高频信号下海平面无线通信性能研究

本论文主要研究高频无线电磁波的多跳传播模式，建立高频电磁波信号在电离层和海面发生反射的数学

3~30 MHz 的高频电磁波信号也称为短波或天波， 主要依靠电离层对短波的一次或多次反射进行长距离无线电通信传输[1]，可以在电离层和地面之间连续跳跃式前进，由于电离层是不稳定的，它的厚度、高度和密度随时都在变化，白天更加明显，因此电离层的反射面特性决定了反射强度和信号在保持有用信号完整性的情况下，最终能传输多远，MUF 之上的频率穿过电离层进入太空[2] [3]。

高频电磁波信号的传输理论在地面环境下较为成熟，但在海平面环境下由于海水波动的特殊性，高频电磁波信号反射到海平面时诸多因素直接影响到反射的效果。如海洋湍流将影响海水的电磁梯度，改变海洋的局部渗透系数和渗透性，改变反射面的高度和角度。海浪的高度、形状和频率都在迅速变化， 波动的方向也可能改变[4] [5] [6]。

为便于系统的分析，本文假设大气电离层是一种平面形式，而不是球形，电离层是一种各向同性的介质；高频电磁波信号是一种圆偏振波[7]。本文给出一种高频电磁波信号在海平面的信号反射数学模型建立方法，使得能够计算100 瓦高频恒定载波信号从汹涌海面和平静海面反射的第一次反射强度及最大跳数。

2. 多跳模式传播损耗模型 多跳传播是高频电磁波信号通过空气在电离层和地面之间的传播，高频电磁波信号可以通过多次跳跃在电离层和地球表面之间来回反射。多跳传播模式如图1 所示，使用这种传输方式，可以接收来自远程发射机的信号。

高频电磁波信号的多跳传播损耗主要由四部分组成，即大气传播损耗、电离层反射损耗、海平面反射损耗和额外系统损耗。因此高频电磁波信号在电离层和海平面之间发生反射的多跳传播损耗模型如图2 所示。

在图2 中， LossA 为高频信号在大气间的传播损耗；LossB 为高频信号在电离层发生反射的损耗；LossC为信号在海面发生反射的损耗。

因此高频电磁波信号在电离层和海平面之间发生反射的多跳传播损耗可表示为： dBLm LossAn LossBv LossC=⋅+⋅+ ⋅ (1) 其中m 为高频信号在大气间传播损耗产生的次数，n 为高频信号在电离层发生反射损耗产生的次数，v为信号在海面发生反射损耗产生的次数。