基于REC533的MUF預測性能分析?

王 瀝

（中國西南電子技術研究所 成都 610036）

1 引言

短波通信依靠天波傳播時，可實現(xiàn)遠距離通信，天波依靠電離層反射，由于電離層不會被摧毀，機載平臺普遍配備短波電臺作為遠距應急通信手段。短波經(jīng)電離層傳播時在通信收發(fā)端之間存在一個最高可用頻率（MUF），如果高于此頻率，電波將穿過電離層，不再反射［1～2］。由于電離層隨日夜、季節(jié)、太陽活動周期、地理位置等因素不斷變化，使得短波天波信道不穩(wěn)定［3～5］，故實際短波通信中，正確的選頻是決定通信鏈路建立及通信質(zhì)量的關鍵。隨著技術的發(fā)展，短波頻率預測已有諸多研究［6～8］，其中典型的是ITU-R P.533建議書，該建議書給出了短波傳播預測方法，美國電信科學協(xié)會基于此開發(fā)了短波傳播鏈路仿真模型ITS HF Propa?gation［9］，本文將利用其中的REC533對MUF進行預測，并將預測結果與機載短波通信人工選頻值進行對比，分析REC533頻率預測在實際工程應用中的實用性。

2 MUF預測方法

結合飛行實際，本文僅討論大圓距離D為2000km內(nèi)的MUF預測方法。根據(jù)ITU-R P.533-14建議書［10］，n跳E?；綧UF由下式給出：

式中， i110是一跳長度d=D/n的110km的半跳鏡面反射高度的入射角，f0E為E層臨界頻率，僅需估算控制點為路徑中間點的 f0E，f0E按照ITU-R P.1239-3建議書的規(guī)定確定。

F2層基本MUF的計算公式為

3 基于REC533 的MUF頻率預測

REC533根據(jù)ITU-R P.533建議書開發(fā)，通過設置收發(fā)雙方的地理位置、太陽黑子數(shù)SSN、天線模型等參數(shù)［9］，可對MUF進行預測。本文預測用例依據(jù)現(xiàn)有飛行試驗所規(guī)劃航線分別選用西安-青島、西平-南京、宜陽-南京、成都-滄州、廣州-滄州5條鏈路，時間為2020年9月～11月，通信距離涵蓋500km～1700km，各條通信鏈路收發(fā)雙方對應的經(jīng)緯度及大圓距離見表1。

短波通信人工選頻一般在飛行試驗計劃前幾日開展，按照通信距離及航線要求選定地面臺位置，選頻時在收發(fā)點分別搭建短波電臺進行通話測試、記錄話音質(zhì)量，通信雙方可建立通信鏈接的最高頻點即為該時間段內(nèi)人工選頻最高可用頻點。人工選頻時通常根據(jù)以往選頻經(jīng)驗，按通信時間段確定初始頻率，并按一定頻率間隔進行話音通信，具體操作時可根據(jù)實際通信效果切換頻率步進。針對表1中的5條通信鏈路，西安-青島鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～12點，下午15點～16點，西平-南京鏈路人工選頻時間為北京時間上午11點左右，下午15點～16點，宜陽-南京鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～11點，中午13點左右，下午15點～16點，成都-滄州鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～11點，廣州-滄州鏈路人工選頻時間為北京時間上午11點～12點。

表1 通信鏈路

結合人工選頻所用收發(fā)天線、發(fā)信機功率及信噪比要求等參數(shù)，利用REC533對表1中5條通信鏈路進行預測，MUF預測及人工選頻結果詳見圖1，從圖中可見，MUF預測結果與人工選頻在頻率變化的趨勢上基本保持一致。

圖1 MUF預測及人工選頻結果

4 MUF頻率預測偏差分析

為評估基于REC533的MUF預測與實際人工選頻值之間的差異性，本文用兩者間的相對偏差RD及絕對偏差AD來表示［12］，計算公式如下：

式中，PMUF代表MUF預測值，F(xiàn)man代表人工選頻值。

MUF預測與實際人工選頻結果的相對偏差及絕對偏差見圖2和圖3。從圖中可見，5條通信鏈路的MUF預測值及人工選頻值大部分相對偏差在15%以內(nèi)，絕對偏差在2MHz內(nèi)，其中宜陽-南京上午的MUF預測值與人工選頻偏差最大，相對偏差為25%左右，絕對偏差為2.5MHz左右?？紤]電離層的變化和保證通信的穩(wěn)定性，在選定鏈路工作頻率時，一般不高于MUF，而是取MUF的80%～90%作為最佳通信頻率［13］，由此將進一步降低預測頻率與人工選頻的結果偏差，可用于指導工程應用中的頻率選擇。

圖2 相對偏差

圖3 絕對偏差

5 結語

在實際工程應用中，當機載平臺進行短波遠距離通信時，利用REC533提前預測MUF，得到該通信鏈路的最高通信頻率，依據(jù)預測值可提高人工選頻效率。結合機載平臺的實際情況，如機載短波頻段的底噪特性、天線特性等，還可對通信效果進行提前評估。本文利用REC533對MUF進行預測，并與人工選頻結果進行了對比分析，仿真結果表明，預測結果與人工選頻在頻率變化趨勢上保持一致，相對偏差總體上在20%以內(nèi)，個別點偏差較大，在實際機載平臺應用中，具有一定的工程應用價值。