短波的天波傳播衰減預(yù)測(cè)模型

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1、短波的天波傳播衰減預(yù)測(cè)模型2010-12-0914:36:31來(lái)源：維庫(kù)開(kāi)發(fā)網(wǎng)關(guān)鍵字：短波天波傳播衰減預(yù)測(cè)模型ITU-RP.533-7建立短波天波傳播衰減預(yù)測(cè)的計(jì)算模型，為保障短波通信電路的可靠性提供參考依據(jù)，建立的方法主要依據(jù)ITU-RP.533-7。首先進(jìn)行傳播路徑的判別，進(jìn)而進(jìn)行頻率預(yù)測(cè)，最后建立傳播衰減計(jì)算模型并與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，兩者有較好的一致性。頻率預(yù)測(cè)部分摒棄了ITU-RP.533-7中的全球預(yù)測(cè)方法，采用了對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)較為準(zhǔn)確的亞大方法?！　√觳ㄊ侵附?jīng)電離層反射而傳播的波，亦稱電離層波。電離層是太陽(yáng)

2、輻射構(gòu)成的，一年四季乃至每時(shí)每刻太陽(yáng)照射的強(qiáng)弱都在變化，因此各地電離層的情況各有所異。電離層的電離條件不斷變化，使通過(guò)天波傳播的短波信道并不穩(wěn)定，它實(shí)質(zhì)上是一種時(shí)變的色散信道。短波信道的路徑衰耗、時(shí)延散布、大氣噪聲和干擾等均隨時(shí)間、地點(diǎn)、季節(jié)、晝夜以及頻率的不同而不斷地變化。因此，在短波通信中，為了保障通信可靠性，有必要對(duì)每一個(gè)具體的通信電路進(jìn)行天波頻率及傳播衰減的預(yù)測(cè)。本文就是在ITU-RP.533-7推薦建議的基礎(chǔ)上建立了短波天波傳播衰減的計(jì)算模型，并將計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)比對(duì)后進(jìn)行了軟件仿真實(shí)現(xiàn)。　　1天波傳播

3、路徑的判別　　短波天波主要靠電離層的反射進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳播，電離層是分層的，其范圍大約從地球表面上空50km處一直延伸到2000km左右，按照電子濃度的分布情況，電離層通常分3層，由下向上分別稱為D層、E層和F層。白天，F(xiàn)層還可細(xì)分為F1層和F2層，F(xiàn)2層位于地面上空220km以上，對(duì)短波通信起主要作用。短波天波傳播路徑主要依靠E層及F2層的反射來(lái)確定?！　≡诙滩ㄍㄐ诺氖瞻l(fā)點(diǎn)位置確定以后，依靠E層及F2層反射的最少跳數(shù)由式(1)確定。　　2傳播路徑上各反射點(diǎn)的頻率預(yù)測(cè)　　欲建立可靠的短波通信，不能在短波頻段內(nèi)任意選擇

4、一個(gè)頻率。在給定距離和方向的路徑上，在一定時(shí)間內(nèi)短波通信只能用一個(gè)有限的頻帶，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的短波通信電路，通常需要幾種頻率以便在不同的時(shí)間內(nèi)供選用。當(dāng)考慮了最主要的影響天波傳播的傳播條件后，可以對(duì)短波通信的工作頻率加以預(yù)測(cè)。由于天波傳播條件隨太陽(yáng)黑子數(shù)目的多少而變化，因此可以把太陽(yáng)黑子數(shù)作為短波傳播的重要變化因素，以確定太陽(yáng)黑子最大值及最小值條件下經(jīng)E層和F2層傳播的“極限頻率曲線”。極限頻率曲線表示了經(jīng)E層和F2層反射的頻率在一天中24小時(shí)的變化曲線，用這些曲線可以確定正常傳播條件下的最高可用工作頻帶(即MUF)。

5、工作頻率的選擇一般應(yīng)不高于MUF，當(dāng)依靠F2層反射時(shí)，最佳工作頻率選擇為0.85MUF，當(dāng)依靠E層反射時(shí)，最佳工作頻率選擇為MUF，這是由于E層比較穩(wěn)定。　　2.1Ｅ層最大可用頻率預(yù)測(cè)　?。艑幼畲罂捎妙l率按參考文獻(xiàn)[1]提供的計(jì)算方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，其計(jì)算公式如下：　　2.2F2層最大可用頻率預(yù)測(cè)　　預(yù)測(cè)F2層的最大可用頻率需要進(jìn)行兩個(gè)重要參數(shù)的預(yù)測(cè)，即F2層的臨界頻率f0F2及F2層3000km傳輸因子M(3000)F2的預(yù)測(cè)，此兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算模型（對(duì)于我國(guó)一般采用亞大方法模型）的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)由電離層探測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到

6、。F2層最大可用頻率由下式確定：　　2.3E層最大截止頻率預(yù)測(cè)　　為了判斷是依靠E層還是F2層傳播，需進(jìn)行Ｅ層最大截止頻率的計(jì)算，當(dāng)工作頻率小于Ｅ層最大截止頻率時(shí)，認(rèn)為該頻率因被E層截止而不存在F2層傳播模式，Ｅ層最大截止頻率的計(jì)算公式為：　　3天波傳播衰減的計(jì)算方法　　3.1任意一條傳播路徑接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算　　如果認(rèn)為短波系統(tǒng)是閉合傳輸系統(tǒng)，由發(fā)射機(jī)輸出開(kāi)始，到接收機(jī)輸入結(jié)束，則線路總損耗為自由空間損耗、電離層損耗、地面反射損耗、高于MUF損耗、極區(qū)損耗及其他損耗構(gòu)成?！　?1)任意一條短波天波傳播路徑損耗計(jì)算表達(dá)

7、式為：　　(2)則任意一條短波天波傳播路徑的接收?qǐng)鰪?qiáng)為：　　3.2接收點(diǎn)多徑合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算　　各接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行功率疊加,可以計(jì)算求得等效的合成場(chǎng)強(qiáng),其計(jì)算公式為：　　3.3傳播衰減計(jì)算　　天波傳播衰減的計(jì)算方法是用自由空間傳播的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減去接收點(diǎn)合成場(chǎng)強(qiáng)，即：?　　4結(jié)果比對(duì)　　為了驗(yàn)證模型計(jì)算的準(zhǔn)確度，將本文的天波傳播衰減計(jì)算軟件與參考文獻(xiàn)[4]中提供的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。由于參考文獻(xiàn)[4]中沒(méi)有各路徑的合成場(chǎng)強(qiáng)及總衰減的的數(shù)據(jù)，因此主要對(duì)計(jì)算過(guò)程中的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算過(guò)程中各參數(shù)計(jì)算結(jié)果的一致性，如頻率、各路徑

8、損耗計(jì)算結(jié)果的吻合，完全可以保障兩者最終衰減計(jì)算結(jié)果的一致性。　　參考文獻(xiàn)[4]中列舉的一條具體電路：發(fā)射點(diǎn)經(jīng)緯度（112.78，35.08），接收點(diǎn)經(jīng)緯度（113.99，33.08），時(shí)間為2004年5月11時(shí)，收發(fā)射天線增益3.3737dB，發(fā)射功率10kW，工作頻率選擇7MHz，太陽(yáng)黑子數(shù)量40。模型計(jì)算與文獻(xiàn)比對(duì)的結(jié)果如表1所示。　　由于工作頻率7M