多跳高频无线电海上传输

缐磊 孙晗 王成

摘 要：多跳高频无线电海上传输主要取决于传输损耗，为了研究短波无线电在平静海洋、湍流海洋的反射损耗情况，本文确定三个最具影响的标准，以反射损耗、电离层损耗以及自由空间传播损耗为主要考虑因素。分析了多跳高频无线电海上传播的具体情况。

关键词：多跳，高频无线电，海面反射损耗

引言

HF无线电传播可以利用地波传播，但主要是利用天波（依靠电离层的反射作用传播的无线电波）传播。天波传播因为受到电离层不稳定性影响，信道参数不断变化。因此短波天波信道为变参信道。天波传播受外界影响较大，它与电离层强度、太阳辐射强度等多种因素有关。其中，反射表面的特性决定了反射波的强度以及信号在保持有用信号完整性的状态下最终传播的程度。

海洋作为一个复杂多变的自然综合体，其涵盖面非常广泛，极大地影响着我们的生存环境。而远程无线电海洋观测可以帮助人们深入了解和认识海洋，指导人们合理的开发海洋。无线电是研究海洋环境、开发海洋资源、改善航海条件的一支不可或缺的生力军。因此，高频无线电的研究对于海洋观测具有重要意义。

一模型

为了详细分析多跳高频无线电传播中的损耗，我们建立了海洋表面的反射模型。利用短波通信接收场强的计算方法，分别对自由空间基本传输损耗L0 ，电离层吸收损耗La ，地球表面反射损耗Lg 进行计算。

自由空间基本传输损耗L0

电磁波在空气中传播的时候会有能量损失，这是由于传播较远的距离，能量扩展到更大的面积上造成的，基本表达式为：

[1] （2）

f为工作频率，d为电波传播的实际路径长度

图1高频无线电的天波传输路径

由图一中几何关系得出

[2] （3）

R为地球半径，h为地球表面到电离层的高度

D为发射端到接收端的大圆距离

有Google电子地图可知，发射端A和接收端B的地理经纬度，则大圆距离：

（4）

（5）

其中x1 为发射端的地理纬度，x2 为接收端的地理纬度，y1 为发射端的地理经度，y2 为接收端的地理经度

5.2电离层吸收损耗La

对短波而言，电离层吸收损耗主要指电波穿过电离层时，由D，E层吸收损耗，它与太阳黑子数，太阳天顶角，工作频率，入射仰角，磁旋频率有关，工程中常用以下半经验公式：

（6）

fH是电离层高度处磁旋谐振频率的平均值，θ0 为入射仰角，Ij 为吸收系数

（7）

（8）

由于太阳黑子数随事件不断变化，我们从Google的数据图中，根据前十二个月太阳黑子数平均值进行计算

（9）

为12个月太阳黑子数平均值，xj为太阳天顶角

5.3地球表面反射损耗Lg

这种损耗是传过程中在地球表面产生的，由于电波经电离层反射极化面旋转且随机变化，入射时的电波是杂乱极化的，因此，精确计算Lg是非常困难的，按照W·R·Piggott的建议，我们来估算海洋表面的消耗。

海洋表面反射损耗与海洋表面的电导率和介电常数有关，得到海洋表面反射损耗计算公式：

[1] （10）

式中，RV和RH分别为垂直极化和水平极化的反射系数。RV和RH的表示式分别为：

（11）

（12）

其中 （13）

λ为电磁波波长，σ为导电系数，ε为复介电常数，平静海面时，σ为4，εr为80。

我们分析可得平静海面和湍流海面对海面损耗的影响有兩个因素：海水电导率和介电常数。

我们通过查阅官方论文资料，得到海水介电常数表示方法：

[3] （15）

其中f电波频率，单位为MHz，a，b，c，d，e均为常数。

海水电导率表示方法

（16）

其中f为电波频率，单位为MHz，r，s，t，u，v，w均为常数。

本模型所研究的是高频无线电，其频率不会导致海水电导率和介电常数变化。所以湍流海面反射损耗和平静海面反射损耗的区别在于，高频无线电在平静水面发生镜面反射，而湍流海面为粗糙面，高频无线电到达后会发生漫反射而增加反射损耗。所以我们得出结论：高频无线电在湍流海面反射后的第一反射强度大于在平静海面的第一反射强度.

参考文献：

[1]张一品， 李越， 甘文道. 短波电台信道模型仿真研究[J]. 军民两用技术与产品， 2016（8）：66-67.

[2]廖平， 朱吉胜， 王涛，等. 基于C～3I系统的短波通信仿真建模[J]. 电子设计工程， 2009， 17（8）：21-23.

[3]王英， 顾健. 海面电波反射特性研究与仿真分析[J]. 电子设计工程， 2016， 24（5）：113-115.