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1 引言
短波通信是指利用波長為100~10 m的電磁波進行無線電通信。短波通信多年來被廣泛用于政府、軍事、氣象、商業(yè)等領(lǐng)域，用以傳送語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等信息。尤其在軍事領(lǐng)域，短波通信始終是軍事指揮的重要手段之一。如今計算機技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的提出，及仿真技術(shù)的應(yīng)用，使軍事指揮自動化進入一個新的階段。短波戰(zhàn)術(shù)平臺是指揮自動化系統(tǒng)(C3I)的一個子系統(tǒng)，該平臺充分利用計算機技術(shù)和電子地圖數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)遂行通信，保障謀劃、仿生拉試預(yù)決策、通信作戰(zhàn)文書的生成。這里僅對通信仿真建模進行討論。
2 短波信道的傳播損耗模型
短波天波通信是以電離層為媒介傳播的，電離層的密度隨晝夜、季節(jié)、太陽活動周期和經(jīng)緯度變化而變化，因此傳播損耗與時間、季節(jié)、經(jīng)緯度位置、地形等諸多實時變化因素有關(guān)�？紤]到目前所能計算的損耗，電離層傳播損耗可表示為
式中，LP0是自由空間傳播損耗，La是電離層吸收損耗，Ln是多跳地面反射損耗，Yp是額外系統(tǒng)損耗。
2．1 自由空間傳播損耗
在短波信號傳播過程中，由于電波逐漸遠離發(fā)射點，能量擴散的面積越來越大，從而使得接收點的場強越來越小。在計算該項損耗時，認為地球和電離層均是平面狀態(tài)，反射是鏡面反射，如圖1所示，其中r表示天波傳播中的射線距離：D是發(fā)射點A與接收點B 之間的大圓距離(地球表面距離)，收發(fā)兩端點間的地球中心夾角用a表示。
自由空間傳播損耗的計算公式：
式中，R是地球半徑，h是電離層高度，△是射線仰角。
(1)求大圓距離D
由電子地圖可知發(fā)射端A和接收端B的地理經(jīng)緯度，則大圓距離為：
式中，x1為發(fā)射端的地理緯度；y1為發(fā)射端的地理經(jīng)度；x2為接收端的地理緯度；y2為接收端的地理經(jīng)度。北緯緯度取正值，南緯緯度取負值，(y1-y2)為收發(fā)兩點間的經(jīng)度間隔。
(2)求射線仰角△
由圖1可得：
式中，h是電離層高度，其值可由經(jīng)驗值獲得。
2．2 電離層吸收損耗
電離層吸收損耗La分為偏移吸收和非偏移吸收，前者指反射區(qū)的吸收，后者指電離層D、E區(qū)域的吸收。一般偏移吸收損耗極小(≤1 dB)，可以忽略。工程中常用以下半經(jīng)驗公式:
式中(以h=100 km為例，下同)，θ0是100 km高度處的電波入射角,fH是100 km高度處的平均值，單位為MHz，n是跳數(shù)，Ii是吸收系數(shù)。Ii的計算公式為：
式中，R12為12個月太陽黑子的流動平均值，xi為穿透吸收區(qū)的太陽天頂角平均值。
仿真中采用數(shù)學(xué)計算和選取典型值的方法模擬。
(1)求電波入射角θ0將h=100 km代人式(6)。
(2)求磁旋頻率fH我國經(jīng)緯度大致范圍為北緯：22°~55°，東經(jīng)75°~135°，查100 km處磁旋頻率的世界地圖可得FH的取值范圍為1．2～1．5 MHz。為計算簡便，定義如下：若反射點的緯度位于北緯22°～35°，fH=1．3 MHz；北緯35°～45°，fH=1．4 MHz；北緯45°～55°，fH=1．5 MHz。
(3)求12個月太陽黑子的流動平均值R12 該值無法計算，可查表求得。
(4)求太陽天頂角xi某地某時刻的太陽天頂角是指太陽射線(光線)直射到地球經(jīng)緯度上，再繼續(xù)延伸到地心，此延伸線(即太陽直射線)與電臺所在地理經(jīng)緯度到地心的直線之間的夾角。某地的太陽天頂角的大小和該地的地理位置、季節(jié)、時間有關(guān)。
