基于Longley—Rice模型的海上无线电通信时间分析

李彪

摘 要：针对海上通信时间的确定，基于Longley-Rice建立的模型，我们可以得到电波功率的空间损耗分布，继而求解出电波振动幅值的空间损耗分布。根据信号接收原理，确定同一多跳路径下，船舶可接受信号的范围大小，最终确定能保持联系的时间。

关键词：Longley-Rice；matlab；传播损耗

中图分类号：TN925 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）13-0016-02

Abstract： Based on the model established by Longley-Rice， the spatial loss distribution of radio wave power can be obtained， and then the spatial loss distribution of wave vibration amplitude can be solved. According to the principle of signal reception， the range of acceptable signals is determined under the same multi-hop path， and the time to keep in touch is determined.

Keywords： Longley-Rice； Matlab； propagation loss

引言

目前为止，我们普遍采用Okumura-Hata模型进行陆地上无线电波传播的预测。Okumura-Hata模型已经在实践中得到了充分的验证，但是该模型对海面环境的无线电波传播的研究却比较少。无线电波在海面上的传播与在自由空间中传播是相似的，因此可以用自由空间模型来研究海面无线电波的传播模型。实践证明，这种方法会产生较大的误差。而Longley-Rice模型则会使误差减小。

1 海况无线电传播模型

陆地上的HF载波信号以一定的发射仰角进入高空电离层，经过反射到达海面，通过海面与电离层间的不断反射向前传播。在向前传播的过程中伴随着能量的损耗，传播损耗Lb为

Lb为平静海况下无线电传播损耗，Lfr为自由空间传输损耗，Li为电离层吸收损耗，Lg为平静海面反射损耗

1.1 自由空间传输损耗

无线电在自由空间中传播时，电波能量分布的球面积增大，单位球面上电波能量减小，由此引起能量损耗。自由空间传输损耗Lfr为[1]

f为无线电的频率，r为无线电的传播路径距离。

1.2 电离层吸收损耗

电离层吸收损耗有非偏移吸收和偏移吸收两种，偏移吸收一般都小于1dB，忽略不计；而非偏移吸收的计算非常复杂，我们应用经验公式进行计算。电离层吸收损耗Li为[2]

1.3 海面反射损耗

首先，我们定义海面的反射系数来表征平静海面上的反射特性。然后，根据CCIR推荐的公式，选择相对介电常数、电导率和波长三个指标定量求解反射系数的大小。最后，通过反射损耗RL公式确定无线电在平静海况下的損耗。

平静海面对无线电的反射主要是镜面反射，根据平面波斜射到理想介质分界面上的反射定律（Snell定律），可得到无线电的Fresnel反射系数公式为

2 海上通信时间模型

无线电在空间传播时，在微观上是正弦波在两个垂直平面经过[4]，如果遇到天线导体，会使导体中产生感应电流，由此检测到信号进行通信。在同一多跳路径下，通信过程如图4所示。

从图中可以看出，在s范围内能接收到信号实现通信，超出s则不能使用相同的多跳路径进行通信。s的计算方法为

s为有效通信范围，E为无线电幅值，？琢为无线电发射角，u0为真空中的磁导率，n为真空中的折射率，P0为无线电发射的功率，Pnow为此时无线电的传播功率，z为无线电跳跃次数。

由上可知，船只在s范围内能使用相同的多跳路径进行通信，保持的通信时间为

s为有效通信范围，v为船只行驶速度。

3 海上通信时间模型灵敏度分析

为了检验发射功率的影响，我们通过对其进行灵敏度分析，对模型进行分析，假设初始发射功率为100W分别设置上下限±1W，±2W，±3W，±4W，±5W。

从图中我们可以看出，船只保持通信的时间与无线电波发射功率成正比。这是由于发射功率增加，无线电的空间分布越大，可以接受的范围越广。

参考文献：

[1]曾艳军.移动通信中电波传播特性研究及传播模型校正与应用[D].浙江工业大学，2003.

[2]李雪红，李法忠，韩龙，等.短波天波通信场强估算方法与模型[J].通信技术，2016，49（04）：418-422.

[3]黄芳，杜文才，白勇.白频谱下考虑船体晃动的电波传播特性研究[J].电视技术，2015，39（13）：140-144.

[4]姜大鹏.全数字超高频海洋表面动力学参数探测雷达系统研制[D].武汉大学，2013.