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《氣象水文海洋儀器》2018年第1期

摘要：本文通過分析電離層的結(jié)構(gòu)以確定信號(hào)傳輸?shù)淖畲箢l率和截止頻率，并獲得最佳頻率?？紤]到空氣吸收、電離層折射和海洋湍流，在不同的傳輸階段建立信號(hào)傳播損耗模型。首先通過引入菲涅耳公式和麥克斯韋方程，在第一次反射后得到信號(hào)損失，并用它們建立海洋反射模型。之后，測量最佳工作頻率以獲得關(guān)于粗糙海面反射的強(qiáng)度和信噪比。最后計(jì)算出湍流海面的第一反射強(qiáng)度為122.41dB，信噪比為2.09dB，低于平靜海面，最大跳數(shù)達(dá)到2。

關(guān)鍵詞：信號(hào)傳輸；信噪比；海洋反射

目前，基于無線電廣播技術(shù)的無線電廣播、無線電視、各種移動(dòng)通信和無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在無線通信領(lǐng)域被廣泛使用和不斷更新。高頻無線電波已被廣泛用于基于地理位置信息提供服務(wù)。微信等基于位置的消費(fèi)信息服務(wù)和社交軟件，其功能是基于手機(jī)、導(dǎo)航儀等終端設(shè)備發(fā)送和接收信號(hào)來獲取距離、角度等測量信息，并使用定位算法將這些測量信息轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息。因此，無線電波的基礎(chǔ)研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值具有重要的指導(dǎo)意義。

一、確定高頻無線電波傳輸頻率

高頻無線電波的頻率既不能高于最大可用頻率也不能低于最低可用頻率。當(dāng)它高于最大可用頻率時(shí)，它將穿透電離層并擴(kuò)散到外層空間。當(dāng)它低于最低可用頻率時(shí)，電離層會(huì)增加無線電波的能量，這是由無線電波的碰撞引起的。當(dāng)它達(dá)到低點(diǎn)時(shí)，很難確保通信所必需的信噪比。圖1分別顯示了早上和晚上的電離層電子分布和電離層分層，其電子密度顯示在層狀結(jié)構(gòu)的垂直方向上，并且在約300km高度處達(dá)到最大值。根據(jù)電子密度隨高度和電子分布的變化，電離層可分為D層、E層和F層。D層是電離層的底部，位于電離層底部約60km〜90公里。在夜晚，大氣中的電子大量消失，甚至在夜間D層也不存在。E層其電子密度的峰值通常在110公里至120公里之間，而在低緯度地區(qū)則會(huì)降低約10公里。日落后，E層電子密度峰值在夜間降至最低值。F層在E層以上數(shù)百甚至數(shù)千公里，是電離層的主要區(qū)域。

二、確定海上無線電波的第一反射強(qiáng)度

為了確定HF在海平面的第一反射，首先需要確定其在每個(gè)過程中的能量損失。初始功率為100W，在從基站發(fā)射后，它經(jīng)歷了多個(gè)反射和折射階段，每個(gè)階段都會(huì)造成一定的能量損失。

三、確定高頻無線電波的多跳路徑

當(dāng)一定頻率的無線電波在空中時(shí)常與其他獨(dú)立于信號(hào)的頻率成分混合在一起時(shí)就是我們所說的噪聲。根據(jù)噪聲與信號(hào)的關(guān)系，噪聲一般可分為加性噪聲和乘性噪聲。無線電波在存在最大數(shù)量的高斯噪聲的情況下，是加性噪聲。

四、結(jié)論

本文模型建立了合理的海洋信號(hào)反射數(shù)學(xué)模型，解決了海洋首次反射強(qiáng)度問題。該模型討論了地面和海洋兩種不同情況下無線電波的反射。同時(shí)，該模型還指出，在基站與海上船舶通信過程中，應(yīng)盡可能增加發(fā)射功率，以降低噪聲，以此適應(yīng)船舶在海上運(yùn)行波濤洶涌的海面，提高通信質(zhì)量。

作者：朱建豪1；趙鵬2；程偉昊3 單位：1、南京信息工程大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，2、南京信息工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，3、南京信息工程大學(xué)物理與光電工程學(xué)院