基于短波的天波传播衰减预测模型研究

　　天波是指经电离层反射而传播的波，亦称电离层波。电离层是太阳辐射构成的，一年四季乃至每时每刻太阳照射的强弱都在变化，因此各地电离层的情况各有所异。电离层的电离条件不断变化，使通过天波传播的短波信道并不稳定，它实质上是一种时变的色散信道。短波信道的路径衰耗、时延散布、大气噪声和干扰等均随时间、地点、季节、昼夜以及频率的不同而不断地变化。因此，在短波通信中，为了保障通信可靠性，有必要对每一个具体的通信电路进行天波频率及传播衰减的预测。本文就是在ITU-R P.533-7推荐建议的基础上建立了短波天波传播衰减的计算模型，并将计算结果与参考文献比对后进行了软件仿真实现。

　　1 天波传播路径的判别

　　短波天波主要靠电离层的反射进行远距离的传播，电离层是分层的，其范围大约从地球表面上空50 km处一直延伸到2 000 km左右，按照电子浓度的分布情况，电离层通常分3层，由下向上分别称为D层、E层和F层。白天，F层还可细分为F1层和F2层，F2层位于地面上空220 km以上，对短波通信起主要作用。短波天波传播路径主要依靠E层及F2层的反射来确定。

　　在短波通信的收发点位置确定以后，依靠E层及F2层反射的最少跳数由式(1)确定。

　　2 传播路径上各反射点的频率预测

　　欲建立可靠的短波通信，不能在短波频段内任意选择一个频率。在给定距离和方向的路径上，在一定时间内短波通信只能用一个有限的频带，对于长时间的短波通信电路，通常需要几种频率以便在不同的时间内供选用。当考虑了最主要的影响天波传播的传播条件后，可以对短波通信的工作频率加以预测。由于天波传播条件随太阳黑子数目的多少而变化，因此可以把太阳黑子数作为短波传播的重要变化因素，以确定太阳黑子最大值及最小值条件下经E层和F2层传播的“极限频率曲线”。极限频率曲线表示了经E层和F2层反射的频率在一天中24小时的变化曲线，用这些曲线可以确定正常传播条件下的最高可用工作频带(即MUF)。工作频率的选择一般应不高于MUF，当依靠F2层反射时，最佳工作频率选择为0.85MUF，当依靠E层反射时，最佳工作频率选择为MUF，这是由于E层比较稳定。

　　2.1 E层最大可用频率预测

　　E层最大可用频率按参考文献[1]提供的计算方法进行预测，其计算公式如下：

　　2.2 F2层最大可用频率预测

　　预测F2层的最大可用频率需要进行两个重要参数的预测， 即F2层的临界频率f0F2及F2层3 000 km传输因子M(3 000)F2的预测， 此两个参数的计算模型( 对于我国一般采用亚大方法模型) 的经验系数由电离层探测的数据进行统计得到。