自然环境对短波通信的影响
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④随地理位置变化 。电离层的特性随地理位置 不同也是有变化的 。不同地点的上空太阳的辐射不 同 ,赤道附近太阳照射强 ,南北极弱 ,赤道附近电子密 度大 ,南北极最小 。
2) 电离层不规则变化 ①突发 E层 。它是发生在 E区高度上一种常见 的较为稳定的不均匀结构 。该层的出现是偶然的 ,但 形成后一段时间内很稳定 。我国上空突发 E层强而 且多 ,特别是夏季频繁 。有时入射波受到突发 E 层 的全反射而到达不了上面的区域 ,形成“遮蔽 ”现象 。 ②电离层暴 。太阳黑子数增多时 ,太阳辐射的 电磁波和带电微粒都极大地增强 ,正常的电离层遭到 破坏 ,这种电离层的异常变化称为电离层暴 。电离层 暴持续时间可从几小时到几天之久 ,造成严重的通信 中断 。另外 ,当太阳出现耀斑时也会产生磁暴 。 ③电离层突然骚扰 。当太阳发生耀斑时辐射大 量 X射线 ,当穿透高层大气到达 D 区所在高度时 ,会 使该区电离突然增强 ,这种现象称为电离层突然骚 扰 。由于 D 区电离密度大大增强 ,使 D 区上面反射 的短波信号遭到强烈吸收 ,甚至使通信中断 ,这种现 象称为“短波消逝 ”。
( 14 )
fy ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie co sΦ co sα。
(15)
其中
,地球自转角速度取公认值为
ω ie
= 71292
115
×
10 - 5 rad / s;地球坐标系与陀螺坐标系之间的夹角 α
取值范围为 0°～90°,视实际情况而定 。
第203008卷年第105月期
舰 船 科 学 技 术 SH IP SC IENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 30, No. 5 Oct. , 2008
自然环境对短波通信的影响
王 睿 , 张海勇 , 杨 曦 , 阮 智
(海军大连舰艇学院 信息与通信工程系 ,辽宁 大连 116018)
多径传播现象还能使信号失真或使信道的传输 带宽受到限制 。多径延时是指多径中最大的传输延 时与最小的传输延时之差 ,其大小与工作频率 、时间 、
通信距离等有关 。当频率接近最高可用频率时 ,多径 时延最小 ,特别在中午 , D、E层吸收较大 ,多条难以 实现 ,容易得到真正的单跳传播 。当频率降低时 ,传 播模式的种类就会增加 ,因而多径时延增大 。当频率 进一步降低时 ,由于电离层吸收增强 ,某些模式遭到 较大的吸收而较弱 ,多径时延有可能减小 。另外 ,由 于电离层电子密度的变化 ,造成多径时延随着时间而 变化 。在日出日落时刻 ,电离层电子密度剧烈变化 , 多径时延最严重 、最复杂 ,而中午和子夜时多径时延 一般较小且较稳定 。多径时延不仅随日时变化 ,而且 在零点几秒 ～几秒时间内都会变化 。多波通信中 ,多 径时延会引起码元畸变 ,增大误码率等不利影响 。
Abstract: The variety of the natural environment w ill influence the quality of HF communication di2 rectly. This paper states the specialty of HF communication, and analyses main characteristic and discip li2 narian of the ionosphere change. The affection of the ionosphere change and many path on HF communica2 tion is introduced. A t last, corresponding measures and techniques to imp rove the HF comm unication relia2 bility and validity are put forward. It is important for us to learn the environment of HF communication and to app ly HF communication efficiently.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 5期
施闻明 ,等 :陀螺罗经的航向效应标定与补偿
·91·
a2 = 6179 ×10- 6 ,
2 多径传播对短波通信的影响
由于短波天线波束较宽 ,射线发散性较大 ,同时 电离层是分层的 ,所以在一条通信电路中存在着多种 传播路径 ,即存在多径传播 。多径传播主要带来 2个 问题 :一是衰落 ,二是延时 。
短波在电离层内传播时 ,由于电离层电特性的随 机变化 ,一起传播路径和能量吸收的随机变化 ,使得 接受点评呈现不规则变化 。接收端信号振幅总是呈 现忽大忽小的随机变化 ,这种现象称为“衰落 ”。连 续出现持续时间仅几分之一秒的信号起伏成为快衰 落 。持续时间比较长的衰落成为慢衰落 。慢衰落主 要是吸收型衰落 ,快衰落是一种干涉型衰落 。此外 , 短波信道还会发生极化衰落 。以上各种衰落对短波 通信的可靠性 、稳定性影响很大 ,有时导致通信中断 。
由于不同季节太阳的照射不同 ,一般夏季的电子 密度大于冬季 ,但是 F2 层例外 , F2 层冬天的电子密 度反而比夏天大 ,其原因至今还不清楚 ,可能是由于 F2 层的大气在夏季变热向高空膨胀 ,结果反而是电 子密度减少 。
收稿日期 : 2007 - 11 - 12 基金项目 : 海军大连舰艇学院科研发展基金资助项目 (2007 - 36) 作者简介 : 王睿 (1982 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要从事水面舰艇作战指挥与指挥自动化研究 。
a3 = 8188 ×10- 5 。
因此 ,航向效应为 :
fz ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie sinΦ,
( 13 )
fx ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie co sΦ sinα,
Key words: environment; HF communication; ionosphere
0 引 言
短波自实现远距离通信以来 ,短波通信由于建设 和维护费用低 、设备简单 、使用灵活 、抗毁性强等特 点 ,迅速发展成为世界各国中 、远程通信的主要手段 。 短波通信主要是利用天波传播 ,因而受自然环境影响 较大 ,由于电离层经常变化 ,短波波段内信号很不稳 定 ,有严重的衰落现象 ,有时还因电离层暴等异常情 况造成信号中断 。因此 ,了解自然环境特别是电离层 对短波通信的影响并采取相应的措施是十分重要的 。
图 3 航向效应曲线 Fig13 Curve of heading effect
参考文献 :
[ 1 ] 胡平华. 动力调谐陀螺稳定平台航向漂移研究 [ D ]. 北 京 :中国航天机电集团第三研究院 33所 , 2000.
[ 2 ] 郝岱 ,等. 调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研 究 [ J ]. 中国惯性技术学报 , 2001, (1) : 50 - 55.
表 2 航向数据标定补偿前后误差
Tab. 2 Error of heading data before and after
calibrating and compensating
状态
标补前
标补后
航向最大误差 / ( ′)
01612 ～21145
01019 3～01182
5 结 语
由标定补偿前后得导航数据可以看出 ,陀螺罗经 的航向效应标定与补偿对提高航向数据精度十分有 效 ,标定补偿后的误差几乎下降了一个数量级 。随着 陀螺制造工艺的日益提高及标定补偿技术的不断发 展成熟 ,航向效应的标定与补偿技术必将成为提高航 向数据稳定性和可靠性的重要手段 。
fOW F = 85% fMUF 。 由于电离层高 ,电子密度受昼夜 、季节和地域变 化的影响 ,在频率选择上 ,日频高于夜频 ;夏季的频率 高于冬季的频率 ;低纬度的频率高于高纬度的频率 。 2) 应用短波通信新技术 ①短波自适应技术 。主要是针对短波信道的缺 陷而发展起来的频率自适应技术 ,在通信过程中 ,不 断测试短波信道的传输质量 ,实时选择最佳工作频 率 ,使短波通信链路始终在传输条件较好的信道上 。 该技术能改善衰落现象 ,克服“静区 ”效应 ,削弱因昼 夜 、季节 、地理位置变化及太阳黑子变化对短波通信 的影响 ,提高短波通信抗干扰能力 。 ②扩频通信技术 。扩频通信大大扩展了信号的 频谱 ,发端用扩频码序列进行扩频调制 ,在收端用相 关解调技术进行解扩 。该技术利用扩频码序列之间 的相关特性 ,在接收端采用相关技术从多径信号中提 取和分离出最强的有用信号 ,或把多个路径来的同一 码序列的波形相加合成 。短波扩频通信技术对于改 善短波信道性能 ,提高通信特别是数据通信的可靠性 和有效性也具有良好的作用 , (下转第 91页 )
3 增强短波通信稳定性 、可靠性的措施
1) 选择适当的工作频率 短波通信工作频率应低于最高频率 ,以保证信号 能被反射到接收点 ,而高于最低可用频率 ,以保证有 足够的信号强度 ,即
fLUF < f < fMUF 。 在保证可以反射回来的条件下 ,尽量把频率选得 高些 ,这样可以减少电离层对电波能量的吸收 。通 常 ,选择工作频率为最高可用频率的 85% ,这个频率 是最佳工作频率 ,即
The affection of the na tura l env ironm en t on HF comm un ica tion WANG Rui, ZHANG Hai2yong, YANG Xi, RUAN M ing2zhi
(Department of Information and Communication Engineering,Dalian Navy Academy,Dalian 116018, China)
1 电离层变化对短波通信的影响
1) 电离层规则变化 ①日夜变化 。电离层中的大气电离能量主要来
源于太阳辐射 ,太阳天顶角变化直接影响电离层的变 化 。电离层的变化主要是指电离层的密度和层高有 较明显日变化 、季节变化 、地理纬度和太阳 11年周期 的变化 。
②季节变化 。由于日夜太阳的照射Βιβλιοθήκη Baidu同 ,故白 天电子密度比夜间大 ;中午的电子密度又比早晚大 ; D 层在日落之后很快消失 ,而 E 层和 F层的电子密 度减小 。到了日出之后 ,各层电子密度开始增长 ,到 正午时达到最大值 ,以后又开始减少 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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舰 船 科 学 技 术
第 30卷
③ 11年周期变化 。太阳活动性一般用太阳一 年的平均黑子数来代表 ,太阳黑子的变化周期大约是 11年 ,因此电离层的电子密度也与这 11年变化周期 有关 。
摘 要 : 自然环境的变化直接影响短波通信的质量 。首先简述了短波通信的特点 ,分析电离层变化的主要特
点和规律 ,介绍了电离层变化和多径传播对短波通信的影响 ,进而提出增强短波通信可靠性 、有效性的相应措施和技 术 ,对了解短波通信的环境和有效应用短波通信具有重要意义 。
关键词 : 自然环境 ; 短波通信 ; 电离层 中图分类号 : U675. 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 7649 (2008) 05 - 0087 - 02 DO I: 1013404 / j1 issn11672 - 7649120081051019
2) 电离层不规则变化 ①突发 E层 。它是发生在 E区高度上一种常见 的较为稳定的不均匀结构 。该层的出现是偶然的 ,但 形成后一段时间内很稳定 。我国上空突发 E层强而 且多 ,特别是夏季频繁 。有时入射波受到突发 E 层 的全反射而到达不了上面的区域 ,形成“遮蔽 ”现象 。 ②电离层暴 。太阳黑子数增多时 ,太阳辐射的 电磁波和带电微粒都极大地增强 ,正常的电离层遭到 破坏 ,这种电离层的异常变化称为电离层暴 。电离层 暴持续时间可从几小时到几天之久 ,造成严重的通信 中断 。另外 ,当太阳出现耀斑时也会产生磁暴 。 ③电离层突然骚扰 。当太阳发生耀斑时辐射大 量 X射线 ,当穿透高层大气到达 D 区所在高度时 ,会 使该区电离突然增强 ,这种现象称为电离层突然骚 扰 。由于 D 区电离密度大大增强 ,使 D 区上面反射 的短波信号遭到强烈吸收 ,甚至使通信中断 ,这种现 象称为“短波消逝 ”。
( 14 )
fy ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie co sΦ co sα。
(15)
其中
,地球自转角速度取公认值为
ω ie
= 71292
115
×
10 - 5 rad / s;地球坐标系与陀螺坐标系之间的夹角 α
取值范围为 0°～90°,视实际情况而定 。
第203008卷年第105月期
舰 船 科 学 技 术 SH IP SC IENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 30, No. 5 Oct. , 2008
自然环境对短波通信的影响
王 睿 , 张海勇 , 杨 曦 , 阮 智
(海军大连舰艇学院 信息与通信工程系 ,辽宁 大连 116018)
多径传播现象还能使信号失真或使信道的传输 带宽受到限制 。多径延时是指多径中最大的传输延 时与最小的传输延时之差 ,其大小与工作频率 、时间 、
通信距离等有关 。当频率接近最高可用频率时 ,多径 时延最小 ,特别在中午 , D、E层吸收较大 ,多条难以 实现 ,容易得到真正的单跳传播 。当频率降低时 ,传 播模式的种类就会增加 ,因而多径时延增大 。当频率 进一步降低时 ,由于电离层吸收增强 ,某些模式遭到 较大的吸收而较弱 ,多径时延有可能减小 。另外 ,由 于电离层电子密度的变化 ,造成多径时延随着时间而 变化 。在日出日落时刻 ,电离层电子密度剧烈变化 , 多径时延最严重 、最复杂 ,而中午和子夜时多径时延 一般较小且较稳定 。多径时延不仅随日时变化 ,而且 在零点几秒 ～几秒时间内都会变化 。多波通信中 ,多 径时延会引起码元畸变 ,增大误码率等不利影响 。
Abstract: The variety of the natural environment w ill influence the quality of HF communication di2 rectly. This paper states the specialty of HF communication, and analyses main characteristic and discip li2 narian of the ionosphere change. The affection of the ionosphere change and many path on HF communica2 tion is introduced. A t last, corresponding measures and techniques to imp rove the HF comm unication relia2 bility and validity are put forward. It is important for us to learn the environment of HF communication and to app ly HF communication efficiently.
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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施闻明 ,等 :陀螺罗经的航向效应标定与补偿
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a2 = 6179 ×10- 6 ,
2 多径传播对短波通信的影响
由于短波天线波束较宽 ,射线发散性较大 ,同时 电离层是分层的 ,所以在一条通信电路中存在着多种 传播路径 ,即存在多径传播 。多径传播主要带来 2个 问题 :一是衰落 ,二是延时 。
短波在电离层内传播时 ,由于电离层电特性的随 机变化 ,一起传播路径和能量吸收的随机变化 ,使得 接受点评呈现不规则变化 。接收端信号振幅总是呈 现忽大忽小的随机变化 ,这种现象称为“衰落 ”。连 续出现持续时间仅几分之一秒的信号起伏成为快衰 落 。持续时间比较长的衰落成为慢衰落 。慢衰落主 要是吸收型衰落 ,快衰落是一种干涉型衰落 。此外 , 短波信道还会发生极化衰落 。以上各种衰落对短波 通信的可靠性 、稳定性影响很大 ,有时导致通信中断 。
由于不同季节太阳的照射不同 ,一般夏季的电子 密度大于冬季 ,但是 F2 层例外 , F2 层冬天的电子密 度反而比夏天大 ,其原因至今还不清楚 ,可能是由于 F2 层的大气在夏季变热向高空膨胀 ,结果反而是电 子密度减少 。
收稿日期 : 2007 - 11 - 12 基金项目 : 海军大连舰艇学院科研发展基金资助项目 (2007 - 36) 作者简介 : 王睿 (1982 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要从事水面舰艇作战指挥与指挥自动化研究 。
a3 = 8188 ×10- 5 。
因此 ,航向效应为 :
fz ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie sinΦ,
( 13 )
fx ( h,Φ ) = 2151 ×10- 7 h2 + 6179 ×10- 6 h +
8188 ×10- 5 +ωie co sΦ sinα,
Key words: environment; HF communication; ionosphere
0 引 言
短波自实现远距离通信以来 ,短波通信由于建设 和维护费用低 、设备简单 、使用灵活 、抗毁性强等特 点 ,迅速发展成为世界各国中 、远程通信的主要手段 。 短波通信主要是利用天波传播 ,因而受自然环境影响 较大 ,由于电离层经常变化 ,短波波段内信号很不稳 定 ,有严重的衰落现象 ,有时还因电离层暴等异常情 况造成信号中断 。因此 ,了解自然环境特别是电离层 对短波通信的影响并采取相应的措施是十分重要的 。
图 3 航向效应曲线 Fig13 Curve of heading effect
参考文献 :
[ 1 ] 胡平华. 动力调谐陀螺稳定平台航向漂移研究 [ D ]. 北 京 :中国航天机电集团第三研究院 33所 , 2000.
[ 2 ] 郝岱 ,等. 调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研 究 [ J ]. 中国惯性技术学报 , 2001, (1) : 50 - 55.
表 2 航向数据标定补偿前后误差
Tab. 2 Error of heading data before and after
calibrating and compensating
状态
标补前
标补后
航向最大误差 / ( ′)
01612 ～21145
01019 3～01182
5 结 语
由标定补偿前后得导航数据可以看出 ,陀螺罗经 的航向效应标定与补偿对提高航向数据精度十分有 效 ,标定补偿后的误差几乎下降了一个数量级 。随着 陀螺制造工艺的日益提高及标定补偿技术的不断发 展成熟 ,航向效应的标定与补偿技术必将成为提高航 向数据稳定性和可靠性的重要手段 。
fOW F = 85% fMUF 。 由于电离层高 ,电子密度受昼夜 、季节和地域变 化的影响 ,在频率选择上 ,日频高于夜频 ;夏季的频率 高于冬季的频率 ;低纬度的频率高于高纬度的频率 。 2) 应用短波通信新技术 ①短波自适应技术 。主要是针对短波信道的缺 陷而发展起来的频率自适应技术 ,在通信过程中 ,不 断测试短波信道的传输质量 ,实时选择最佳工作频 率 ,使短波通信链路始终在传输条件较好的信道上 。 该技术能改善衰落现象 ,克服“静区 ”效应 ,削弱因昼 夜 、季节 、地理位置变化及太阳黑子变化对短波通信 的影响 ,提高短波通信抗干扰能力 。 ②扩频通信技术 。扩频通信大大扩展了信号的 频谱 ,发端用扩频码序列进行扩频调制 ,在收端用相 关解调技术进行解扩 。该技术利用扩频码序列之间 的相关特性 ,在接收端采用相关技术从多径信号中提 取和分离出最强的有用信号 ,或把多个路径来的同一 码序列的波形相加合成 。短波扩频通信技术对于改 善短波信道性能 ,提高通信特别是数据通信的可靠性 和有效性也具有良好的作用 , (下转第 91页 )
3 增强短波通信稳定性 、可靠性的措施
1) 选择适当的工作频率 短波通信工作频率应低于最高频率 ,以保证信号 能被反射到接收点 ,而高于最低可用频率 ,以保证有 足够的信号强度 ,即
fLUF < f < fMUF 。 在保证可以反射回来的条件下 ,尽量把频率选得 高些 ,这样可以减少电离层对电波能量的吸收 。通 常 ,选择工作频率为最高可用频率的 85% ,这个频率 是最佳工作频率 ,即
The affection of the na tura l env ironm en t on HF comm un ica tion WANG Rui, ZHANG Hai2yong, YANG Xi, RUAN M ing2zhi
(Department of Information and Communication Engineering,Dalian Navy Academy,Dalian 116018, China)
1 电离层变化对短波通信的影响
1) 电离层规则变化 ①日夜变化 。电离层中的大气电离能量主要来
源于太阳辐射 ,太阳天顶角变化直接影响电离层的变 化 。电离层的变化主要是指电离层的密度和层高有 较明显日变化 、季节变化 、地理纬度和太阳 11年周期 的变化 。
②季节变化 。由于日夜太阳的照射Βιβλιοθήκη Baidu同 ,故白 天电子密度比夜间大 ;中午的电子密度又比早晚大 ; D 层在日落之后很快消失 ,而 E 层和 F层的电子密 度减小 。到了日出之后 ,各层电子密度开始增长 ,到 正午时达到最大值 ,以后又开始减少 。
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第 30卷
③ 11年周期变化 。太阳活动性一般用太阳一 年的平均黑子数来代表 ,太阳黑子的变化周期大约是 11年 ,因此电离层的电子密度也与这 11年变化周期 有关 。
摘 要 : 自然环境的变化直接影响短波通信的质量 。首先简述了短波通信的特点 ,分析电离层变化的主要特
点和规律 ,介绍了电离层变化和多径传播对短波通信的影响 ,进而提出增强短波通信可靠性 、有效性的相应措施和技 术 ,对了解短波通信的环境和有效应用短波通信具有重要意义 。
关键词 : 自然环境 ; 短波通信 ; 电离层 中图分类号 : U675. 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 - 7649 (2008) 05 - 0087 - 02 DO I: 1013404 / j1 issn11672 - 7649120081051019