短波對空通信頻率預(yù)測改進方法研究

李淑黨+王鼎+謝洪森

【摘要】 本文在深入研究CCIR推薦的短波頻率預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來新的理論信息和數(shù)據(jù)資源，對CCIR推薦方法進行了改進。利用改進后的算法對某一短波通信鏈路進行了計算，將頻率預(yù)測的結(jié)果與ITS軟件預(yù)測值進行比較，并對預(yù)測頻率的性能指標（如時間利用率、接收點信噪比等）進行了軟件仿真。從仿真結(jié)果可以看出，通過改進算法計算所得的最佳工作頻率的時間利用率和接收點信噪比優(yōu)于原始的CCIR推薦方法。因此可以得出結(jié)論，本文提出的短波通信頻率預(yù)測改進方法是有效的。

【關(guān)鍵詞】 短波通信 頻率預(yù)測 信噪比

引言

短波通信在抗毀性、機動性和靈活性方面具有無可比擬的優(yōu)越性和不可代替的重要作用，是軍用航空超視距遠程通信和機動通信的主要手段。但由于短波通信信道是時變色散信道，其固有的弱點（如容量小、頻帶窄、速率低、相互干擾嚴重、信道狀態(tài)不穩(wěn)定等）制約了短波通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，選擇合適的傳播模式和通信頻率對于短波對空通信系統(tǒng)具有重要意義。

本文研究的對象是短波對空通信的頻率預(yù)測。由于飛機的飛行高度一般都在8000～18000m，這個高度相對6370km的地球半徑R來說可以忽略。因此，每一時刻飛機與地面的短波通信可以看作是地面上點對點的短波通信[1]。

MUF是指給定短波通信距離下的最高可用頻率[2]，是電波能返回地面和穿出電離層的臨界值，如果頻率高于此臨界值，則電波穿過電離層，不再返回地面。MUF還與反射層的電離密度有關(guān)，所以凡影響電離密度的諸因素，都將影響MUF的值。考慮電離層的結(jié)構(gòu)變化和保證獲得長期穩(wěn)定的接收，在確定線路的工作頻率時，不是取預(yù)報的MUF值，而是取低于MUF的頻率FOT。FOT稱為最佳工作頻率，一般情況下FOT取MUF的85%，保證通信線路有90%的時間利用率（有時也被稱為可通率）。因此短波通信頻率預(yù)測指的就是計算通信線路兩個端點之間的MUF。

CCIR（國際無線電咨詢委員會）對短波頻率預(yù)測給出了推薦的計算方法[3]。CCIR的推薦方法是在很早的時候提出的，那時候計算手段比較單一，計算比較繁瑣，現(xiàn)在我們可以利用近年來新的理論信息和數(shù)據(jù)資源（如空間電磁理論、電子地圖、網(wǎng)絡(luò)信息資源等）對該方法進行改進和優(yōu)化，使預(yù)測結(jié)果更加精確和貼近實際。

一、改進算法

其中，A是北京的緯度，B是廣州的緯度，D是兩地之間的經(jīng)度差。

經(jīng)計算，d=1880km。

計算發(fā)射天線和接收天線設(shè)置的方向。這一點對于定向天線來說比較重要，如果發(fā)射方向選擇準確的話，就可以在保證通信距離的同時減小反射功率，反之就會浪費功率。

由A臺向B臺的發(fā)射方向：sinCAB=cosBsinD/sinC

由B臺向A臺的發(fā)射方向：sinCBA=cosAsinD/sinC

根據(jù)上面公式，計算得：

北京向廣州的發(fā)射方向：CAB=189.8451°

廣州向北京的發(fā)射方向：CBA=8.2049°

確定反射點P的地理位置。通信線路兩個端點之間的大圓距離d=1880km，小于4000km，利用F2層一次反射的方式就能達成通信，并且此時反射點在地面的投影就是大圓距離的中點。在電子地圖上，求得反射點P的地理坐標（115°E，31.3°N）。

確定發(fā)射天線和接收天線的最佳輻射仰角θ，可以采用下面的經(jīng)驗公式進行計算。

三、MUF理論計算值與ITS軟件預(yù)測值的對比

ITS軟件[4，5]是美國電信科學研究院（Institute for Telecommunication Science）開發(fā)的、用于預(yù)測2～30MHz短波頻段通信性能的軟件，它的可靠性已經(jīng)得到了實際運用的證明。ITS可用于進行短波鏈路規(guī)劃，根據(jù)通信線路兩個端點的地理位置、通信時間和系統(tǒng)要求，它能夠?qū)Χ滩ㄍㄐ诺耐ㄐ拍Ｊ?、通信頻率、天線輻射仰角、發(fā)射功率等重要參數(shù)進行預(yù)測，并且預(yù)測結(jié)果可通過文字、表格或圖形直觀地顯示出來。另外，它還可以對指定參數(shù)的通信系統(tǒng)的通信指標（如時間利用率、信噪比等）進行評估。我們利用ITS軟件對同一條件下，對北京與上海之間的短波通信頻率進行了預(yù)測，得到了頻率-時間曲線，如圖2中實線所示，圖中虛線為改進理論計算值的頻率-時間曲線。

從上圖可以看出，最高可用頻率MUF的理論計算值與ITS軟件預(yù)測值隨時間變化的趨勢是一致的，并且數(shù)值上的差距也較小。由此可以說明，本文提出關(guān)于最高可用頻率MUF的改進算法是可行的。

四、結(jié)束語

短波地空通信在抗毀性、機動性和靈活性方面具有無可比擬的優(yōu)越性和不可代替的重要作用。本文對CCIR推薦的短波頻率預(yù)測方法進行改進，并對其性能進行了仿真，驗證了其可行性和有效性。在鏈路計算中，本文沒有涉及飛機在起飛降落時和多跳模式下的通信情況，所以還需要繼續(xù)進行相關(guān)方面的研究。

參 考 文 獻

[1]牟薪葦.短波地空通信系統(tǒng)信道建模與鏈路計算[D].西安：空軍工程大學，2008

[2] Gerhard Braun. Planning and Engineering of Shortwave Links[M]. Berlia ， 1982.81～82

[3] ITU-R P.434-6. ITU-R reference ionospheric characteristics and methods of basic MUF，operational MUF and ray-path prediction[S].ITU-R，1995

[4] Institute for Telecommunication Science. Technical Manual[S]. Institute for Telecommunication Science，2004

[5] Institute for Telecommunication Science. User Manual[S]. Institute for Telecommunication Science，2004

[6] 俞明.短波通信的傳播特點與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].中國無線電，2004，5：60～61endprint