基于Longley—Rice模型的海上無線電通信時間分析

李彪

摘 要：針對海上通信時間的確定，基于Longley-Rice建立的模型，我們可以得到電波功率的空間損耗分布，繼而求解出電波振動幅值的空間損耗分布。根據(jù)信號接收原理，確定同一多跳路徑下，船舶可接受信號的范圍大小，最終確定能保持聯(lián)系的時間。

關鍵詞：Longley-Rice；matlab；傳播損耗

中圖分類號：TN925 文獻標志碼：A 文章編號：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

目前為止，我們普遍采用Okumura-Hata模型進行陸地上無線電波傳播的預測。Okumura-Hata模型已經(jīng)在實踐中得到了充分的驗證，但是該模型對海面環(huán)境的無線電波傳播的研究卻比較少。無線電波在海面上的傳播與在自由空間中傳播是相似的，因此可以用自由空間模型來研究海面無線電波的傳播模型。實踐證明，這種方法會產(chǎn)生較大的誤差。而Longley-Rice模型則會使誤差減小。

1 海況無線電傳播模型

陸地上的HF載波信號以一定的發(fā)射仰角進入高空電離層，經(jīng)過反射到達海面，通過海面與電離層間的不斷反射向前傳播。在向前傳播的過程中伴隨著能量的損耗，傳播損耗Lb為

Lb為平靜海況下無線電傳播損耗，Lfr為自由空間傳輸損耗，Li為電離層吸收損耗，Lg為平靜海面反射損耗

1.1 自由空間傳輸損耗

無線電在自由空間中傳播時，電波能量分布的球面積增大，單位球面上電波能量減小，由此引起能量損耗。自由空間傳輸損耗Lfr為[1]

f為無線電的頻率，r為無線電的傳播路徑距離。

1.2 電離層吸收損耗

電離層吸收損耗有非偏移吸收和偏移吸收兩種，偏移吸收一般都小于1dB，忽略不計；而非偏移吸收的計算非常復雜，我們應用經(jīng)驗公式進行計算。電離層吸收損耗Li為[2]

1.3 海面反射損耗

首先，我們定義海面的反射系數(shù)來表征平靜海面上的反射特性。然后，根據(jù)CCIR推薦的公式，選擇相對介電常數(shù)、電導率和波長三個指標定量求解反射系數(shù)的大小。最后，通過反射損耗RL公式確定無線電在平靜海況下的損耗。

平靜海面對無線電的反射主要是鏡面反射，根據(jù)平面波斜射到理想介質分界面上的反射定律（Snell定律），可得到無線電的Fresnel反射系數(shù)公式為

2 海上通信時間模型

無線電在空間傳播時，在微觀上是正弦波在兩個垂直平面經(jīng)過[4]，如果遇到天線導體，會使導體中產(chǎn)生感應電流，由此檢測到信號進行通信。在同一多跳路徑下，通信過程如圖4所示。

從圖中可以看出，在s范圍內(nèi)能接收到信號實現(xiàn)通信，超出s則不能使用相同的多跳路徑進行通信。s的計算方法為

s為有效通信范圍，E為無線電幅值，？琢為無線電發(fā)射角，u0為真空中的磁導率，n為真空中的折射率，P0為無線電發(fā)射的功率，Pnow為此時無線電的傳播功率，z為無線電跳躍次數(shù)。

由上可知，船只在s范圍內(nèi)能使用相同的多跳路徑進行通信，保持的通信時間為

s為有效通信范圍，v為船只行駛速度。

3 海上通信時間模型靈敏度分析

為了檢驗發(fā)射功率的影響，我們通過對其進行靈敏度分析，對模型進行分析，假設初始發(fā)射功率為100W分別設置上下限±1W，±2W，±3W，±4W，±5W。

從圖中我們可以看出，船只保持通信的時間與無線電波發(fā)射功率成正比。這是由于發(fā)射功率增加，無線電的空間分布越大，可以接受的范圍越廣。

參考文獻：

[1]曾艷軍.移動通信中電波傳播特性研究及傳播模型校正與應用[D].浙江工業(yè)大學，2003.

[2]李雪紅，李法忠，韓龍，等.短波天波通信場強估算方法與模型[J].通信技術，2016，49（04）：418-422.

[3]黃芳，杜文才，白勇.白頻譜下考慮船體晃動的電波傳播特性研究[J].電視技術，2015，39（13）：140-144.

[4]姜大鵬.全數(shù)字超高頻海洋表面動力學參數(shù)探測雷達系統(tǒng)研制[D].武漢大學，2013.