基于c3i系统的短波通信仿真建模

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1、基于C3I系统的短波通信仿真建模1引言   短波通信是指利用波长为100~10m的电磁波进行无线电通信。短波通信多年来被广泛用于政府、军事、气象、商业等领域，用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事领域，短波通信始终是军事指挥的重要手段之一。如今计算机技术飞速发展，数据库的提出，及仿真技术的应用，使军事指挥自动化进入一个新的阶段。短波战术平台是指挥自动化系统(C3I)的一个子系统，该平台充分利用计算机技术和电子地图数据库，实现遂行通信，保障谋划、仿生拉试预决策、通信作战文书的生成。这里仅对通信仿真建模进行

2、讨论。2短波信道的传播损耗模型   短波天波通信是以电离层为媒介传播的，电离层的密度随昼夜、季节、太阳活动周期和经纬度变化而变化，因此传播损耗与时间、季节、经纬度位置、地形等诸多实时变化因素有关。考虑到目前所能计算的损耗，电离层传播损耗可表示为    式中，LP0是自由空间传播损耗，La是电离层吸收损耗，Ln是多跳地面反射损耗，Yp是额外系统损耗。2．1自由空间传播损耗   在短波信号传播过程中，由于电波逐渐远离发射点，能量扩散的面积越来越大，从而使得接收点的场强越来越小。在计算该项损耗时，认为地球和电离层均是平

3、面状态，反射是镜面反射，如图1所示，其中r表示天波传播中的射线距离：D是发射点A与接收点B之间的大圆距离(地球表面距离)，收发两端点间的地球中心夹角用a表示。   自由空间传播损耗的计算公式：  式中，R是地球半径，h是电离层高度，△是射线仰角。2．4额外系统损耗   额外系统损耗不是一个稳定的参数，它与地磁纬度、季节、本地时间、路径长度都有关系。工程计算中通常用经过反复校核的统计值来估算，表1列出了额外系统损耗(YP)以反射点的本地时间为自变量的估算值。3系统仿真流程   图2为仿真系统总体结构。中，主控系统数

4、据库中有2类数据库：仿真评估库和固定数据库。前者包括仿真任务分配库、通信设备布设库和通信信道布设库等，是在仿真评估过程中产生的；其后者包括传输信道模型库和通信设备模型库等，由系统管理员维护。   系统仿真思想及流程：接受作战任务后，首先打开电子地图，选取作战区域，地图管理模块随之运行；然后布设军事短波通信网，将布设的各种设备参数信息及相关信息写入主控系统数据库，通信仿真模块根据传播损耗模型得出结果，并通过显示模块显示。4仿真结果   为测试模型可行性，选取北京一广州通信线路(夏季白天)：D=1800km，反射点位

5、置为(110°E，31°N)，h=300km，发射信号为1个语音信号，带宽为300～3300Hz。仿真结果如图3所示。从图3中可以看出，接收信号遭受损耗与预期结果一致，从而证明了该数学模型的可行性。5结论   对C3I系统的短波通信网进行仿真建模，其仿真结果对改进网络的性能有很大帮助，对指挥者及时作出通信保障谋划和仿生拉试预决策有一定的指导意义。但该模型还有需改善的地方，如未考虑山地绕射、多径衰落、多普勒频移等。后续工作将会对此进行改进。    (1)求大圆距离D   由电子地图可知发射端A和接收端B的地理经纬度

6、，则大圆距离为： 式中，x1为发射端的地理纬度；y1为发射端的地理经度；x2为接收端的地理纬度；y2为接收端的地理经度。北纬纬度取正值，南纬纬度取负值，(y1-y2)为收发两点间的经度间隔。   (2)求射线仰角△   由图1可得：式中，h是电离层高度，其值可由经验值获得。2．2电离层吸收损耗   电离层吸收损耗La分为偏移吸收和非偏移吸收，前者指反射区的吸收，后者指电离层D、E区域的吸收。一般偏移吸收损耗极小(≤1dB)，可以忽略。工程中常用以下半经验公式:式中(以h=100km为例，下同)，θ0是100km高

7、度处的电波入射角,fH是100km高度处的平均值，单位为MHz，n是跳数，Ii是吸收系数。Ii的计算公式为：  式中，R12为12个月太阳黑子的流动平均值，xi为穿透吸收区的太阳天顶角平均值。   仿真中采用数学计算和选取典型值的方法模拟。   (1)求电波入射角θ0将h=100km代人式(6)。   (2)求磁旋频率fH我国经纬度大致范围为北纬：22°~55°，东经75°~135°，查100km处磁旋频率的世界地图可得FH的取值范围为1．2～1．5MHz。为计算简便，定义如下：若反射点的纬度位于北纬22°～35

8、°，fH=1．3MHz；北纬35°～45°，fH=1．4MHz；北纬45°～55°，fH=1．5MHz。   (3)求12个月太阳黑子的流动平均值R12该值无法计算，可查表求得。   (4)求太阳天顶角xi某地某时刻的太阳天顶角是指太阳射线(光线)直射到地球经纬度上，再继续延伸到地心，此延伸线(即太阳直射线)与电台所在地理经纬度到地心的直线之间的夹角。某地的太阳天顶角的大