孟 凱，黨大鵬，黃曉飛

（1.解放軍91913部隊(duì)，大連116023；2.解放軍91550部隊(duì)，大連116041）

0 引 言

隨著科技的飛速發(fā)展，信息化作戰(zhàn)的要求不斷提高。信息系統(tǒng)效能評(píng)估也日益成為各國(guó)軍隊(duì)重視的課題。信噪比是信號(hào)功率電平與噪聲功率的比值［1］。在通信系統(tǒng)效能評(píng)估的指標(biāo)體系中，信噪比是非常重要的指標(biāo)之一，也是計(jì)算語音可懂度或誤碼率的基礎(chǔ)。

超短波電波傳播的理論已比較成熟。電波傳播的場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)模型也已有多種，這些模型大多都是根據(jù)各個(gè)國(guó)家在不同區(qū)域和地形條件下，測(cè)得大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過數(shù)值統(tǒng)計(jì)的方法獲得的。其中有的是由一些經(jīng)驗(yàn)公式組成，有的是由系列經(jīng)驗(yàn)曲線組成，例如CCIR模型就是由國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）推薦的一簇曲線，它適合短波和超短波較遠(yuǎn)距離的傳播情況場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)，其模型較簡(jiǎn)單，具有國(guó)際通用性。傳播損耗不僅和頻率、距離有關(guān)，還和收、發(fā)天線的高度有關(guān)，更和地形、地物有關(guān)，精確計(jì)算非常困難。工程中常采用插值查表的方法求得接收?qǐng)鰪?qiáng)。但這種方法在通信系統(tǒng)效能評(píng)估中并不適用，工程中使用的具體查表求值法很難在計(jì)算機(jī)仿真中實(shí)現(xiàn)。超短波電波傳播損耗的計(jì)算已有一些經(jīng)驗(yàn)公式，但設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔有效的適用于通信系統(tǒng)效能評(píng)估的計(jì)算流程并不多見。本文利用現(xiàn)有理論成果，通過合理地選用和優(yōu)化各種電波傳播模型，研究一種完整而簡(jiǎn)潔的超短波信噪比計(jì)算模型。

1 場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算

在完全理想的條件下超短波傳播的最遠(yuǎn)距離，即視距傳輸距離為：

通常依據(jù)接收點(diǎn)離開發(fā)射天線的距離r的大小分為3個(gè)區(qū)域：亮區(qū)，r＜0.7r0；半陰影區(qū)，0.7r0＜r＜1.3r0；陰影區(qū)，r＞1.3r0。

一般來說場(chǎng)強(qiáng)的衰減可由基本衰減和一個(gè)衰減因子組合表示。目前場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)模型較多，如Lonley－Rice模型、Okumura－Hata模型等。其中Lonley－Rice最適合海上場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)。但是該模型較為復(fù)雜，以下直接給出了簡(jiǎn)化后的場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)模型。

1.1 亮區(qū)場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算

亮區(qū)指?jìng)鬏斁嚯xr＜0.7r0的區(qū)域。當(dāng)傳輸距離較近（r＜0.3r0）時(shí)，地面可看作平面地［2］。當(dāng)滿足時(shí)，有則：

相應(yīng)的路徑損耗為：

式中：｜R｜和φ分別為地面反射點(diǎn)處反射系數(shù)的模值和相角。

垂直極化波的地面反射系數(shù)為：

式中：rh，rv和φh，φv分別為水平極化和垂直極化反射系數(shù)的模值和相角；θ為入射角；而＾ε為反射點(diǎn)平面的復(fù)相對(duì)介電常數(shù)，＾εr＝εr－j60σλ，其中εr為反射點(diǎn)平面的相對(duì)介電常數(shù)，σ為電導(dǎo)率，λ為波長(zhǎng)。

當(dāng)傳輸距離0.3r0＜r＜0.7r0時(shí)，必須考慮地球曲率的影響。為了使上述公式適應(yīng)于曲地面的情況，必須對(duì)公式中的天線高度作適當(dāng)修正，即用等效高度h′1和h′2來代替h1和h2。若以地球半徑6 370km計(jì)算，可以推出，在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射條件下，等效高度為：

需注意當(dāng)天線高度用等效高度計(jì)算時(shí)，通信傳輸距離的范圍不能擴(kuò)大到最大傳輸距離，通常使用范圍僅為最大傳輸距離的50%～70%。也就是說在天線架設(shè)較高、傳輸距離相當(dāng)大、通信距離又特別遠(yuǎn)時(shí)，進(jìn)行天線高度的修正才是合適的。在通信距離不甚遠(yuǎn)、地球曲率影響不太大的戰(zhàn)術(shù)通信中，往往不需要對(duì)天線進(jìn)行高度修正，可直接代入天線高度求得場(chǎng)強(qiáng)。

1.2 陰影區(qū)場(chǎng)強(qiáng)及傳輸損耗的計(jì)算

當(dāng)電波傳播大于視距時(shí)必須考慮繞射的影響。所謂繞射，是指電波繞過傳播道路上障礙物的現(xiàn)象。繞射過程中會(huì)產(chǎn)生較大的衰減。電波沿光滑球面的繞射場(chǎng)的計(jì)算是非常復(fù)雜的。在工程上，對(duì)于陰影區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)可以用?？怂构浇朴?jì)算：

按照《關(guān)于節(jié)能新能源車船享受車船稅優(yōu)惠政策的通知》(財(cái)稅〔2018〕74號(hào))相關(guān)要求，工信部官方網(wǎng)站對(duì)《享受車船稅減免優(yōu)惠的節(jié)約能源使用新能源汽車車型目錄》(第一批)名單進(jìn)行了公示。本次將排量小于1.6L的車型納入車船稅減半政策適用范圍，在滿足排量要求的同時(shí)，車輛還需符合綜合工況油耗的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，所以并不是所有1.6L排量以下的車型都可以享受此政策。此外，對(duì)于符合新能源產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)質(zhì)量要求的純電動(dòng)商用車、插電式(含增程式)混合動(dòng)力汽車、燃料電池商用車，免征車船稅，目前市場(chǎng)中絕大部分插電式混合動(dòng)力車型均在免征范圍內(nèi)，主要包括中國(guó)生產(chǎn)的自主、合資車，而進(jìn)口插混車型不在此范圍內(nèi)。

式中：F為衰減因子，這里已經(jīng)轉(zhuǎn)化為倍數(shù)，可由下式求得：

式中：x1，y1，y2分別為發(fā)射天線與接收天線的相對(duì)距離及相對(duì)高度，它們可由下式求得：

式中：rH為標(biāo)準(zhǔn)距離；hH為標(biāo)準(zhǔn)高度；K為地球等效半徑系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下K＝K0＝4／3；式中長(zhǎng)度單位皆為m。

由求得的x，y1，y2，用以下擬合公式就可得到：

陰影區(qū)的傳輸損耗為：

1.3 半陰影區(qū)場(chǎng)強(qiáng)和傳輸損耗的計(jì)算

半陰影區(qū)的計(jì)算更為復(fù)雜，通常是用過渡曲線法。即分別求出亮區(qū)、陰影區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)，然后用平滑曲線將它們連接起來，用這些過渡曲線就可以確定半陰影區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度。

以上討論是假定電波在光滑地面上以視距傳播方式傳播且接收天線和發(fā)射天線同為高架或低架時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)和路徑損耗計(jì)算。在實(shí)際中會(huì)遇到另外一種情況，即收發(fā)天線中只有一方是高架。例如地空通信、升空干擾設(shè)備對(duì)地面設(shè)備的干擾、升空偵察設(shè)備對(duì)地面設(shè)備的偵收等，此時(shí)只有一方滿足高架條件。當(dāng)視線距離通路離開障礙物0.6個(gè)以上菲涅爾區(qū)間隙時(shí)，其路徑損耗就可認(rèn)為是自由空間損耗所決定，信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)大小主要取決于自由空間的電波傳播特性，從而可按自由空間條件計(jì)算。

2 大氣噪聲的計(jì)算

無線電干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。內(nèi)部干擾指設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲，外部干擾是指接收天線從外部接收的各種噪聲，分為大氣噪聲、工業(yè)干擾、宇宙噪聲。海上超短波通信受工業(yè)干擾較小，而海上宇宙噪聲的噪聲系數(shù)也比較低，這里不予考慮。大氣噪聲是影響海上超短波通信質(zhì)量的主要因素 ，研究海上超短波通信必須考慮大氣噪聲影響。

大氣噪聲場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算模型一般采用查圖計(jì)算的方法獲得。步驟如下［4－5］：

（1）根據(jù)工作時(shí)間（季節(jié)和當(dāng)?shù)貢r(shí)間）找到相應(yīng)時(shí)區(qū)的噪聲圖［5］；

（2）在1MHz的Fam圖中找到接收點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度位置，并從等Fam線上讀出接收點(diǎn)1MHz下的Fam值；

（3）在噪聲頻率變化圖中找到已查出的1MHz下的Fam值的曲線，在該曲線上找到對(duì)應(yīng)于工作頻率f的Fam；

（4）在大氣無線電噪聲隨機(jī)變化特征圖中找到對(duì)應(yīng)于工作頻率f的Du，σFam及σDu的分貝數(shù)；

（5）將工作頻率f所對(duì)應(yīng)的Fam，Du，σFam及σDu的值代入公式（18）可得該時(shí)區(qū)噪聲系數(shù)Fa：

（6）將有關(guān)數(shù)值代入下式求出大氣噪聲場(chǎng)強(qiáng)：

表1、表2中列出了《短波無線電收信臺(tái)（站）電磁環(huán)境要求 GB13617－1992》提供的部分?jǐn)?shù)據(jù)［6］。為便于工程實(shí)現(xiàn)，本模型在計(jì)算噪聲系數(shù)Fa時(shí)直接查表1、表2，省去了查圖計(jì)算的繁瑣。

表1 我國(guó)冬季大氣噪聲系數(shù)

表2 我國(guó)夏季大氣噪聲系數(shù)

在分別求出傳輸信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)和大氣噪聲場(chǎng)強(qiáng)后可由下式直接求出信噪比［7］：

3 結(jié)束語

本文主要利用現(xiàn)有理論成果，在對(duì)比幾種電波傳播衰減模型的基礎(chǔ)上，給出一種完整且易于工程實(shí)現(xiàn)的超短波場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算模型，并研究了利用噪聲系數(shù)表計(jì)算大氣噪聲場(chǎng)強(qiáng)的方法，在此基礎(chǔ)上建立了超短波信噪比計(jì)算模型。通過該模型可以進(jìn)一步得出語音可懂度或誤碼率等性能指標(biāo)，在實(shí)際數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)較少的情況下進(jìn)行通信系統(tǒng)效能評(píng)估。

［1］Simon Haykin.Communications Systems［M］.Beijing：Publishing House of Electronic Industry，2004.

［2］紹國(guó)培，曹志俊.電子對(duì)抗效能分析［M］.北京：解放軍出版社，1997.

［3］張業(yè)榮，竺南直，程勇.蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化［M］.北京：電子工業(yè)出版，2003.

［4］張朝柱.海上近距短波通信系統(tǒng)技術(shù)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2002.

［5］沈琪琪，朱德生.短波通信［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

［6］GB13617－92，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)短波無線電收信臺(tái)（站）電磁環(huán)境要求［S］.

［7］熊皓.無線電波傳播 ［M］.北京：電子工 業(yè) 出 版社，2000.