海洋信號反射模型的分析范文

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《氣象水文海洋儀器》2018年第1期

摘要：本文通過分析電離層的結構以確定信號傳輸的最大頻率和截止頻率，并獲得最佳頻率。考慮到空氣吸收、電離層折射和海洋湍流，在不同的傳輸階段建立信號傳播損耗模型。首先通過引入菲涅耳公式和麥克斯韋方程，在第一次反射后得到信號損失，并用它們建立海洋反射模型。之后，測量最佳工作頻率以獲得關于粗糙海面反射的強度和信噪比。最后計算出湍流海面的第一反射強度為122.41dB，信噪比為2.09dB，低于平靜海面，最大跳數達到2。

關鍵詞：信號傳輸；信噪比；海洋反射

目前，基于無線電廣播技術的無線電廣播、無線電視、各種移動通信和無線數據網絡已經在無線通信領域被廣泛使用和不斷更新。高頻無線電波已被廣泛用于基于地理位置信息提供服務。微信等基于位置的消費信息服務和社交軟件，其功能是基于手機、導航儀等終端設備發送和接收信號來獲取距離、角度等測量信息，并使用定位算法將這些測量信息轉換為坐標信息。因此，無線電波的基礎研究對于實現其應用價值具有重要的指導意義。

一、確定高頻無線電波傳輸頻率

高頻無線電波的頻率既不能高于最大可用頻率也不能低于最低可用頻率。當它高于最大可用頻率時，它將穿透電離層并擴散到外層空間。當它低于最低可用頻率時，電離層會增加無線電波的能量，這是由無線電波的碰撞引起的。當它達到低點時，很難確保通信所必需的信噪比。圖1分別顯示了早上和晚上的電離層電子分布和電離層分層，其電子密度顯示在層狀結構的垂直方向上，并且在約300km高度處達到最大值。根據電子密度隨高度和電子分布的變化，電離層可分為D層、E層和F層。D層是電離層的底部，位于電離層底部約60km〜90公里。在夜晚，大氣中的電子大量消失，甚至在夜間D層也不存在。E層其電子密度的峰值通常在110公里至120公里之間，而在低緯度地區則會降低約10公里。日落后，E層電子密度峰值在夜間降至最低值。F層在E層以上數百甚至數千公里，是電離層的主要區域。

二、確定海上無線電波的第一反射強度

為了確定HF在海平面的第一反射，首先需要確定其在每個過程中的能量損失。初始功率為100W，在從基站發射后，它經歷了多個反射和折射階段，每個階段都會造成一定的能量損失。

三、確定高頻無線電波的多跳路徑

當一定頻率的無線電波在空中時常與其他獨立于信號的頻率成分混合在一起時就是我們所說的噪聲。根據噪聲與信號的關系，噪聲一般可分為加性噪聲和乘性噪聲。無線電波在存在最大數量的高斯噪聲的情況下，是加性噪聲。

四、結論

本文模型建立了合理的海洋信號反射數學模型，解決了海洋首次反射強度問題。該模型討論了地面和海洋兩種不同情況下無線電波的反射。同時，該模型還指出，在基站與海上船舶通信過程中，應盡可能增加發射功率，以降低噪聲，以此適應船舶在海上運行波濤洶涌的海面，提高通信質量。

作者：朱建豪1；趙鵬2；程偉昊3 單位：1、南京信息工程大學數學與統計學院，2、南京信息工程大學計算機與軟件學院，3、南京信息工程大學物理與光電工程學院