基于REC533的MUF預測性能分析?

王 瀝

（中國西南電子技術研究所 成都 610036）

1 引言

短波通信依靠天波傳播時，可實現遠距離通信，天波依靠電離層反射，由于電離層不會被摧毀，機載平臺普遍配備短波電臺作為遠距應急通信手段。短波經電離層傳播時在通信收發端之間存在一個最高可用頻率（MUF），如果高于此頻率，電波將穿過電離層，不再反射［1～2］。由于電離層隨日夜、季節、太陽活動周期、地理位置等因素不斷變化，使得短波天波信道不穩定［3～5］，故實際短波通信中，正確的選頻是決定通信鏈路建立及通信質量的關鍵。隨著技術的發展，短波頻率預測已有諸多研究［6～8］，其中典型的是ITU-R P.533建議書，該建議書給出了短波傳播預測方法，美國電信科學協會基于此開發了短波傳播鏈路仿真模型ITS HF Propa?gation［9］，本文將利用其中的REC533對MUF進行預測，并將預測結果與機載短波通信人工選頻值進行對比，分析REC533頻率預測在實際工程應用中的實用性。

2 MUF預測方法

結合飛行實際，本文僅討論大圓距離D為2000km內的MUF預測方法。根據ITU-R P.533-14建議書［10］，n跳E模基本MUF由下式給出：

式中， i110是一跳長度d=D/n的110km的半跳鏡面反射高度的入射角，f0E為E層臨界頻率，僅需估算控制點為路徑中間點的 f0E，f0E按照ITU-R P.1239-3建議書的規定確定。

F2層基本MUF的計算公式為

3 基于REC533 的MUF頻率預測

REC533根據ITU-R P.533建議書開發，通過設置收發雙方的地理位置、太陽黑子數SSN、天線模型等參數［9］，可對MUF進行預測。本文預測用例依據現有飛行試驗所規劃航線分別選用西安-青島、西平-南京、宜陽-南京、成都-滄州、廣州-滄州5條鏈路，時間為2020年9月～11月，通信距離涵蓋500km～1700km，各條通信鏈路收發雙方對應的經緯度及大圓距離見表1。

短波通信人工選頻一般在飛行試驗計劃前幾日開展，按照通信距離及航線要求選定地面臺位置，選頻時在收發點分別搭建短波電臺進行通話測試、記錄話音質量，通信雙方可建立通信鏈接的最高頻點即為該時間段內人工選頻最高可用頻點。人工選頻時通常根據以往選頻經驗，按通信時間段確定初始頻率，并按一定頻率間隔進行話音通信，具體操作時可根據實際通信效果切換頻率步進。針對表1中的5條通信鏈路，西安-青島鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～12點，下午15點～16點，西平-南京鏈路人工選頻時間為北京時間上午11點左右，下午15點～16點，宜陽-南京鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～11點，中午13點左右，下午15點～16點，成都-滄州鏈路人工選頻時間為北京時間上午10點～11點，廣州-滄州鏈路人工選頻時間為北京時間上午11點～12點。

表1 通信鏈路

結合人工選頻所用收發天線、發信機功率及信噪比要求等參數，利用REC533對表1中5條通信鏈路進行預測，MUF預測及人工選頻結果詳見圖1，從圖中可見，MUF預測結果與人工選頻在頻率變化的趨勢上基本保持一致。

圖1 MUF預測及人工選頻結果

4 MUF頻率預測偏差分析

為評估基于REC533的MUF預測與實際人工選頻值之間的差異性，本文用兩者間的相對偏差RD及絕對偏差AD來表示［12］，計算公式如下：

式中，PMUF代表MUF預測值，Fman代表人工選頻值。

MUF預測與實際人工選頻結果的相對偏差及絕對偏差見圖2和圖3。從圖中可見，5條通信鏈路的MUF預測值及人工選頻值大部分相對偏差在15%以內，絕對偏差在2MHz內，其中宜陽-南京上午的MUF預測值與人工選頻偏差最大，相對偏差為25%左右，絕對偏差為2.5MHz左右。考慮電離層的變化和保證通信的穩定性，在選定鏈路工作頻率時，一般不高于MUF，而是取MUF的80%～90%作為最佳通信頻率［13］，由此將進一步降低預測頻率與人工選頻的結果偏差，可用于指導工程應用中的頻率選擇。

圖2 相對偏差

圖3 絕對偏差

5 結語

在實際工程應用中，當機載平臺進行短波遠距離通信時，利用REC533提前預測MUF，得到該通信鏈路的最高通信頻率，依據預測值可提高人工選頻效率。結合機載平臺的實際情況，如機載短波頻段的底噪特性、天線特性等，還可對通信效果進行提前評估。本文利用REC533對MUF進行預測，并與人工選頻結果進行了對比分析，仿真結果表明，預測結果與人工選頻在頻率變化趨勢上保持一致，相對偏差總體上在20%以內，個別點偏差較大，在實際機載平臺應用中，具有一定的工程應用價值。