短波天波通信性能預(yù)測(cè)軟件的接收?qǐng)鰪?qiáng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性對(duì)比與分析

于睿 向東蕾 何雯 趙佟萍

【摘 要】以ITU在Data Bank D1/1中發(fā)布的全球181條鏈路實(shí)測(cè)短波天波接收?qǐng)鰪?qiáng)中值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)VOACAP和ITU-REC533兩種預(yù)測(cè)軟件在不同計(jì)算參數(shù)配置和不同鏈路大圓距離情況下得出的接收?qǐng)鰪?qiáng)月中值的準(zhǔn)確度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出預(yù)測(cè)誤差的范圍估計(jì)和基本特性，在此基礎(chǔ)上提出兩種算法軟件的選取原則、參數(shù)配置建議和預(yù)測(cè)結(jié)果的采信標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】VOACAP REC533 短波通信 性能預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）09-0073-08

1 引言

VOACAP（the Voice of America Coverage Analysis

Program）和ITU-REC533（International Telecommunica-

tion Union Recommendation 533）均是短波天波通信性能預(yù)測(cè)計(jì)算軟件，主要用于指導(dǎo)不同季節(jié)、不同太陽(yáng)黑子活動(dòng)、不同通信時(shí)段和地理位置的短波天波通信鏈路規(guī)劃與操作。

VOACAP是美國(guó)之音組織美國(guó)電信科學(xué)學(xué)會(huì)（ITS，Institute for Telecommunication Sciences）和海軍研究實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)專家對(duì)ITS于80年代發(fā)布的IONCAP（Ionospheric Communication Analysis and Prediction Program）軟件進(jìn)行完善和修正后，于2001年首次發(fā)布的短波天波傳播性能預(yù)測(cè)軟件[1]。該軟件采用理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)配置和用戶選擇計(jì)算短波天波的傳播性能[2]。當(dāng)前許多有關(guān)短波天波傳播的計(jì)算模塊都是以VOACAP為計(jì)算引擎，如瑞典薩博通信公司的WRAP、美國(guó)羅克韋爾柯林斯公司的PropMan-2000等。VOACAP在一定程度上被看作是短波天波通信性能預(yù)測(cè)的參考標(biāo)準(zhǔn)。本文中的有關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)ITS發(fā)布的VOACAP 09.1208W版本軟件進(jìn)行計(jì)算獲得。

ITU-REC533是根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU，Interna-

tional Telecommunications Union）的ITU-R P.533建議書編寫的短波天波通信性能預(yù)測(cè)計(jì)算軟件的統(tǒng)稱。REC533在計(jì)算原理、輸入?yún)?shù)和輸出數(shù)據(jù)上與VOACAP基本一致，只是在具體的計(jì)算模型和數(shù)據(jù)選擇上存在一定差異。ITU-R P.533建議書通過(guò)國(guó)際合作的方式完成，從1978年開始到2013年已經(jīng)發(fā)布了12個(gè)版本[3]。本文使用ITU網(wǎng)站上發(fā)布的根據(jù)2013年第12版建議書編寫的評(píng)估軟件進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

針對(duì)在實(shí)際使用過(guò)程中，軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際性能存在較大差異的問(wèn)題，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，利用短波天波實(shí)測(cè)接收?qǐng)鰪?qiáng)中值數(shù)據(jù)，對(duì)VOACAP和ITU-REC533中的接收?qǐng)鰪?qiáng)月中值的準(zhǔn)確度進(jìn)行對(duì)比，分析兩款軟件的場(chǎng)強(qiáng)月中值預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，討論軟件的選取原則、參數(shù)配置建議和預(yù)測(cè)結(jié)果的采信標(biāo)準(zhǔn)。

2 接收?qǐng)鰪?qiáng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性對(duì)比計(jì)算

接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)月中值預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性對(duì)比，按照ITU-R P.1148-1中的比較方法，以ITU發(fā)布的Data Bank D1/1數(shù)據(jù)為比較基準(zhǔn)，使用VOACAP和REC533預(yù)測(cè)軟件，采用與實(shí)際測(cè)試一致的通信參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，計(jì)算接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，然后計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的差值的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。

ITU-D1/1數(shù)據(jù)是短波天波場(chǎng)強(qiáng)估計(jì)領(lǐng)域數(shù)十年來(lái)國(guó)際合作取得的成果，于1989年1月正式發(fā)布[4]，主要包含1964～1985年的21年中分布在全球的68個(gè)短波臺(tái)站之間的82條地理路徑在181條通信鏈路上，每小時(shí)的短波天波通信信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)值的月中值。數(shù)據(jù)在時(shí)間跨度上包含了近兩個(gè)太陽(yáng)黑子周期，頻率涵蓋2.5—25.8 MHz范圍，共38 712個(gè)數(shù)據(jù)記錄。本文將D1/1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除了無(wú)效的數(shù)據(jù)記錄，共得到16 268條記錄，每一條記錄都包含了進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)計(jì)算所需要的基本數(shù)據(jù)，方便用于后續(xù)試驗(yàn)。

2.1 預(yù)測(cè)軟件輸入?yún)?shù)

VOACAP和REC533軟件在預(yù)測(cè)計(jì)算時(shí)需要輸入的參數(shù)基本相同，主要包含發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相關(guān)參數(shù)，以及時(shí)刻、通信系統(tǒng)、通信需求和計(jì)算的相關(guān)參數(shù)等。其中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相關(guān)參數(shù)、時(shí)刻參數(shù)和頻率參數(shù)等數(shù)據(jù)可以從處理后的D1/1數(shù)據(jù)記錄中直接獲得。同時(shí)，根據(jù)D1/1數(shù)據(jù)歸一化的說(shuō)明，設(shè)置發(fā)射功率為1 kW，收發(fā)天線均為0 dBi的全向點(diǎn)源，收發(fā)天線架設(shè)方位角均取0°，天線3D增益數(shù)據(jù)在所有的方位角和仰角上的增益均為1。根據(jù)文獻(xiàn)[5]中的建議，環(huán)境參數(shù)中的最小仰角設(shè)置為3°，路徑類型根據(jù)實(shí)際通信距離進(jìn)行設(shè)置。

VOACAP需要特別說(shuō)明的是電離層系數(shù)數(shù)據(jù)（Coefficients）和計(jì)算方法（Method）兩項(xiàng)參數(shù)。

Coefficients是全球電離層系數(shù)數(shù)據(jù)，用于控制點(diǎn)的電離層參數(shù)計(jì)算，有CCIR（Oslo）和URSI_88兩個(gè)選項(xiàng)。CCIR（Oslo）是ITU于1967年發(fā)布的數(shù)據(jù)，主要來(lái)源于美國(guó)和歐洲的電離層探測(cè)站在一個(gè)完整的電離層活動(dòng)周期內(nèi)的探測(cè)結(jié)果，但是缺少海洋上空和南半球的數(shù)據(jù)。URSI_88是國(guó)際無(wú)線電聯(lián)盟（International Union of Radio Science）在CCIR（Oslo）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用日本電離層探測(cè)衛(wèi)星和澳洲內(nèi)部及周邊電離層探測(cè)提供的數(shù)據(jù)，增補(bǔ)海洋與南半球數(shù)據(jù)后形成的電離層系數(shù)數(shù)據(jù)。在有關(guān)VOACAP軟件使用的文獻(xiàn)[6]、[7]和[8]中都提出URSI_88增加的數(shù)據(jù)與原來(lái)CCIR（Oslo）的數(shù)據(jù)不兼容，VOACAP在使用URSI_88的數(shù)據(jù)后可能出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)果，建議使用CCIR（Oslo）的數(shù)據(jù)。本文將對(duì)CCIR（Oslo）數(shù)據(jù)和URSI_88數(shù)據(jù)對(duì)VOACAP場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的影響進(jìn)行分析。

VOACAP通過(guò)計(jì)算方法（Method）參數(shù)確定需要計(jì)算的內(nèi)容及方法，共有30個(gè)計(jì)算任務(wù)可供選擇。本文將重點(diǎn)對(duì)“Method=20和Method=30”的情況進(jìn)行對(duì)比分析[6]。當(dāng)Method=20，若通信鏈路大圓距離（按：大圓距離（Great-circledistance）：從球面的一點(diǎn)A出發(fā)到達(dá)球面上另一點(diǎn)B，所經(jīng)過(guò)的最短路徑的長(zhǎng)度。由于地球類似球體，因此地球上任何收發(fā)兩點(diǎn)沿球面的最短通信距離可以通過(guò)大圓距離的公式進(jìn)行估算）小于10 000 km時(shí)，系統(tǒng)使用射線跳躍模型（ray-hop）；若通信鏈路大圓距離大于10 000 km時(shí)，系統(tǒng)使用波導(dǎo)/前向散射模型（ducted/forward-scatter）。當(dāng)Method=30，在收發(fā)兩點(diǎn)大圓距離大于7000 km且小于10 000 km時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)使用射線跳躍模型和波導(dǎo)/前向散射模型進(jìn)行傳輸損耗計(jì)算，并通過(guò)與大圓距離相關(guān)的加權(quán)算法對(duì)兩個(gè)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平滑處理，其余距離區(qū)間使用的計(jì)算模型與Method=20相同。Method=30解決了當(dāng)Method=20時(shí)，在收發(fā)兩點(diǎn)大圓距離在10 000 km附近，由于使用兩種不同鏈路模型進(jìn)行計(jì)算造成的數(shù)據(jù)不連續(xù)問(wèn)題。

REC533的電離層系數(shù)數(shù)據(jù)需要通過(guò)指定數(shù)據(jù)文件的路徑來(lái)確定使用的數(shù)據(jù)來(lái)源。在ITU發(fā)布的軟件版本中，只提供了一套數(shù)據(jù)文件，沒(méi)有其他可供選擇。根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的說(shuō)明，REC533中的電離層系數(shù)數(shù)據(jù)與CCIR（Oslo）基本一致。REC533在計(jì)算鏈路性能時(shí)，當(dāng)收發(fā)兩點(diǎn)之間的鏈路大圓距離小于7000 km時(shí)，采用與VOACAP類似的射線跳躍模型計(jì)算接收?qǐng)鰪?qiáng)。當(dāng)鏈路大圓距離大于9000 km時(shí)，通過(guò)計(jì)算最低可用頻（LUF）和最高可工作頻率（operational MUF），再利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出接收?qǐng)鰪?qiáng)。當(dāng)鏈路大圓距離在7000 km和9000 km之間時(shí)，采用上述兩種方法計(jì)算接收?qǐng)鰪?qiáng)后進(jìn)行平滑處理，其過(guò)程類似于VOACAP中Method=30的情況，但計(jì)算方法不同。

2.2 預(yù)測(cè)軟件輸出數(shù)據(jù)

VOACAP計(jì)算完成后輸出的計(jì)算結(jié)果包括接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)中值（DBU）、最高可用頻率（MUF）和頻率反射概率（MUF_Day）等22個(gè)參數(shù)。除了從輸出文件中提取DBU值用于和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比外，本文還提取了MUF_Day數(shù)據(jù)用于DBU值的準(zhǔn)確性評(píng)估。

MUF_Day的定義是在指定月份的特定UTC時(shí)間，通信頻率低于最可靠傳播模式的最高可觀測(cè)頻率（MOF）的天數(shù)比例[6]。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，VOACAP在傳播損耗計(jì)算中既包括電離層反射模式也包括散射模式，因此給出的接收?qǐng)鰪?qiáng)中值包括了計(jì)算月份的所有天數(shù)的數(shù)據(jù)，而不僅僅是能夠進(jìn)行反射通信的天數(shù)數(shù)據(jù)。這樣，按照文獻(xiàn)[5]中規(guī)定的比較流程，可以直接用計(jì)算獲得的DBU值與實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行比較，而不需要對(duì)DBU值做進(jìn)一步處理。

REC533計(jì)算后的輸出參數(shù)種類與VOACAP基本一致，但沒(méi)有MUF_Day數(shù)據(jù)。雖然REC533沒(méi)有給出MUF_Day數(shù)據(jù)，但是提供了MUF的高/低十分位數(shù)數(shù)據(jù)?？梢栽诖嘶A(chǔ)上建立MOF的統(tǒng)計(jì)模型，從而計(jì)算出MUF_Day的數(shù)值。

2.3 對(duì)比計(jì)算過(guò)程與內(nèi)容

接收?qǐng)鰪?qiáng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性對(duì)比計(jì)算過(guò)程分為數(shù)據(jù)計(jì)算和分類統(tǒng)計(jì)分析兩個(gè)過(guò)程。

在數(shù)據(jù)計(jì)算中，兩款預(yù)測(cè)軟件使用ITU-D1/1中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)通信性能計(jì)算。對(duì)于VOACAP軟件，直接讀取輸出文件的對(duì)應(yīng)數(shù)值，將計(jì)算輸入條件、DBU、MUF_Day以及DBU與實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)中值的差值（預(yù)測(cè)誤差）一并寫入數(shù)據(jù)記錄文件，為后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析提供基礎(chǔ)。在REC533的計(jì)算結(jié)果中沒(méi)有提供MUF_Day數(shù)據(jù)。為了比較方便，本文根據(jù)REC533計(jì)算結(jié)果中的MOF中值和分位數(shù)值，構(gòu)建了MOF的高斯概率分布模型，如式（1）所示：

根據(jù)式（1）和MUF_Day的定義，得到MUF_Day的計(jì)算公式（2）。在此基礎(chǔ)上計(jì)算得出MUF_Day的數(shù)值。這樣，VOACAP和REC533兩款軟件就可以生成結(jié)構(gòu)相同的數(shù)據(jù)記錄文件。

其中：δL=（MUF-MUF_L）/1.28，δH=（MUF_H- MUF）/1.28，MUF_L為月MOF低十分位數(shù)，MUF_H為月MOF高十分位數(shù)。

分類統(tǒng)計(jì)分析是按照文獻(xiàn)[5]中的分類方法，對(duì)兩個(gè)軟件計(jì)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，從頻率、大圓距離等7個(gè)方面計(jì)算預(yù)測(cè)誤差的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)文件。

使用VOACAP軟件，在根據(jù)實(shí)際鏈路大圓距離選擇路徑類型設(shè)置條件下，對(duì)Coefficients取CCIR（Oslo）、URSI_88以及Method取20、30的共4種參數(shù)組合分別進(jìn)行了數(shù)據(jù)計(jì)算。由于沒(méi)有更多的參數(shù)可供選擇，本文僅在根據(jù)實(shí)際鏈路大圓距離選擇路徑類型設(shè)置條件下，使用REC533軟件進(jìn)行了數(shù)據(jù)計(jì)算?；谝陨蠑?shù)據(jù)，本文根據(jù)MUF_Day的不同取值進(jìn)行篩選后分別進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)分析。

3 數(shù)據(jù)分析

使用VOACAP和REC533軟件按ITU-D1/1中的實(shí)驗(yàn)條件計(jì)算接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)結(jié)果，并按文獻(xiàn)[5]的分類方法對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。本文從應(yīng)用的角度出發(fā)，只列出了對(duì)頻率和大圓距離的分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表1可見(jiàn)，VOACAP軟件的預(yù)測(cè)誤差在宏觀上表現(xiàn)出比較保守的特性（預(yù)測(cè)值低于實(shí)測(cè)值），具有隨頻率和大圓距離增加而增大的趨勢(shì)，并與Coefficients和Method的設(shè)置有關(guān)。而REC533軟件的預(yù)測(cè)誤差隨頻率和大圓距離變化的趨勢(shì)不明顯，表現(xiàn)出較隨機(jī)的特性?？傮w上看，REC533的預(yù)測(cè)誤差明顯小于VOACAP，但是在一定的頻率范圍和距離范圍上，VOACAP表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，如頻率低于5 MHz和大圓距離在2000～3000 km，因此需要更深入的對(duì)這兩種軟件的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 MUF_Day對(duì)預(yù)測(cè)誤差的影響分析

VOACAP根據(jù)工作頻率與MOF的關(guān)系使用射線跳躍和散射兩種模型預(yù)測(cè)傳播損耗。工作頻率越高，超過(guò)MOF的概率也越大。根據(jù)文獻(xiàn)[6]，工作頻率在特定時(shí)刻的MUF_Day值反映了工作頻率低于MOF的概率，可以作為對(duì)VOACAP輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選的條件。圖1是對(duì)生成表1的5組計(jì)算數(shù)據(jù)按MUF_Day大于等于橫坐標(biāo)值篩選后的匯總統(tǒng)計(jì)結(jié)果。橫坐標(biāo)是MUF_Day的值。

從圖1可以看出，VOACAP的計(jì)算結(jié)果在MUF_Day≥0.01后，預(yù)測(cè)誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)差顯著下降，誤差均值的下降幅度超過(guò)3 dB，在大于0.05后趨于平穩(wěn)，并且隨MUF_Day的增大在一定程度上有所增加。相對(duì)于VOACAP而言，REC533的預(yù)測(cè)誤差對(duì)MUF_Day的變化不敏感，當(dāng)MUF_Day≥0.9時(shí)，誤差開始顯著增加。

同時(shí)，使用MUF_Day數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行篩選會(huì)使統(tǒng)計(jì)計(jì)算的樣本數(shù)下降。在MUF_Day≤0.05時(shí)，樣本數(shù)量下降明顯。在此之后，樣本數(shù)隨MUF_Day的增加接近勻速下降。當(dāng)MUF_Day=1時(shí)，樣本數(shù)小于5000，只有原來(lái)的30%左右。

以Coefficients=CCIR以及Method=30的VOACAP計(jì)算數(shù)據(jù)為例，按MUF_Day>0.05的規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。篩選前后預(yù)測(cè)誤差分布的直方圖如圖2所示?？梢钥吹絍OACAP的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中存在較大數(shù)量的大誤差數(shù)據(jù)。當(dāng)采用MUF_Day值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選時(shí)，誤差大于-35 dB的高誤差項(xiàng)明顯減少，大于±10 dB以上的誤差分布也變得更小，使整體預(yù)測(cè)誤差及標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)于篩選前得到明顯改善。

因此，對(duì)于VOACAP得到的計(jì)算結(jié)果，可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的MUF_Day數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)圖1顯示出的變化趨勢(shì)，可以把MUF_Day>0.05作為對(duì)VOACAP預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)VOACAP給出的數(shù)據(jù)中MUF_Day>0.05，其信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。反之準(zhǔn)確度將難以保證。對(duì)于REC533軟件則不存在這樣的數(shù)據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 VOACAP中Coefficients與Method參數(shù)組合對(duì)預(yù)測(cè)誤差的影響分析

從表1的匯總行可以看到，在不同的Coeffi-cients和Method輸入?yún)?shù)組合下，VOACAP的預(yù)測(cè)誤差存在一定的變化。研究這兩種輸入?yún)?shù)分別對(duì)預(yù)測(cè)誤差的影響程度，取Coefficients={CCIR， URSI}和Method={20， 30}的4組排列組合數(shù)據(jù)進(jìn)行可重復(fù)雙因素方差分析，顯著性水平設(shè)為α=0.05，結(jié)果如表2所示。

Method取不同的數(shù)值時(shí)，F(xiàn)值達(dá)到了185.913，遠(yuǎn)大于統(tǒng)計(jì)顯著的臨界值3.84，對(duì)應(yīng)的P值接近0，因此對(duì)預(yù)測(cè)誤差存在非常顯著的影響。從預(yù)測(cè)誤差的數(shù)據(jù)結(jié)果上看，Method=30比Method=20好。通過(guò)對(duì)比不同Method取值在表1大圓距離分類中的結(jié)果以及文獻(xiàn)[6]中對(duì)Method=20和Method=30時(shí)計(jì)算方法的說(shuō)明，可以看到當(dāng)大圓距離小于7000 km時(shí)兩種方法的計(jì)算結(jié)果是相同的。所以Method=30對(duì)預(yù)測(cè)性能的提升主要表現(xiàn)在大圓距離為7000 km以上鏈路的計(jì)算上。Coefficients取不同的數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)值也大于臨界值，說(shuō)明參數(shù)的選取對(duì)預(yù)測(cè)誤差存在統(tǒng)計(jì)顯著的影響。但對(duì)應(yīng)的P值只有0.0108，顯示出這種影響比較弱，遠(yuǎn)沒(méi)有Method的影響大。反映Method和Coefficients兩個(gè)因素組合影響的F值為0.79，小于統(tǒng)計(jì)顯著的臨界值3.84，對(duì)應(yīng)的P值為0.37，大于0.05的顯著水平設(shè)置，表現(xiàn)出Coefficients參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)誤差沒(méi)有統(tǒng)計(jì)顯著的影響。

因此，對(duì)于VOACAP軟件Method輸入?yún)?shù)取30是減小預(yù)測(cè)誤差的重要設(shè)置。對(duì)于Coefficients參數(shù)取URSI_88比CCIR（Oslo）略好。

3.3 VOACAP與REC533預(yù)測(cè)誤差對(duì)比分析

在上述分析的基礎(chǔ)上，將兩款軟件采用相同的電離層系數(shù)數(shù)據(jù)（CCIR）和條件篩選后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其中篩選條件為MUF_Day>0.05，VOACAP軟件Method=30。圖3是按大圓距離分類統(tǒng)計(jì)得到的兩種軟件預(yù)測(cè)誤差對(duì)比?？梢悦黠@地看到VOACAP軟件在大圓距離大于15 000 km時(shí)預(yù)測(cè)誤差迅速增大。在3000 km范圍內(nèi)，VOACAP計(jì)算數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)誤差遠(yuǎn)小于REC533的預(yù)測(cè)誤差。

圖4是兩種軟件預(yù)測(cè)誤差隨大圓距離累積變化曲線。從圖中的誤差變化趨勢(shì)可以看出，VOACAP軟件在大圓距離大于16 000 km時(shí)預(yù)測(cè)誤差的均值超過(guò)REC533軟件，標(biāo)準(zhǔn)差存在臺(tái)階式的增長(zhǎng)。REC533軟件在大圓距離小于5000 km時(shí)預(yù)測(cè)誤差的均值較高，然后隨大圓距離的增加趨于穩(wěn)定，大圓距離大于10 000 km后基本穩(wěn)定在2.5 dB左右。REC533軟件預(yù)測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差基本不隨大圓距離發(fā)生變化。

綜合考慮預(yù)測(cè)誤差均值與標(biāo)準(zhǔn)差的變化趨勢(shì)，以16 000 km為界，將兩個(gè)軟件的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，并分別繪制數(shù)據(jù)的直方圖，如圖5所示。從圖中可以看出，當(dāng)需要進(jìn)行接收?qǐng)鰪?qiáng)預(yù)測(cè)的大圓距離在16 000 km以內(nèi)時(shí)，VOACAP和REC533都能給出較準(zhǔn)確的結(jié)果，VOACAP略有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)大圓距離大于16 000 km后，VOACAP的預(yù)測(cè)誤差遠(yuǎn)大于REC533，不推薦使用。同時(shí)，VOACAP的預(yù)測(cè)誤差主要集中在-35 dB范圍。這也可以看出在圖4中觀察到的大誤差分布主要由16 000 km以上的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)引起。REC533在16 000 km前后直方圖的形狀基本相同，均能夠提供較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)ITU發(fā)布的D1/1數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理，使用VOACAP和REC533兩款軟件對(duì)接收?qǐng)鰪?qiáng)進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：