《多跳无线电海面衰减传播》
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[摘 要]在高频段（HF,定义为 3-10MHz）,无线电波可以通过电离层和离地的多次反射,从地球表面的一个点到地球表面的另一个远点传播很远的距离.海洋环境对无线电波传播影响的复杂性和特殊性是海上无线通信系统需要考虑的一个重要因素.建立了考虑海面波的湍流反射波衰减模型,模拟了海面产生的镜面反射和漫散射引起的多径分量.将镜像反射和漫反射模型相结合来模拟理论海道.在不同的通信条件下,计算了考虑海洋漫反射的海道通用模型的脉冲响应曲线.结果表明,接收距离越远,海平面系列越高,海面波的漫反射现象越明显.
[关键词]镜面反射；漫反射；无线电波；模拟分析
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0067-01
1引言
在高频下,无线电波可以通过电离层和离地的多次反射传播很远的距离.对于低于最大可用频率（MUF）的频率,来自地源的HF无线电波从电离层反射回地球,在那里它们可以再次反射到电离层,与每个相继的跳进一步传播.经验发现,在平静的海面上反射比在平静的海面上反射更多.海洋湍流将影响海水的电磁梯度,改变海洋的局部介电常数和渗透率,并改变反射面的高度和角度.汹涌的海洋是波高、形状和频率迅速变化的一种,波传播的方向也可能发生变化.
2模型的建立与求解
2.1湍流反射波衰减模型的建立
首先,我们研究了波动模型.以随机波浪为例,波浪是一个动态过程.我们首先建立模型作为静态,然后添加模拟的动态过程的波.基于动态模型和几何建模的建模方法,所提出的几何体利用几何曲线或曲面来描述波浪的表面,根据可用的数据设置波浪的性质,并通过MATLAB计算产生各种类型的海浪数据.
2.1.1模型分析.在研究海洋表面的无线电信号传播的数学特性时,海洋湍流影响海水的电磁梯度,改变海洋的局部介电常数和渗透率,并改变反射表面的高度和角度.由于电离层对高频短波信号的反射影响很小,因此该模型首先被简化为仅与海平面反射有关的反射.高频短波信号的传播路径由三部分组成,包括直接路径、镜面路径和扩散路径（未考虑）.
2.1.2湍流和根均方波高度引起的海洋表面粗糙度.
海面的粗糙度用来指示海洋波动的程度.[1]
（1-1）
在公式中, 是均方根波的高度, 是载波的波长,并且 是无线电入射角.道格拉斯海平面除以均方根波,是风的大小的表示.均方根波高是波高的均方根值,它可以影响短波的传播.
2.1.3镜面反射系数.
我们的镜面反射率的推导来自文献,并表达如下：
[2] （1-2）
在公式中提出了光速 .利用零阶贝塞尔函数对镜面反射系数 进行修正,并与实测数据进行比较.修正公式如下：
（1-3） （1-4）
短波传播需要考虑地球曲率对镜面反射系数的影响.对于地球曲率因子,公式如下：
（1-5）
在該方程中, 是地球半径（6400公里）. 表示为从RF发射器到镜面反射点的距离,以及从镜面反射点到射频接收器的距离.
地球曲率的镜面反射系数和漫反射系数分别表示为：
（1-6）
2.1.4菲涅耳反射率和海水介电常数
菲涅耳反射系数与海水介质常数 和电波入射角 有关.可以得到垂直偏振菲涅耳系数 和水平偏振菲涅耳系数 ,其公式为：
[3]（1-7） （1-8）
由介电常数载流子波长 和海洋传导 组成的海水介质常数 ,表示为：
（1-9）
2.1.2 模型求解
反射镜能量分量和直接路径信号的能量分量的损失值表示如下.
（1-10）
在公式中, 是由于地表植被损失系数.由于这一部分的实验背景是海面,因此植被因素的影响不容忽视.也就是说 ,从镜面点到天线的功率,以及沿直线路径到天线增益的比率.
假设信号能够从没有障碍物的距离接收信号,则信号沿直线传播,并且接收信号产生的是：
（1-11）
是由传播距离l产生的相移, 是发射天线和接收天线增益的乘积.可以得到公式（11）.
（1-12）
如果发射信号为窄带 , 是信号带宽, 是直达波反射波的延迟,在海上两路径衰落信号模型下的信号的接收功率是：
（1-13）
在公式中, 是一个直接路径, 是反射天线和接收天线的总增益,并且 是相位差,计算如下：
（1-14） （1-15）
（1-16） （1-17）
（1-18）
本文通过对海平面的传输距离、载频和三种通信条件的分析,分析了短波信号模型的变化规律.
（1-19）
（1-20）
假设介质常数 为3,海平面电导率 为0.001, k为2,海平面斜率 为0.05.一个湍流海洋的第一反射力 ,一个平静的海洋反射的第一个功率 ,最大的跳数信号可以在它达到一个可用的信噪比（SNR）阈值以下10 dB是四倍.
3模型的检验
通过对模型中公式的仿真,与模型1的结论相比,大部分数据与源数据基本一致,表明上述模型取得了比较满意的结果.如图4所示：
从图4中可以看出,仿真结果符合所建立的模型,在一定条件下,模型是正确的.
4总结
本文考虑湍流波动海面反射波衰减模型,仿真分析多路径组件从海上的镜面反射和漫射综合造成的镜面反射模型和漫反射模型来模拟海洋信道理论,分析延迟功率谱的变化在不同的初始条件.最后,计算了在不同通信条件下考虑海面漫射多径的海洋信道通用模型的脉冲响应曲线.得出接收距离越远,海平面风级数越高,越明显的结论是漫反射是由海面波引起的.未考虑水汽对海面的影响,以及季节和日变化对波浪传播的影响对实波传播有一定的影响.
参考文献
[1]黄芳. 海上无线电波传播特性与信道建模研究[D].海南大学,2015
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