短波对空通信频率预测改进方法研究

李淑党+王鼎+谢洪森

【摘要】 本文在深入研究CCIR推荐的短波频率预测方法的基础上，根据近年来新的理论信息和数据资源，对CCIR推荐方法进行了改进。利用改进后的算法对某一短波通信链路进行了计算，将频率预测的结果与ITS软件预测值进行比较，并对预测频率的性能指标（如时间利用率、接收点信噪比等）进行了软件仿真。从仿真结果可以看出，通过改进算法计算所得的最佳工作频率的时间利用率和接收点信噪比优于原始的CCIR推荐方法。因此可以得出结论，本文提出的短波通信频率预测改进方法是有效的。

【关键词】 短波通信 频率预测 信噪比

引言

短波通信在抗毁性、机动性和灵活性方面具有无可比拟的优越性和不可代替的重要作用，是军用航空超视距远程通信和机动通信的主要手段。但由于短波通信信道是时变色散信道，其固有的弱点（如容量小、频带窄、速率低、相互干扰严重、信道状态不稳定等）制约了短波通信技术的发展和应用。因此，选择合适的传播模式和通信频率对于短波对空通信系统具有重要意义。

本文研究的对象是短波对空通信的频率预测。由于飞机的飞行高度一般都在8000～18000m，这个高度相对6370km的地球半径R来说可以忽略。因此，每一时刻飞机与地面的短波通信可以看作是地面上点对点的短波通信[1]。

MUF是指给定短波通信距离下的最高可用频率[2]，是电波能返回地面和穿出电离层的临界值，如果频率高于此临界值，则电波穿过电离层，不再返回地面。MUF还与反射层的电离密度有关，所以凡影响电离密度的诸因素，都将影响MUF的值。考虑电离层的结构变化和保证获得长期稳定的接收，在确定线路的工作频率时，不是取预报的MUF值，而是取低于MUF的频率FOT。FOT称为最佳工作频率，一般情况下FOT取MUF的85%，保证通信线路有90%的时间利用率（有时也被称为可通率）。因此短波通信频率预测指的就是计算通信线路两个端点之间的MUF。

CCIR（国际无线电咨询委员会）对短波频率预测给出了推荐的计算方法[3]。CCIR的推荐方法是在很早的时候提出的，那时候计算手段比较单一，计算比较繁琐，现在我们可以利用近年来新的理论信息和数据资源（如空间电磁理论、电子地图、网络信息资源等）对该方法进行改进和优化，使预测结果更加精确和贴近实际。

一、改进算法

其中，A是北京的緯度，B是广州的纬度，D是两地之间的经度差。

经计算，d=1880km。

计算发射天线和接收天线设置的方向。这一点对于定向天线来说比较重要，如果发射方向选择准确的话，就可以在保证通信距离的同时减小反射功率，反之就会浪费功率。

由A台向B台的发射方向：sinCAB=cosBsinD/sinC

由B台向A台的发射方向：sinCBA=cosAsinD/sinC

根据上面公式，计算得：

北京向广州的发射方向：CAB=189.8451°

广州向北京的发射方向：CBA=8.2049°

确定反射点P的地理位置。通信线路两个端点之间的大圆距离d=1880km，小于4000km，利用F2层一次反射的方式就能达成通信，并且此时反射点在地面的投影就是大圆距离的中点。在电子地图上，求得反射点P的地理坐标（115°E，31.3°N）。

确定发射天线和接收天线的最佳辐射仰角θ，可以采用下面的经验公式进行计算。

三、MUF理论计算值与ITS软件预测值的对比

ITS软件[4，5]是美国电信科学研究院（Institute for Telecommunication Science）开发的、用于预测2～30MHz短波频段通信性能的软件，它的可靠性已经得到了实际运用的证明。ITS可用于进行短波链路规划，根据通信线路两个端点的地理位置、通信时间和系统要求，它能够对短波通信的通信模式、通信频率、天线辐射仰角、发射功率等重要参数进行预测，并且预测结果可通过文字、表格或图形直观地显示出来。另外，它还可以对指定参数的通信系统的通信指标（如时间利用率、信噪比等）进行评估。我们利用ITS软件对同一条件下，对北京与上海之间的短波通信频率进行了预测，得到了频率-时间曲线，如图2中实线所示，图中虚线为改进理论计算值的频率-时间曲线。

从上图可以看出，最高可用频率MUF的理论计算值与ITS软件预测值随时间变化的趋势是一致的，并且数值上的差距也较小。由此可以说明，本文提出关于最高可用频率MUF的改进算法是可行的。

四、结束语

短波地空通信在抗毁性、机动性和灵活性方面具有无可比拟的优越性和不可代替的重要作用。本文对CCIR推荐的短波频率预测方法进行改进，并对其性能进行了仿真，验证了其可行性和有效性。在链路计算中，本文没有涉及飞机在起飞降落时和多跳模式下的通信情况，所以还需要继续进行相关方面的研究。

参 考 文 献

[1]牟薪苇.短波地空通信系统信道建模与链路计算[D].西安：空军工程大学，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.短波通信的传播特点与网络设计[J].中国无线电，2004，5：60～61endprint