总第１９５期 ２０１０年第９期 舰船电子工程 Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３Ｏ Ｎｏ．９ ９６
通信对抗中短波传输信道的仿真建模
吴微露” （解放军电子工程学院电子系” 合肥 李林果。 ２３００３７）（７７５２６部队。 拉萨８５００００）
摘要针对短波中不同的传输模式，提出了短波无线通信信道的理论模型及算法，并采用Ｍａｔｌａｂ工具进行了计算机 仿真计算。分析了影响信道传输特性的几种参数，对其中的主要参数作了较为详细的讨论。研究的结果对于短波地波和天 波在通信对抗中的应用具有一定的参考价值。 关键词通信对抗；短波通信；仿真建模 中图分类号ＴＮ９７５
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＦ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｃｈａｎｎｅｌ ｏｎ Ｃｏｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＷ
Ｗｕ Ｗｅｉｌｕ Ｌｉ Ｌｉｎｇｕｏ ’ （Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＰＬＡ”，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７） （Ｎｏ．７７５２６ Ｔｒｏｏｐｓ ｏｆ ＰＬＡ２ ，Ｌａｓａ ８５００００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ＨＦ ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ，ｉｔ ｉｓ ｓｉｍ— ｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｈｉｃｈ ｊｎｆｌｕｅｎｃｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｈｅｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐ— ｐｌｉｅａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＦ ｓｋｙｗａｖｅ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄｗａｖｅ ｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＷ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＷ，ＨＦ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ ＴＮ９７５
１ 引言
频率从３ＭＨｚ ３０ＭＨｚ的无线电波，称为短
波。因短波通信距离远、机动性好、顽强性强和具 备多种通信能力等优点而被广泛应用于军事战略 和战术通信Ｉ】］。短波传播的基本方式有两种：地波
传播和天波传播。地波的衰减虽然随地面条件和
工作频率而不同，但和天波相比，对其衰减进行预 测要相对容易。而天波传播由于电离层的不稳定
性和衰落影响，其传输损耗是时问、季节、经纬度位 置、地形等诸多实时变化因素的函数，精确计算非
常困难。但每一种传播方式都有特定的传播距离 和频带。在特定的距离和频带内，满足适当的技术 条件，都可以得到较好的信息传输效果。 短波传输信道的传播损耗计算已有一些经验
公式，本文利用现有理论成果，分别讨论了短波不 同传播方式（地波、天波）的传输损耗及场强值的计
算方法，给出了完整而简洁的计算流程，建立了相
应的实用模型。并将这些模型运用于通信对抗的 仿真系统，得到了很好的效果。
２地波传输信道的计算模型
由于地波传播时信号比较稳定，基本上不受气象 条件的影响，其信道的损耗主要来自两个方面：一是在
自由空间传播因扩散而引起的自然衰减；二是地面对 电波的吸收。假设发射、接收天线均为自由空间各向
同性辐射体，发射天线的辐射功率为Ｐ（ ，距发射天 线有效距离为ｄ处的自由空间损耗为：
＊收稿日期：２０１０年５月２３日，修回日期：２０１０年６月２２日 作者简介：吴微露，女，硕士，讲师，研究方向：通信对抗装备。李林果，男，研究方向：电子对抗。
２０１０年第９期 舰船电子工程
Ｌ６ｒ（ｄＢ）一３２．４５＋２０１ｇｆ（ＭＨｚ）＋２０１ｇｄ（ｋｉｎ）（１） 由式（１）可以看出，自由空间的损耗是随着频
率．厂的提高而增大的，也随着距离ｄ的增大而增
大，尤其值得注意的是，自由空间的损耗随这两个
参量变化的幅度是相同的 考虑到地表面吸收所产生的衰减，则在近距离
的情况下，信道的损耗需要在增加一项地表引起的
能量损耗，即在自由空间损耗的基础上附加一个衰 减因子Ａ。衰减因子Ａ可用下述近似公式计算
Ａ一
其中，辅助参量ｚ称为数量距离，其计算公式为
丌 Ｔ ｅ ＋（６０２ａ）
式中，￡，和 分别为地表面的相对介电常数和电导 率，则在近距离的情况下，地表面波电场强度可按
舒一范公式计算，即
Ｅ一．１７３，，／，Ｐ （ｋ、Ｗ）Ｇ…Ａ．ｍＶ／ｍ） ，． Ｋｍ） 通常，利用舒一范公式计算实际地表面波的场
强仅限于地球曲率可以忽略的近距离范围内。由
于传播的电波的波长越长，地球曲率引起的凸起部
分高度比波长越小，地球曲率的影响则越小。
根据上述的计算公式，利用Ｍａｔｌａｂ计算不同 频率下地波在不同距离上的场强值。假定在天线
的辐射功率Ｐ—ｌｋＷ，发射天线为短单极天线，发
射天线和其地面镜像天线的方向系数Ｄ一３时，相
对介电常数￡ 为４，电导率 为１０＿。ｓ／ｍ。如图１、 图２所示。
图１地场强与传输距离（Ｏ～１００）的变化关系
＞ ： ∞一 山一 曛 一 一 Ｏ ５０ ００ ５０ ００ ５Ｏ ００ ｌ二二 ＭＨ ： 一１…广ＩＯＭＨｚ 、
一一 ： ２００ ４００ ６００ ８Ｏ０ １ ０００ 传输距离 ｋｍ）
图２地场强与传输距离（１ＯＯ～１０００）的变化关系 由以上三种不同频率下地波场强与传输距离
的变化关系图，可以看出，在比较近的距离内（Ｏ～
１００ｋｉｎ），和比较远的距离上（１ＯＯｋｍ￣１０００ｋｉｎ），电 波损耗的幅度是比较分明的。近距离内，场强变化
不大，但是远距离内，场强则变化比较明显。相同
距离上，电波在频率高时比频率低时损耗大。同样 可以看出，在１００ｋｍ以外，电波损耗随距离增加的
幅度比近距离大得多。这主要是由于频率高的电 磁波在地面引起的感应电流大，因而衰减也大，可
作为选择工作频率时是参考。
３天波传输信道的计算模型
天波传播是短波通信中最常用的电波传播方
式。电离层是随时空变化的有耗媒质，有很多因素
对传输损耗及接收点场强是有影响的。根据引起
传输损耗的各种物理原因，电波在整个传播过程中
所引起的基本传输损耗 可表示为： Ｌ６一Ｌ６ｒ＋Ｌ ＋Ｌ ＋Ｙｐ（ｄＢ） 其中， ｒ为自由空间传输损耗，Ｌ 为地面反射损
耗，Ｌ。为电离层吸收损耗，ｙ 为额外系统损耗。自
由空间传输损耗的算法与地波相应部分相类似，只 是有效距离的计算不同。有效传播距离大小是与
传输模式密切相关的，而天波的传输模式由工作频 率、电离层状态、传输距离等诸多因素决定，即使是
同一电路在同一时间内也会因工作频率不同而有
不同的传输模式。没有必要针对每种可能的传输
模式计算传输损耗，只需对典型情况采用以下步骤
进行估算。
电离层损耗Ｌ。与太阳黑子数、太阳天顶角、月 份、工作频率、磁旋频率有关。为方便计算，本文采
用如下经验公式来计算电离层的吸收损耗：
ＡＴ（Ｏ，Ｏ）ｃｏｓ （Ｏ．８８１￣）・（１４．ｏ．００６７Ｒ１２）・ｓｅｅ／ｌ０Ｏ （／＋＾）。 一 一
其中ｌ厂Ｈ为１００ｋｍ高度处磁旋谐振频率的平均值 （ＭＨｚ）。要精确计算需查阅地图建立较庞大的数
据库，复杂程度高，而我们经常关心的只是一定区
域，可用典型值的方法简化处理。例如，我国经纬 度大致范围为北纬２２。～北纬５５。，东经７５。～东经 １３５。，查图可得的厂Ｈ取值范围为１．２ＭＨｚ～１．５
ＭＨｚ。 ｚ为穿透吸收区的太阳天顶角平均值，对于
一跳模式，由下式计算出太阳直射处与电台所在位
置的地球中心夹角即是所求的太阳天顶角。 ｃｏｓｄ—ｓｉｎｘ１・ｓｉｎｘ２ ４－ＣＯＳＸ１・ＣＯＳＸ２ ｃｏｓ（ｙｌ ｍｙ２）
式中，
ｚ 为发射端的地理纬度；Ｙ 为发射端的地理 ９８ 吴微露等：通信对抗中短波传输信道的仿真建模 总第１９５期
经度；ｚｚ为接收端的地理纬度； 为接收端的地理
经度；ａ为收发两端点问的地球中心夹角（。）；Ｒ 。为 ｌ２个月太阳黑子的流动平均值。
反射损耗 在多跳模式传播的情况下，电波 经地面反向后使信号衰减。这种地面反射损耗与
电波的极化、频率、射线仰角及地质情况都有关系。
一般采用的计算方法为一次地面反射损耗：
ｒ一１ ｎ１ ｒ Ｉ ±Ｉ ～ … Ｌ ２ 式中凰和ＲＨ分贝为垂直极化和水平极化的反射
系数。对于１Ｆ传输模式，地面反射损耗Ｌ 一０。
额外系统损耗（Ｙｐ）包括偏移吸收、￡ 层附加
损耗、极化耦合损耗、电离层聚焦与散焦等等。它
与工作时间有很大关系。其大小一般在１６～
一６５ ｛６０ 童５５ 噩 。 ４５ ４ｏ Ｉ ／ ／，
＿／ 一 ７ 一 一６０
；５９ ∞ ５８
ａ －．－５７
亟５６ ２０ｄＢ。按照电波反射点的本地时间（用丁表示小
时数），估计 值如下：
２２＜Ｔ ０４ 一１８ｄｂ ０４％Ｔ￣１０ 一１６．６ｄｂ １０％ １６ 一１５．４ｄｂ １６％Ｔ￣２２ 一１６．６ｄｂ 对于天波传播模式，信号场强的中值由下式计
算：
Ｅ（ｄｂｕｖ／ｍ）一１０７．２４－２０１ｇ厂（ＭＨｚ）
＋Ｐｒ（ｄｂｗ）４－Ｇｒ（ｄｂ）一Ｌ鸭（ｄｂ）
根据上述的计算公式，利用Ｍａｔｌａｂ计算在不同 功率下、不同增益下和不同距离下天波的接收点的
场强变化关系。在给定一定参数的情况下，绘制了
三种不同形式下，天波接收点的场强的变化曲线。
图３接收点场强与发射功率的关系 图４接收点场强与天线增益的关系 图５接收点场强与传输距离的关系
４ 结语
通过以上对地面地波传播和天波传播的计算
和Ｍａｔｌａｂ仿真分析，我们可以得出这样的结论：
１）地波相对于天波来说，场强值比较稳定，衰
落较天波小。这是由于地波的传播表面不涉及电
离层，仅与地面性质有关。 ２）在近距离范围内，地波场强明显大于天波
场强。 ３）对于远距离传播，主要以天波传播为主。 参考文献 ［１］薛松．短波通信技术发展与分析［Ｊ］．通信与广播电视， ２００４（４）：１～７ Ｅ２２宋铮，等．天线与电波传播西安［Ｍ］．西安：西安电子科 技大学出版社，２００３：７～９ ［３］王铭三，等．通信对抗原理［Ｍ］．合肥：解放军出版社，
１９９９：１５７～１５９ ［４］邵国培，等．电子对抗作战效能分析［Ｍ］．合肥：解放军 出版社，１９９８：２２３４２４７ ［５］冯小平，等．通信对抗原理［Ｍ］．西安：西安电子科技大 学出版社，２００９：１５Ｏ～１５９
乖 ’ 币 ！ ’ ’ ！ 币 ！ 币 ！ 币 爷出币 爷 乖 珠 绵 乖 筇 孙
（上接第８５页）
提高了对水下目标的搜索速度和精度。具有重要 的研究价值和广泛的应用前景。
参考文献
［１］张欣．航空搜潜浮标定位方法研究［Ｄ］．中国海洋大学， ２００３ ［２］程剑．ＧＰＳ声呐浮标延时精确测量技术研究［Ｄ］．哈尔 滨：哈尔滨工程大学，２００５ Ｅ３］李跃，邱致和．导航与定位［Ｍ］．北京：国防工业出版社， ２００８ ［４］倪金生，等．导航定位技术理论与实践［Ｍ］．北京：电子 工业出版社，２００７ ［５］蔡艳辉，章传银，王泽民，等．差分ＧＰＳ水下立体定位系 统浮标姿态的测量ＦＪ］．测绘科学，２００５（６） ［６］马伟．ＧＰＳ定位浮标低功耗电路设计［Ｊ］．声学与电子 工程，２００５（２）