầng thấp của
khí quyển khi mà một lượng đáng kể hơi nước có mặt, có thể gây ra hiện tượng đa đường trong khí
quyển, ảnh hưởng của các tham số địa hình cũng đều tác động đến kết quả phương pháp cắt lớp vô
tuyến [82].
2.2. Xác định điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển khu vực Hà Nội sử dụng số
liệu cắt lớp vô tuyến.
2.2.1. Giải pháp thực hiện
COSMIC/FORMOSAT-3 là hệ thống bao gồm các vệ tinh quan trắc khí tượng, tầng điện li
và khí hậu (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate-1) hay cịn gọi
là COSMIC-1, là chương trình khơng gian hợp tác giữa Đài Loan (Trung Quốc) và Mỹ triển khai
năm 4/2006 với việc đưa 6 quả vệ tinh lên quỹ đạo trái đất thấp ở độ cao 700-800 km. Ở các vệ tinh
này lắp các thiết bị thu tín hiệu GPS. Trên cơ sở xử lý tín hiệu GPS thu được, các thơng số trong khí
quyển tầng đối lưu của trái đất sẽ tính tốn được. Dữ liệu cắt lớp vô tuyến sử dụng vệ tinh cho phép
xác định được cấu trúc không gian của chỉ số khúc xạ nên sẽ được nghiên cứu áp dụng để xác định
điều kiện truyền sóng trong khí quyển. Các bước để xác định điều kiện truyền sóng sử dụng dữ liệu
cắt lớp vơ tuyến như mơ tả ở Hình 2.2.

Hình 2.2. Các bước xác định điều kiện truyền sóng sử dụng số liệu
cắt lớp vô tuyến.
Nguồn dữ liệu được lấy từ CDAAC - Trung tâm lưu trữ và phân tích dữ liệu COSMIC [24].

Số liệu profile ẩm sử dụng trong nội dung nghiên cứu này là của vệ tinh COSMIC/FORMOSAT-3 do
CDAAC phân phối, yêu cầu phải đăng ký. Việc thu thập dữ liệu được thực hiện như ở Phụ lục 3, mục
3.2.1.
2.2.2. Kết quả đạt được và phân tích đánh giá
Độ khúc xạ vơ tuyến có giá trị nhỏ ở độ cao lớn và ngược lại có giá trị lớn ở các độ cao thấp.
Ở độ cao gần 40 km, phạm vi giá trị độ khúc xạ vơ tuyến là 0,89÷1,32 N-units, ở độ cao thấp 0,1 km
giá trị này trong phạm vi là 330÷368 N-units. Chênh lệch giá trị lớn nhất độ khúc xạ vô tuyến ở các
năm 2014-2016 không q 11 N-units, nếu tính cả các năm 2017-2019 thì giá trị này lên tới 38 N8


units. Giá trị thấp nhất độ khúc xạ vô tuyến ở các năm là nhỏ, khơng có sự thay đổi nhiều, xung
quanh mức 1 N-units. Kết quả tính tốn phụ thuộc của độ khúc xạ vơ tuyến trung bình theo độ cao
như ở Hình 2.3, 2.4, 2.5. Đường nét liền thể hiện số liệu vệ tinh, đường nét đứt là giá trị tính theo mơ
hình chuẩn của ITU-R P.453, cơng thức (1.4). Đường cong thể hiện sự phụ thuộc độ khúc xạ vô tuyến
vào độ cao trong các năm khá tương đồng, giá trị khơng có sự thay đổi nhiều, gần giống và ở nhiều
vị trí có giá trị lớn hơn giá trị tính theo mơ hình, giá trị độ khúc xạ vơ tuyến có xu hướng giảm theo
độ cao. Ở độ cao dưới 20 km, số liệu vệ tinh lớn hơn so với số liệu từ mơ hình và tăng lên ở các độ
cao thấp. Ở độ cao từ 20-40 km số liệu vệ tinh gần giống với số liệu từ mơ hình.
Sự khác biệt giá trị độ khúc xạ vơ tuyến tính tốn được và giá trị mơ hình ITU-R như ở cơng
thức (1.5) thể hiện độ lệch tuyệt đối so với giá trị chuẩn . Độ lệch tuyệt đối giữa giá trị độ khúc xạ vô
tuyến trung bình từ phương pháp cắt lớp vơ tuyến và giá trị theo mơ hình ITU-R P.453, tính theo cơng
thức (1.4), cho kết quả như ở Hình 2.6, 2.7, 2.8. Cho thấy, độ lệch tuyệt đối thay đổi theo độ cao, có
giá trị lớn ở độ cao bé và có giá trị bé ở độ cao lớn. Ở độ cao lớn hơn 20 km sự khác biệt giá trị độ
khúc xạ ở mức ±0 N-units tức là giá trị độ khúc xạ vơ tuyến tính tốn được gần giống so với giá trị ở
mơ hình tham chiếu chuẩn của ITU-R. Ở độ cao từ 5-20 km giá trị khác biệt ở mức dưới 20 N-units,
độ khúc xạ tính tốn được ln lớn hơn độ khúc xạ từ mơ hình. Ở độ cao dưới 5 km, nhìn chung thì
độ chênh lệch tăng lên khi độ cao giảm. Độ lệch tuyệt đối (chênh lệch) giữa giá trị theo mơ hình và
giá trị xác định lên tới 70 N-units ở năm 2014, 60 N-units ở năm 2015, 50 N-units ở năm 2016.
Nguyên nhân độ lệch tuyệt đối tăng ở các độ cao thấp, gần bề mặt trái đất, là do việc ước lượng theo
mô hình ITU-R P.453 khơng tính được biến đổi của các yếu tố mơi trường ở các độ cao thấp, đó là

do q trình cơng nghiệp hóa, đơ thị hóa phát triển nhanh cùng với sự xuất hiện của nhiều tòa nhà
cao tầng, sự gia tăng không ngừng của các phương tiện giao thơng, sự có mặt nhiều hơn của các sol
khí làm cho cấu trúc tầng thấp của khí quyển đối lưu có nhiều thay đổi dẫn đến sự khác biệt giá trị
ước lượng và tăng nhanh ở các độ cao thấp.
Tính tốn độ lệch tương đối, theo cơng thức (1.6), giữa giá trị độ khúc xạ vô tuyến theo phương
pháp cắt lớp vô tuyến và giá trị từ mô hình cho kết quả như ở Hình 2.9, 2.10, 2.11. Ở độ cao 2,5 – 7,5
km độ lệch tương đối có giá trị dương thay đổi ở xung quanh mức 10%; ở độ cao 12,5 – 17,5 km độ
lệch tương đối có giá trị dương lớn nhất ở mức gần 30%; ở độ cao lớn hơn 17,5 km độ lệch tương đối
giảm dần về mức 0% ở độ cao 20 km và tiếp tục giảm xuống mức -40% ở độ cao gần 40 km. Giá trị
độ khúc xạ vô tuyến tính tốn được theo phương pháp cắt lớp vơ tuyến thay đổi từ mức lớn hơn (ở
độ cao dưới 20 km) đến mức nhỏ hơn (ở độ cao lớn hơn 20 km) so với giá trị từ mơ hình, nhưng độ
lớn của độ lệch tương đối (xét về giá trị tuyệt đối) ở các độ cao thấp nhất và cao nhất đều ở mức cao
khoảng 30 – 40%, nghĩa là đều có chênh lệch khá lớn. Ở xung quanh độ cao 20 km, độ lệch tương
đối ở mức 0% thể hiện việc tính tốn theo phương pháp cắt lớp vơ tuyến và phương pháp mơ hình là
tương tự nhau. Điều này được giải thích là vì độ cao này nằm ở ranh giới phía dưới của tầng bình lưu
và trên tầng đối lưu, khu vực này vốn khá ổn định, cho nên việc tính tốn theo phương pháp cắt lớp
vơ tuyến và giá trị từ mơ hình là tương đối giống nhau. Độ cao này nằm ở ranh giới phía trên của tầng
bình lưu về phía tầng điện li, nơi có các dịng khơng khí chuyển động theo bề ngang mạnh cho nên
sẽ ít ổn định hơn phía dưới của tầng bình lưu.
Xác định biến thiên độ khúc xạ vơ tuyến trung bình theo độ cao (độ dốc khúc xạ vơ tuyến)
cho kết quả như ở Hình 2.12, 2.13, 2.14. Độ dốc khúc xạ vô tuyến G không tăng/giảm thuần túy theo
độ cao. Dù vậy, xét trong tồn dải thì đường cong độ dốc khúc xạ có xu hướng đi lên khi độ cao tăng.
Nhưng độ lớn của độ dốc khúc xạ (giá trị tuyệt đối) có xu hướng giảm khi độ cao tăng. Ở độ cao dưới
2,5 km, biến thiên chỉ số khúc xạ theo độ cao thay đổi quanh giá trị -40 N-unit/km. Ở độ cao từ 5 –
7,5 km và 35 – 40 km, có sự thay đổi bất thường độ dốc khúc xạ trong năm 2015. Năm 2016, cũng
9


có sự thay đổi bất thường độ dốc khúc xạ ở độ cao từ 2,5 – 5 km. Ở độ cao từ 10-35 km, giá trị độ
dốc khúc xạ khá ổn định, do đó khơng ảnh hưởng nhiều đến hướng truyền của tia sóng.


Hình 2.3. Độ khúc xạ vơ tuyến
năm 2014.

Hình 2.6. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến năm 2014 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 2.4. Độ khúc xạ vơ tuyến
năm 2015.

Hình 2.7. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2015 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453

Hình 2.5. Độ khúc xạ vơ tuyến
năm 2016.

Hình 2.8. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2016 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453

10


Hình 2.9. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến năm 2014 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 2.12. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến

năm 2014.

Hình 2.10. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2015 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 2.13. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến
năm 2015.

Hình 2.11. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2016 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 2.14. Độ dốc khúc xạ vô tuyến
năm 2016.

11


Hình 2.15. Hệ số k năm 2014.

Hình 2.16. Hệ số k năm 2015.

Hình 2.17. Hệ số k năm 2016.
Hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k (hay k-factor) trung bình để xác định hướng lan truyền
của tia sóng trong khí quyển như ở Hình 2.15, 2.16, 2.17. Nhận thấy, hệ số k thay đổi giá trị phụ
thuộc vào độ cao. Tuy vậy, xét một cách tổng thể thì hệ số k có xu hướng giảm khi độ cao tăng. Hệ
số k ln có giá trị dương, cho nên khơng xảy ra hiện tượng khúc xạ ống dẫn trong quá trình truyền
sóng. Ở độ cao dưới 2,5 km, những vị trí khi có giá trị k > 4/3 sẽ xảy ra hiện tượng siêu khúc xạ khí
quyển, khi đó tia sóng có hướng về trái đất và phản xạ ở bề mặt trái đất. Sở dĩ có hiện tượng siêu

khúc xạ trong q trình truyền sóng là do khu vực Hà Nội mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa,
chia thành các mùa (xuân, hạ, thu, đông), hàng năm có nhiều cơn bão, mưa giơng mà hiện tượng siêu
khúc xạ lại thường liên quan đến bức xạ về đêm (tạo ra khơng khí ẩm và lạnh ở bề mặt), trước mỗi
một cơn giơng, bão [70] cho nên có hiện tượng siêu khúc xạ trong q trình truyền sóng. Năm 2014
và 2016, trong phạm vi trên 10 km hệ số k ít thay đổi trong khoảng 1,2 > k > 1,0 tia sóng có bề lõm
xuống dưới, hướng lan truyền tương đối ổn định, truyền sóng trong điều kiện lý tưởng. Kết quả này
cũng giống như năm 2015 trong phạm vi từ 10-35 km.
Dữ liệu cắt lớp vô tuyến sử dụng vệ tinh COSMIC-1 là loại dữ liệu tính tốn tại hiện trường,
mục đích chính của nội dung nghiên cứu này là tìm ra quy luật độ khúc xạ vơ tuyến và đánh giá độ
chính xác của mơ hình chỉ số khúc xạ ITU-R P.453 bằng cách so sánh với phép đo cắt lớp tại chỗ.
2.3. Kết luận Chương 2
12


Chương này trình bày về phương pháp cắt lớp vơ tuyến sử dụng vệ tinh và giải pháp nghiên
cứu sử dụng số liệu cắt lớp của vệ tinh COSMIC-1 để ước lượng độ khúc xạ vô tuyến và xác định
điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển tầng đối lưu khu vực Hà Nội. Giải pháp có ưu điểm
là sử dụng được nguồn số liệu cắt lớp sẵn có trong thời gian dài, tin cậy, miễn phí, với một chi phí
hợp lý. Phù hợp với điều kiện kinh tế, công nghệ ở trong nước. Giải pháp cho kết quả nhanh, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Nội dung nghiên cứu ở đây đã chỉ ra được đặc điểm lan truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển
tầng đối lưu khu vực Hà Nội thông qua việc xác định độ khúc xạ vô tuyến, kết quả đạt được đem đối
sánh với dữ liệu từ mơ hình ITU-R. Tuy nhiên cần có sự đối sánh với các phương pháp khác để kiểm
chứng các kết quả trên. Kết quả của chương này thể hiện trong cơng bố ở Tạp chí [J1].
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN TRUYỀN SĨNG
VƠ TUYẾN TRONG KHÍ QUYỂN SỬ DỤNG SỐ LIỆU
BĨNG THÁM KHƠNG
Chương này sử dụng số liệu COSMIC-1 như đã đề cập ở Chương 2, cùng với số liệu bóng
thám khơng để xác định gián tiếp độ khúc xạ vô tuyến và điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong khí
quyển khu vực Hà Nội. Đối sánh kết quả của phép đo được thực hiện ở phần nội dung sử dụng kết

hợp hai loại dữ liệu trên.
3.1. Phương pháp bóng thám khơng
Bóng thám khơng là một loại bóng bay được dùng để mang theo thiết bị đo các yếu tố khí
tượng theo độ cao như áp suất khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm và gió (hướng và tốc độ). Các kết quả đo
sẽ được gửi trở lại thiết bị theo dõi trên mặt đất cứ sau một đến hai giây bằng sóng vơ tuyến. Thời
điểm thả bóng thám khơng trong ngày, số lượng các tham số quan trắc khí quyển và chia sẻ dữ liệu
được tuân theo quy định của Tổ chức khí tượng Thế giới (WMO). Nước ta có 5 điểm thả bóng thám
khơng. Tại Hà Nội, bóng thám khơng được thả hai lần trong ngày vào các thời điểm 00Z (+7GMT)
và 12Z (+19GMT) từ địa điểm Đài khí tượng cao khơng (Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội).
Sử dụng số liệu bóng thám khơng cho phép xác đinh được cấu trúc không gian của độ khúc
xạ vơ tuyến và điều kiện truyền sóng cho nên sẽ được sử dụng trong nội dung nghiên cứu ở đây.
3.2. Xác định điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển khu vực Hà Nội sử dụng số
liệu bóng thám khơng
3.2.1. Giải pháp thực hiện
Các bước để xác định điều kiện truyền sóng sử dụng dữ liệu bóng thám khơng ở Hình 3.1.

Hình 3.1. Các bước xác định điều kiện truyền sóng sử dụng số liệu bóng thám không.
13


Nguồn dữ liệu sơ cấp của bóng thám khơng cho khu vực Hà Nội có thể được lấy từ Tổng cục
Khí tượng Thủy văn - Bộ Tài ngun và Mơi trường. Trong nội dung nghiên cứu của luận án, số liệu
được lấy từ trang Web của đại học Wyoming [90], đây là nơi cung cấp số liệu của hầu hết các điểm
thả bóng ở khắp nơi trên thế giới. Chi tiết về dữ liệu trong file CSV có ở Phụ lục 5.
3.2.2. Kết quả đạt được và phân tích đánh giá
Trong nội dung nghiên cứu ở đây sử dụng số liệu của các năm 2016-2018 do có đầy đủ dữ
liệu nhất. Tính tốn độ khúc xạ vơ tuyến cho 5 năm gần nhất tính đến thời điểm cơng bố bài báo [J2],
năm 2021, cho thấy, độ khúc xạ vô tuyến có giá trị nhỏ ở độ cao lớn và ngược lại có giá trị lớn ở các
độ cao thấp. Ở độ cao gần 20 km, giá trị độ khúc xạ nằm trong dải 38-41 N-units, ở độ cao thấp 0,1
km giá trị này trong phạm vi 365-370 N-units.

Chênh lệch giá trị trung bình cao nhất độ khúc xạ vơ tuyến giữa các năm khơng q 4 N-units,
trong khi đó chênh lệch giá trị trung bình thấp nhất độ khúc xạ vơ tuyến ở mức chưa đến 3 N-units.
Kết quả tính tốn phân bố độ khúc xạ vơ tuyến theo các tháng trong các năm 2016, 2017, 2018 như
ở Hình 3.2, 3.3, 3.4. Thể hiện phân bố độ khúc xạ theo các tháng trong năm, độ cao tối đa thường ở
mức 17 km, riêng tháng 1/2018 độ cao tối đa của bóng thám khơng ở mức gần 20 km. Các đường
cong thể hiện giá trị độ khúc xạ đều giảm theo độ cao. Biến thiên độ khúc xạ vô tuyến trung bình theo
độ cao như ở Hình 3.5, 3.6, 3.7 với đường nét liền (bên trên) là kết quả đo bóng thám không, đường
nét đứt (bên dưới) là giá trị theo mơ hình chuẩn của ITU-R, cơng thức (1.4). Thể hiện độ khúc xạ vô
tuyến của từng năm, với đường nét liền thể hiện độ khúc xạ tính tốn được, đường nét đứt là giá trị
tính theo mơ hình của ITU. Nhận thấy, độ khúc xạ vô tuyến của các năm khá tương đồng, độ khúc xạ
vô tuyến giảm theo độ cao và lớn hơn độ khúc xạ tính theo mơ hình. Khi độ cao tăng giá trị độ khúc
xạ tính toán được tiến gần đến giá trị độ khúc xạ theo mơ hình. Năm 2018, ở độ cao gần 20 km, độ
khúc xạ tính tốn được và giá trị theo mơ hình gần giống nhau. Sự khác biệt giá trị độ khúc xạ vơ
tuyến tính tốn được và giá trị mơ hình ITU-R như ở cơng thức (1.5) thể hiện độ lệch tuyệt đối so với
giá trị chuẩn.
Độ lệch giữa giá trị độ khúc xạ vơ tuyến trung bình sử dụng phương pháp bóng thám khơng
với giá trị theo mơ hình ITU-R P.453, tính theo cơng thức (1.4), cho kết quả như ở Hình 3.8, 3.9, 3.10.
Thể hiện sự sai khác giữa độ khúc xạ tính tốn được so với giá trị mơ hình từ ITU-R P.453. Kết quả
cho thấy rằng sự sai khác ln có giá trị dương do giá trị theo mơ hình ít hơn giá trị tính tốn được,
sự sai khác khơng đều ở các độ cao khác nhau, độ khúc xạ vô tuyến gần giống với giá trị trong mơ
hình chuẩn ở các độ cao lớn thể hiện ở giá trị sai khác ít, ở độ cao nhỏ sự khác biệt tăng nhanh. Ở độ
cao trên 5 km, sự khác biệt giữa giá trị tính tốn được và giá trị từ mơ hình ở mức dưới 20 N-units, ở
độ cao tới 20 km sự khác biệt này chỉ ở mức dưới 10 N-units. Trong phạm vi khí quyển tầm thấp (100
m) giá trị độ khúc xạ vơ tuyến đo được lớn hơn ở mơ hình chuẩn khoảng 60 N-units. Riêng năm 2018
hầu như khơng có khác biệt giữa độ khúc xạ tính tốn được và giá trị mơ hình ở độ cao gần 20 km,
tức là sự khác biệt ở mức 0 N-units. Kết luận quan trọng rút ra ở đây đó là ở độ cao thấp, giá trị từ
mơ hình ITU-R có sự khác biệt khá nhiều so với giá trị tính tốn được, do đó cần thiết phải sử dụng
số liệu hiện trường (in-situ), như số liệu bóng thám khơng chẳng hạn để ước lượng chỉ số khúc xạ vơ
tuyến.
Tính tốn độ lệch tương đối, công thức (1.6), giữa giá trị độ khúc xạ vơ tuyến theo phương

pháp bóng thám khơng và giá trị từ mơ hình ITU-R P.453 cho kết quả như ở Hình 3.11, 3.12, 3.13.
Dạng biến thiên giá trị độ lệch tương đối giữa các năm khơng hồn tồn giống nhau, cụ thể, dạng
biến thiên năm 2016 và 2017 giống nhau và khác so với dạng biến thiên năm 2018.

14


Hình 3.2. Phân bố độ khúc xạ vơ tuyến năm 2016.

Hình 3.3. Phân bố độ khúc xạ vơ tuyến năm 2017.

Hình 3.4. Phân bố độ khúc xạ vơ tuyến năm 2018.
15


Hình 3.5. Độ khúc xạ vơ tuyến
năm 2016.

Hình 3.8. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2016 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 3.6. Độ khúc xạ vơ tuyến
năm 2017.

Hình 3.9. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2017 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 3.7. Độ khúc xạ vơ tuyến năm 2018.


Hình 3.10. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2018 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Phạm vi thay đổi giá trị độ khúc xạ vô tuyến giữa giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất trong các
tháng như ở Hình 3.14, 3.15, 3.16. Thể hiện phạm vi độ khúc xạ vô tuyến của từng tháng trong năm.
16


Kết quả cho thấy, giá trị nhỏ nhất của độ khúc xạ ở các tháng ít có sự thay đổi ở mức 40 N-units,
riêng năm 2018 các tháng 1 và tháng 5 có sự thay đổi giá trị nhỏ nhất của độ khúc xạ ở mức thấp hơn
so với các tháng khác, kết quả là độ khúc xạ vô tuyến nhỏ nhất của năm 2018 cũng thấp hơn so với
các năm khác. Giá trị độ khúc xạ lớn nhất giữa các tháng có sự thay đổi nhiều. Kết quả cũng cho thấy
mùa hè thu với nền nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ trung bình của năm là các tháng 4-10, giá trị lớn
nhất của độ khúc xạ vô tuyến tăng đạt đỉnh vào tháng 7-9. Mùa đông xuân, có nền nhiệt độ thấp hơn,
là các tháng khác trong năm cho kết quả độ khúc xạ vơ tuyến có xu hướng giảm.
Tính tốn biến thiên độ khúc xạ vơ tuyến trung bình theo độ cao (độ dốc khúc xạ vơ tuyến)
cho kết quả như ở Hình 3.17, 3.18, 3.19. Cho thấy, không giống như độ khúc xạ vô tuyến, biến thiên
độ khúc xạ vô tuyến không tăng/giảm thuần túy theo độ cao. Nhưng độ lớn của độ dốc (giá trị tuyệt
đối) có xu hướng giảm khi độ cao tăng. Ở độ cao thấp độ khúc xạ vô tuyến thay đổi với biên độ nhiều
hơn các thay đổi ở độ cao lớn. Ở độ cao dưới 3,75 km, G thay đổi nhiều quanh giá trị -40 N-units/km.
Độ cao trên 3,75 km biên độ thay đổi ít hơn. Trong phạm vi từ 10-16 km, G ít thay đổi làm cho hướng
truyền lan sóng vơ tuyến khá ổn định. Trong phạm vi dưới 10 km, độ khúc xạ vô tuyến thay đổi nhiều
theo độ cao do vậy ảnh hưởng nhiều đến quỹ đạo của tia sóng. Năm 2018, G có sự thay đổi bất thường
ở độ cao 16 km -17.5 km.
Hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k (hay k-factor) trung bình dùng để xác định hướng lan
truyền của tia sóng trong khí quyển, kết quả tính tốn như ở Hình 3.20, 3.21, 3.22. Cho thấy hệ số
bán kính trái đất hiệu dụng k thay đổi phụ thuộc vào độ cao. Dù vậy xét một cách tổng thể thì hệ số k
có xu hướng giảm theo độ cao. Hệ số k ln có giá trị dương, tức là truyền sóng trong điều kiện khúc

xạ phụ hoặc trong miền siêu khúc xạ và không xảy ra hiện tượng khúc xạ ống dẫn tương ứng với
trường hợp -∞ < k < 0. Nguyên nhân là do khu vực Hà Nội mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa
hàng năm xuất hiện nhiều cơn bão nhiệt đới, mà hiện tượng siêu khúc xạ thường xảy ra trước mỗi
một cơn bão [70] cho nên có hiện tượng siêu khúc xạ trong q trình truyền sóng. Năm 2016-2017,
trong phạm vi từ 10-17.5 km, hệ số k nằm trong dải 1.2 > k > 1.0 tức là truyền sóng lý tưởng, tương
ứng với điều kiện thời tiết khơng có lớp bề mặt cùng với sương mù, địa hình khơ, miền núi, khơng
sương mù, tia sóng có bề lõm hướng xuống dưới. Năm 2018, ở độ cao 16 km-17.5 km có một số thời
điểm hệ số k < 1 khi đó tia sóng có bề lõm hướng lên trên trong khi ở phần lớn các độ cao khác có
k > 1 tia sóng đều có bề lõm hướng xuống dưới, ở độ cao 10-16 km và 17.5 km-20 km hệ số k nằm
trong dải 1.2 > k > 1.0 là điều kiện truyền sóng lý tưởng tia sóng có bề lõm hướng xuống dưới tuy
vậy truyền sóng ở độ cao 10-16 km ổn định hơn ở độ cao 17.5 km-20 km do có G ít thay đổi hơn.
Nguyên nhân là do phân bố độ khúc xạ vô tuyến năm 2018 khác so với các năm 2016 và 2017 đó là
tháng 1/2018 độ cao tối đa của bóng thám không ở mức gần 20 km trong khi độ cao tối đa trong tháng
các năm 2016-2018 thường ở mức 17 km. Trong phạm vi dưới 17 km thì dạng biến thiên giá trị độ
lệch tương đối ở các năm 2016-2018 về cơ bản là như nhau. Khu vực Hà Nội nằm ở miền nhiệt đới
gió mùa, độ cao tầng đối lưu là 16-18 km, cho nên nếu tính riêng ở tầng đối lưu thì dạng biến thiên
giá trị độ lệch tương đối trong các năm 2016-2018 là cơ bản giống nhau. Ở độ cao thấp, độ lệch tương
đối cớ giá trị dương ở mức dưới 20%; ở xung quanh độ cao 5 km độ lệch tương đối có giá trị dương
nhỏ nhất quanh mức 10%; ở xung quanh độ cao 15 km độ lệch tương đối có giá trị dương lớn nhất ở
quanh mức 25%; ở độ cao lớn hơn 15 km độ lệch tương đối giảm dần về mức 0% ở độ cao gần 20
km. Như vậy trong phạm vi tầng đối lưu khu vực Hà Nội, độ lệch tương đối đều có giá trị dương, tức
là giá trị độ khúc xạ tính tốn bằng phương pháp bóng thám khơng ln lớn hợn giá trị mơ hình, và
có độ lệch tương đối lớn nhất ở mức 25% và nhỏ nhất ở mức 10%, ở độ cao dưới 5 km độ lệch tương
đối giảm theo độ cao, độ cao từ 5-15 km độ lệch tăng theo độ cao, độ cao từ 15-17 km độ lệch lại có
xu hướng giảm theo độ cao.
17


Hình 3.11. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến năm 2016 với giá trị theo mơ

hình ITU-R P.453.

Hình 3.14. Phạm vi giá trị độ khúc xạ vơ
tuyến năm 2016.

Hình 3.12. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến năm 2017 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 3.15. Phạm vi giá trị độ khúc xạ vơ
tuyến năm 2017.

Hình 3.13. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến năm 2018 với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Hình 3.16. Phạm vi giá trị độ khúc xạ vô
tuyến năm 2018.

18


Hình 3.17. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến năm
2016.

Hình 3.20. Hệ số k năm 2016.

Hình 3.18. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến năm
2017.


Hình 3.21. Hệ số k năm 2017.

Hình 3.19. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến năm
2018.

Hình 3.22. Hệ số k năm 2018.

Dữ liệu bóng thám khơng là loại dữ liệu đo đạc tại hiện trường (in-situ), đây là một trong số các
nguồn dữ liệu được dùng để hiệu chuẩn các phép đo bằng các phương pháp khác nhau. Mục đích
chính của nội dung nghiên cứu này là tìm ra quy luật độ khúc xạ vô tuyến và đánh giá độ chính xác
của mơ hình chỉ số khúc xạ ITU-R P.453 bằng cách so sánh với phép đo bóng thám không tại chỗ.
Kết quả đã cho thấy ở độ cao thấp của tầng đối lưu giá trị độ khúc xạ vô tuyến xác định được sai khác
(lớn hơn) so với giá trị tính tốn từ mơ hình lên tới 60 N-units. Do vậy, khuyến nghị sử dụng số liệu
19


bóng thám khơng (nếu có thể) để có được độ khúc xạ chính xác khi nghiên cứu về điều kiện truyền
sóng đối lưu.
3.3. Xác định điều kiện truyền sóng vơ tuyến trong khí quyển khu vực Hà Nội sử dụng số
liệu cắt lớp vơ tuyến và số liệu bóng thám không
Phần này sử dụng phương pháp đo gián tiếp độ khúc xạ bằng vô tuyến bằng việc sử dụng
đồng thời số liệu cắt lớp vô tuyến (số liệu profile ẩm, ở level2) của vệ tinh COSMIC-1 và số liệu
thám không cũng như đối sánh kết quả của hai phương pháp trên để xác định điều kiện truyền sóng
vơ tuyến trong khí quyển khu vực Hà Nội.
3.3.1. Giải pháp thực hiện
Trên cơ sở có được dữ liệu bóng thám khơng và dữ liệu cắt lớp vô tuyến của vệ tinh COSMIC1 thu thập được, kết quả tính tốn các tham số khí quyển dựa trên số liệu trung bình trong khoảng
thời gian quan sát để làm cơ sở đối sánh hai phép đo trên. Cụ thể sử dụng số liệu COSMIC-1 các năm
2014-2016 và số liệu bóng thám khơng các năm 2016-2018.

Hình 3.23. Các bước xác định điều kiện truyền sóng sử dụng số liệu cắt lớp vô tuyến và số liệu

bóng thám khơng.
Các bước xác định điều kiện truyền sóng sử dụng số liệu cắt lớp vô tuyến và số liệu bóng
thám khơng như ở Hình 3.23.
3.3.2. Kết quả đạt được và phân tích đánh giá
Từ kết quả tính tốn phạm vi độ khúc xạ vơ tuyến trung bình đối với số liệu COSMIC-1 và
với số liệu bóng thám khơng, thì trong các năm 2016-2019, có cả dữ liệu COSMIC-1 và dữ liệu thám
khơng thì độ khúc xạ vơ tuyến trung bình lớn nhất bằng phương pháp bóng thám khơng luôn lớn hơn
phương pháp cắt lớp vô tuyến. Cụ thể năm 2016 chênh lệch giá trị lớn nhất độ khúc xạ vô tuyến là
11,84 N-units. Độ chênh giá trị đo các năm tiếp theo như sau: 15,96 N-units (2017), 38,5 N-units
(2018), 19,81 N-units (2019). Tính trung bình trong các năm sử dụng dữ liệu để khảo sát đối với thám
không (2016-2018) và đối với cắt lớp vơ tuyến (2014-2016) thì độ chênh giá trị lớn nhất độ khúc xạ
là 6,32 N-units. Kết quả tính tốn biến thiên độ khúc xạ vơ tuyến trung bình theo độ cao như ở Hình
3.24, 3.25 với đường nét liền (bên trên) là kết quả đo xác định gián tiếp độ khúc xạ vô tuyến, đường
nét đứt (bên dưới) là giá trị tính theo mơ hình chuẩn của ITU-R, cơng thức (1.4). Đường cong thể
hiện sự phụ thuộc độ khúc xạ vô tuyến vào độ cao của hai phương pháp thám không và cắt lớp vô
tuyến khá tương đồng, gần giống và hơi lớn hơn với giá trị tính theo mơ hình chuẩn của ITU-R, đó
là độ khúc xạ vơ tuyến giảm dần theo độ cao. Độ khúc xạ vô tuyến gần giống với giá trị ở mơ hình
chuẩn đối với các độ cao lớn. Trong phạm vi khí quyển tầm thấp khí quyển giá trị độ khúc xạ vơ
tuyến tính tốn được lớn hơn so với giá trị ở mơ hình chuẩn, độ chênh lớn nhất là 60 N-units. Trong
20


phạm vi trên 3,75 km sự khác biệt này ở mức dưới 20 N-units, độ cao trên 17,5 km sự khác biệt này
ở mức dưới 10 N-units, ở độ cao trên 20 km sự khác biệt có giá trị nhỏ ở mức ±0 N-units, tức là giá
trị tính tốn được và giá trị mơ hình là gần như tương tự nhau.Sự khác biệt giá trị độ khúc xạ vơ tuyến
tính tốn được và giá trị mơ hình ITU-R như ở công thức (1.5) thể hiện độ lệch so với giá trị chuẩn.

Hình 3.24. Độ khúc xạ vơ tuyến
(bóng thám khơng).


Hình 3.25. Độ khúc xạ vô tuyến
(COSMIC-1).

Độ lệch giữa giá trị độ khúc xạ vơ tuyến trung bình ghi nhận được và giá trị theo mơ hình
ITU-R P.453, cơng thức (1.4), như ở Hình 3.26, 3.27. Cho thấy độ lệch khơng đồng đều và thay đổi
theo độ cao. Khí quyển tầm thấp có độ lệch lớn nhất ở mức dưới 60 N-units. Trong phạm vi trên
3,75 km sự khác biệt này ở mức dưới 20 N-units, độ cao trên 17,5 km sự khác biệt này ở mức dưới
10 N-units, ở độ cao trên 20 km sự khác biệt có giá trị nhỏ ở mức ±0 N-units, tức là giá trị tính tốn
được và giá trị mơ hình là gần như tương tự nhau.

Hình 3.26. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến (bóng thám khơng) với giá trị
theo mơ hình ITU-R P.453.

Hình 3.27. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến (COSMIC-1) với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Tính tốn độ lệch tương đối, cơng thức (1.6), giữa giá trị độ khúc xạ vô tuyến theo phương
pháp bóng thám khơng và phương pháp cắt lớp vơ tuyến với giá trị từ mơ hình ITU-R P.453 cho kết
quả như ở Hình 3.28, 3.29. Ở độ cao từ 0,1-5 km, độ lệch tương đối so với giá trị mô hình có xu
hướng giảm theo độ cao từ mức 20% về 10%. Từ độ cao 5-15 km độ lệch tương đối có xu hướng
tăng theo độ cao (10% lên 25%). Sau đó lại giảm ở các độ cao 15-20 km (25% về 0%). Trên độ cao
20 km, độ lệch còn có xu hướng tiếp tục giảm và giảm tới mức -40 % ở các độ cao tới 36 km. Ở độ
cao từ 36-40 km có sự thay đổi bất thường giá trị của độ lệch tương đối, có phạm vi biến động trong
khoảng từ -40% đến 80%. Tuy nhiên, do ở các độ cao lớn giá trị của độ khúc xạ dần trở về 0 N-units
21


cho nên sự biến động nhiều của độ lệch tương đối không mang nhiều ý nghĩa thực tiễn.

Sự khác biệt giá trị độ khúc xạ vô tuyến đo bằng phương pháp thám không và phương pháp
cắt lớp vô tuyến thể hiện độ lệch tuyệt đối so với giá trị cắt lớp được xác định như sau:
∆Nrc = Nr - Nc (N-units)

(3.1)

Trong đó: 𝑁 (N-units) là độ khúc xạ xác định bằng phương pháp thám không, 𝑁 (N-units)
là độ khúc xạ tính theo phương pháp cắt lớp vơ tuyến.

Hình 3.28. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vơ tuyến (bóng thám khơng) với giá trị
theo mơ hình ITU-R P.453.

Hình 3.29. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ vô tuyến (COSMIC-1) với giá trị theo mơ
hình ITU-R P.453.

Xác định độ chênh tuyệt đối giữa giá trị độ khúc xạ vô tuyến tính tốn được bằng phương
pháp thám khơng và phương pháp cắt lớp vơ tuyến ở khí quyển đối lưu có độ cao dưới 20 km cho kết
quả ở Hình 3.30. Thể hiện độ lệch giá trị độ khúc xạ tính tốn được bằng phương pháp thám khơng
và phương pháp cắt lớp vô tuyến. Nhận thấy rằng, giá trị độ khúc xạ vô tuyến ở phương pháp thám
không trong phần lớn các độ cao có giá trị lớn hơn giá trị ở phương pháp cắt lớp vô tuyến. Chỉ riêng
ở xung quanh độ cao 2,5 km, 7,5 km và 15,0 km thì giá trị phương pháp cắt lớp vơ tuyến lớn hơn giá
trị phương pháp thám không nhưng không nhiều ở mức dưới 2 N-units. Sự khác biệt giá trị lớn nhất
của hai phép đo ở mức dưới 13 N-units. Trong khi đó độ chênh giá trị trung bình lớn nhất ở phương
pháp thám không và phương pháp cắt lớp vơ tuyến là 6,32 N-units. Điều này được giải thích là do ở
các năm 2014, 2015 độ khúc xạ vô tuyến khơng có giá trị lớn nhất ở độ cao bé, cho nên độ chênh
tuyệt đối theo từng độ cao ở hai phép đo là khác nhau. Ở độ cao dưới 6,25 km sự khác biệt giá trị của
hai phép đo là cao hơn ở các độ cao lớn hơn. Ở độ cao thấp sự khác biệt thể hiện nhiều hơn.
Độ lệch tương đối giữa giá trị tính tốn được theo phương pháp bóng thám khơng và phương

pháp cắt lớp vơ tuyến được tính theo cơng thức:
𝑅 = 100 ∙

∆

(%)

(3.2)

Với ∆𝑁 (N-units) là độ lệch tuyệt đối so với giá trị cắt lớp vơ tuyến, tính theo cơng thức
(3.1), 𝑁 (N-units) là độ khúc xạ tính theo phương pháp cắt lớp vơ tuyến.
Tính tốn độ lệch tương đối giữa giá trị độ khúc xạ vơ tuyến tính tốn được bằng phương
pháp thám không và phương pháp cắt lớp vô tuyến cho kết quả ở Hình 3.31. Biến thiên độ lệch tương
đối thay đổi từ giá trị dương sang giá trị âm, không phân biệt độ cao bé hay độ cao lớn. Giá trị dương
lớn nhất của độ lệch tương đối ở mức dưới 4%, giá trị âm bé nhất của độ lệch ở trên mức -3%. So
22


sánh độ lệch tương đối của từng phương pháp, cụ thể đối với bóng thám khơng (Hình 3.28) và cắt
lớp vơ tuyến (Hình 3.29), với số liệu từ mơ hình ITU-R P.453 thì độ lệch tương đối giữa hai phương
pháp bóng thám khơng và phương pháp cắt lớp vơ tuyến ít hơn nhiều, có độ lớn (giá trị tuyệt đối) ở
mức dưới 4%.

Hình 3.30. Độ lệch tuyệt đối giá trị độ khúc
xạ tính được bằng phương pháp bóng thám
khơng và phương pháp cắt lớp vơ tuyến.

Hình 3.31. Độ lệch tương đối giá trị độ khúc
xạ tính được bằng phương pháp bóng thám
khơng và phương pháp cắt lớp vơ tuyến.


Tính tốn biến thiên độ khúc xạ vơ tuyến trung bình theo độ cao (độ dốc) cho kết quả như ở
Hình 3.32, 3.33. Xét một cách tổng thể thì độ lớn của độ dốc khúc xạ (giá trị tuyệt đối) có xu hướng
giảm khi độ cao tăng. Trong phạm vi dưới 10 km, độ khúc xạ vô tuyến thay đổi nhiều theo độ cao do
vậy ảnh hưởng nhiều quỹ đạo của tia sóng. Cụ thể ở độ cao dưới 3,75 km, giá trị của G thay đổi nhiều
quanh mức G = -40 N-units/km, trong phạm vi 3,75-10 km, giá trị của G ít thay đổi hơn và ở mức
G > -40 N-units/km. Trong phạm vi từ 10-36 km, giá trị G ít thay đổi, khi đó hướng lan truyền của
tia sóng ổn định. Biến thiên độ khúc xạ vơ tuyến có sự thay đổi bất thường ở độ cao 36-40 km, điều
này liên quan đến hiện tượng nghịch nhiệt hay đảo nhiệt xảy ra, khi mà nhiệt độ của lớp khí quyển
trên cao lớn hơn nhiệt độ của lớp khí quyển phía dưới dẫn đến chỉ số khúc xạ tăng theo độ cao và gây
ra thay đổi bất thường giá trị của G. Hiện tượng này thường xảy ra với tần suất cao vào mùa Đơng
khi khơng khí ổn định, đêm kéo dài và có khơng khí lạnh tràn về.

Hình 3.32. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến (bóng
thám khơng).

Hình 3.33. Độ dốc khúc xạ vơ tuyến
(COSMIC-1).

Hình 3.34, 3.35, hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k trung bình dùng để xác định hướng lan
truyền của tia sóng trong khí quyển. Kết quả tính tốn cho thấy, giá trị hệ số k cũng phụ thuộc vào độ
23