基于多跳HF的海上船舶通信时长研究

赵佳慧 罗志强 柳景博

摘   要：本文研究使用多跳高频无线电波进行通信的海上船舶可以保持通信的时间。首先，分析信号从陆地点源发射到海上船舶接收器这个过程中包含的信号衰减。从接收天线增益的角度，结合天线仰角和方位角的变化，着重分析了由于船舶的晃动引起的信号不完全接收，并将其折算到信号在海面上的漫反射损耗。最后，将模型应用于实际背景，计算了船舶在海上的通信时长。

关键词：海上通信  天线增益  通信时长  HF

中图分类号：TN929.5                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）02（c）-0141-02

Abstract：In this paper， the time of communication for a marine vessel in which a multi-hop high-frequency radio wave is used for communication can be studied. First， the signal attenuation included in the process of transmitting the signal number from a land point source to a marine vessel receiver is analyzed. From the angle of receiving antenna gain， combined with the change of antenna elevation and azimuth angle， the incomplete reception of signal caused by ship's sloshing is analyzed and converted to the diffuse reflection loss of signal on the sea surface. Finally， the model is applied to the actual background， and the communication time of the ship at sea is calculated.

Key Words：Maritime communication; Antenna gain; Communication time; HF

HF（高頻）无线电信号可用于海洋船舶通信，接收天气和交通报告。当发射信号频率小于最大可用频率（MUF），无线电波可以通过电离层和地球表面的多次反射进行长距离传播，最后被船舶上的接收器接收。由于船舶的行驶和复杂多变的海上气候，船载接收器不断移动且摇摆不定，因此船舶接收器并非可以完全接收海面反射的无线电信号。本文从接收天线增益的角度，结合天线仰角和方位角的变化，来研究船舶在湍流海洋中接收到的信号的衰减，并进一步计算船舶在海上的最长通信时间。

1  模型的建立

2  模型应用

在一个实际应用背景下，一个在湍流海洋上行驶的船使用频率低于MUF、功率为100W的HF恒定载波信号（来自陆地点源）进行通信，那么信号在强度低于最大可用的信噪比（10dB）之前发生的最大跳数可根据上述建模过程来求解，整体模型如下

在MATLAB软件中求解上述模型，可得最大跳数n=4，对应的信号入射到海平面上的入射角θi≥30°。当入射角大于等于时30°，可以获得最大的跳数，这意味着从30°到90°，所有入射角的信号可以覆盖一个大的区域，而这个区域将允许船舶保持通信，如图2所示。

考虑地球的半径，可以算出当入射角为30°，信号发射点源经过一跳到达入海口的最大距离是206.388km。由于最大跳数为4，那么船舶在海上可以保持通信的最长距离为信号经过3跳可以到达的最远距离，即206.388×3=619.164km。

通过查阅文献，船舶在汹涌海面上航行的速度大约为27km/h。如果船在海上直线航行，那么可以保持通信的最长时间约为23h。

参考文献

[1] 黄芳.海上无线电波传播特性与信道建模[D].海南大学，2015.

[2] HUBERT W， LE ROUX Y M， NEY M. Impact of ship motions on maritime radio links[J].International Journal of Antennas and Propagation，2012（4）：1-6.