基于多跳HF的海上船舶通信時長研究

趙佳慧 羅志強 柳景博

摘 ? 要：本文研究使用多跳高頻無線電波進行通信的海上船舶可以保持通信的時間。首先，分析信號從陸地點源發(fā)射到海上船舶接收器這個過程中包含的信號衰減。從接收天線增益的角度，結(jié)合天線仰角和方位角的變化，著重分析了由于船舶的晃動引起的信號不完全接收，并將其折算到信號在海面上的漫反射損耗。最后，將模型應(yīng)用于實際背景，計算了船舶在海上的通信時長。

關(guān)鍵詞：海上通信 ?天線增益 ?通信時長 ?HF

中圖分類號：TN929.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0141-02

Abstract：In this paper， the time of communication for a marine vessel in which a multi-hop high-frequency radio wave is used for communication can be studied. First， the signal attenuation included in the process of transmitting the signal number from a land point source to a marine vessel receiver is analyzed. From the angle of receiving antenna gain， combined with the change of antenna elevation and azimuth angle， the incomplete reception of signal caused by ship's sloshing is analyzed and converted to the diffuse reflection loss of signal on the sea surface. Finally， the model is applied to the actual background， and the communication time of the ship at sea is calculated.

Key Words：Maritime communication; Antenna gain; Communication time; HF

HF（高頻）無線電信號可用于海洋船舶通信，接收天氣和交通報告。當(dāng)發(fā)射信號頻率小于最大可用頻率（MUF），無線電波可以通過電離層和地球表面的多次反射進行長距離傳播，最后被船舶上的接收器接收。由于船舶的行駛和復(fù)雜多變的海上氣候，船載接收器不斷移動且搖擺不定，因此船舶接收器并非可以完全接收海面反射的無線電信號。本文從接收天線增益的角度，結(jié)合天線仰角和方位角的變化，來研究船舶在湍流海洋中接收到的信號的衰減，并進一步計算船舶在海上的最長通信時間。

1 ?模型的建立

2 ?模型應(yīng)用

在一個實際應(yīng)用背景下，一個在湍流海洋上行駛的船使用頻率低于MUF、功率為100W的HF恒定載波信號（來自陸地點源）進行通信，那么信號在強度低于最大可用的信噪比（10dB）之前發(fā)生的最大跳數(shù)可根據(jù)上述建模過程來求解，整體模型如下

在MATLAB軟件中求解上述模型，可得最大跳數(shù)n=4，對應(yīng)的信號入射到海平面上的入射角θi≥30°。當(dāng)入射角大于等于時30°，可以獲得最大的跳數(shù)，這意味著從30°到90°，所有入射角的信號可以覆蓋一個大的區(qū)域，而這個區(qū)域?qū)⒃试S船舶保持通信，如圖2所示。

考慮地球的半徑，可以算出當(dāng)入射角為30°，信號發(fā)射點源經(jīng)過一跳到達(dá)入?？诘淖畲缶嚯x是206.388km。由于最大跳數(shù)為4，那么船舶在海上可以保持通信的最長距離為信號經(jīng)過3跳可以到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，即206.388×3=619.164km。

通過查閱文獻，船舶在洶涌海面上航行的速度大約為27km/h。如果船在海上直線航行，那么可以保持通信的最長時間約為23h。

參考文獻

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[2] HUBERT W， LE ROUX Y M， NEY M. Impact of ship motions on maritime radio links[J].International Journal of Antennas and Propagation，2012（4）：1-6.