一种测量电离层中天波传播损耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量电离层中天波传播损耗的方法，该方法步骤如下：首先将电离层在垂直方向上进行分层；然后通过电磁波发送端的发射角度及所用电磁波的频率得到电磁波在电离层中的折射路径；接着分别计算各层中电离层对电磁波的吸收损耗；最后将各层的吸收损耗与自由空间传播损耗相加，得到整个电离层中的总损耗值。本方法发明专利技术能较为准确地估算出电离层中电磁波传播的损耗值，为以电离层反射为基础的天波通信电波传播损耗提供计算参考，可以应用于各种天波通信系统中。

A Method for Measuring Sky Wave Propagation Loss in the Ionosphere

The invention discloses a method for measuring the sky wave propagation loss in the ionosphere. The steps of the method are as follows: firstly, the ionosphere is stratified in the vertical direction; secondly, the refraction path of the electromagnetic wave in the ionosphere is obtained by the transmitting angle of the electromagnetic wave transmitter and the frequency of the electromagnetic wave used; secondly, the absorption loss of the ionosphere to the electromagnetic wave in each layer is calculated separately; finally, the absorption loss of the ionosphere to the electromagnetic wave in each layer is calculated. The total loss in the whole ionosphere is obtained by adding the absorption loss to the free space propagation loss. The method can accurately estimate the loss of electromagnetic wave propagation in the ionosphere, provide a reference for calculating the loss of radio wave propagation in sky wave communication based on ionospheric reflection, and can be applied to various sky wave communication systems.

【技术实现步骤摘要】
一种测量电离层中天波传播损耗的方法
本专利技术涉及天波通信
，特别涉及在以电离层反射为基础的天波通信中一种测量电离层中天波传播损耗的方法。
技术介绍
天波是指通过电离层反射进行传播的无线电波。目前，由于大地对无线电波的吸收较大，天波传输为长距离无线电通信的主要形式。而电磁波在电离层中传播时，电离层对电磁波有吸收作用。因此，计算因电离层的吸收作用产生的电波损耗在天波通信中具有重要意义。不仅关系到有效通信距离的确定，还为发射端信号强度的确定提供了重要依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种测量电离层中天波传播损耗的方法，用于测量和估计经电离层反射的天波传播中的电磁波损耗。该方法可应用到各种经电离层反射的通信系统中，具有较强的普适性和实用性。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种测量电离层中天波传播损耗的方法，所述的方法包括下列步骤：S1、根据测量时刻电离层的状态对其按高度进行垂直方向上的分层；S2、根据所用电磁波的频率和发射天线的角度，确定电磁波在电离层各层中的近似传播路径；S3、分别计算电磁波在电离层的每一层中传播时的吸收率；S4、根据电磁波的吸收率和电磁波在电离层的每一层中的传播距离，得到各层的吸收损耗；S5、对电磁波在电离层各层中的吸收损耗求和再加上自由空间传播损耗得到总损耗。进一步地，所述的步骤S1过程如下：将电离层由低至高分为D层、E层、F1层、F2层，各层的厚度dhi分别为40km、40km、80km、250km，其中D层以下的大气层的厚度为50km，式中，i＝1、2、3、4，i＝1代表D层，i＝2代表E层，i＝3代表F1层，i＝4代表F2层。进一步地，所述的步骤S2过程如下：S21、假设电磁波从大气层射入电离层的角度θ0为45°，计算电磁波在电离层各层中传播的折射率，该折射率由该层的电子密度和电磁波的频率所决定，计算公式如下：其中，ni为第i层的折射系数，Ni为第i层的电子密度，单位：m-3，f为电磁波的频率，单位：Hz；S22、计算电磁波从第i层射入第i+1层的入射角度θi，计算公式如下：nisinθi＝ni+1sinθi+1(2)S23、计算电磁波在电离层第i层中的经过的路径长度xi，计算公式如下：进一步地，所述的步骤S3中，电磁波在电离层中传播时，电离层第i层对电磁波的吸收率βi，由电磁波的频率f、该层的等离子体角频率ωpi及电子碰撞角频率ωci决定，计算公式如下：其中，式中，c为光速，lm为取虚部，ω＝2πf为电磁波的角频率。进一步地，所述的步骤S4过程如下：电离层对电磁波的总吸收损耗La(dB)为各层吸收损耗之和，每层的吸收损耗为吸收率与路径的乘积，损耗La的单位为dB，总吸收损耗的计算公式如下：进一步地，所述的步骤S5过程如下：S51、计算电磁波在传播过程中的自由空间传播损耗，自由空间传播损耗Lp的单位为dB，计算公式如下：Lp＝32.44dB+20lgd+20lgf(8)式中，d为电磁波的传播总路径长度，单位：km，f为电磁波的频率，单位：MHz。S52、将电磁波的自由空间传播损耗与电离层各层的吸收损耗相加，即为电磁波在电离层中传播的总损耗，计算公式如下：Ltotal＝La+Lp(9)。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术根据电磁波在电离层中不同高度的传播路径来计算损耗，更为科学合理。2、本专利技术可以根据计算精度要求和电离层状态对电离层进行不同的分层，灵活性较强。3、本专利技术计算简单，准确度高，可适用于各种经电离层反射的天波通信系统。附图说明图1是本专利技术中公开的电磁波在电离层中的传播路径示意图；图2是本专利技术中公开的电磁波在电离层中的折射等效图；图3是本专利技术中公开的一种测量电离层中天波传播损耗的方法的流程步骤图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本实施例公开了一种测量电离层中天波传播损耗的方法，用于测量以电离层反射为基础的天波通信中电磁波的传播损耗，通过该测量方法可以得到电磁波经过电离层时的传播损耗。如图3所述，该测量电离层中天波传播损耗的方法的步骤包括：S1、根据测量时刻电离层的状态对其按高度进行垂直方向上的分层；S2、根据所用电磁波的频率和发射天线的角度，确定电磁波在电离层各层中的近似传播路径；S3、分别计算电磁波在电离层的每一层中传播时的吸收率；S4、根据电磁波的吸收率和电磁波在电离层的每一层中的传播距离，得到各层的吸收损耗；S5、对电磁波在电离层各层中的吸收损耗求和再加上自由空间传播损耗得到总损耗。以下对各步骤进行详细说明。步骤S1、电离层分层由于电离层的各种参量的变化与地理位置、季节、地方时等因素有关，电离层的具体分层可由电离层当时的状态所决定。本实施例中将电离层由低至高分为D层、E层、F1层、F2层，各层的厚度dhi分别为40km、40km、80km、250km，其中D层以下的大气层的厚度为50km。其中，i＝1，2，3，4，i＝1代表D层，i＝2代表E层，i＝3代表F1层，i＝4代表F2层。步骤S2、确定电磁波在电离层各层中的近似传播路径电磁波在电离层各层中的折射路径由电离层各层对电磁波的折射率和电磁波的入射角度决定。本实施例中，电磁波从大气层射入电离层的角度θ0为45°。而电磁波在电离层各层中传播的折射率由该层的电子密度和电磁波的频率所决定。可由下式计算：其中，ni为第i层的折射系数，Ni为第i层的电子密度(单位：m-3)，f为电磁波的频率(单位：Hz)。故电磁波从第i层射入第i+1层的入射角度θi可由下式计算：nisinθi＝ni+1sinθi+1(2)如图2所示，电磁波在电离层第i层中的经过的路径长度xi可由下式计算：步骤S3、计算电离层各层对电磁波的吸收率电磁波在电离层中传播时，电离层第i层对电磁波的吸收率βi，由电磁波的频率f、该层的等离子体角频率ωpi及电子碰撞角频率ωci决定，计算公式如下：其中，式中，c为光速，lm为取虚部，ω＝2πf为电磁波的角频率。步骤S4、计算电离层的吸收损耗电离层对电磁波的总吸收损耗La(dB)为各层吸收损耗之和，每层的吸收损耗为吸收率与路径的乘积，总吸收损耗可由下式计算：由于电磁波在入射到最大高度后会被反射回地面，故路径应为式(3)中计算的两倍。步骤S5、计算自由空间传播损耗电磁波在传播的整个过程中，除了电离层产生的吸收损耗外，还存在自由空间传播损耗，自由空间传播损耗Lp(dB)可由下式计算：Lp＝32.44dB+20lgd+20lgf(8)式中，d(km)为电磁波的传播总路径长度，f(MHz)为电磁波的频率。最后，将电磁波的自由空间传播损耗与电离层各层的吸收损耗相加，即为电磁波在电离层中传播的总损耗。可由下式计算：Ltotal＝La+Lp(9)。综上所述，对于以电离层反射为基础的天波通信中电磁波在电离层中的传播损耗的计算，此方法对状态复杂的电离层进行分层计算吸收损耗，并加上自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量电离层中天波传播损耗的方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：S1、根据测量时刻电离层的状态对其按高度进行垂直方向上的分层；S2、根据所用电磁波的频率和发射天线的角度，确定电磁波在电离层各层中的近似传播路径；S3、分别计算电磁波在电离层的每一层中传播时的吸收率；S4、根据电磁波的吸收率和电磁波在电离层的每一层中的传播距离，得到各层的吸收损耗；S5、对电磁波在电离层各层中的吸收损耗求和再加上自由空间传播损耗得到总损耗。

【技术特征摘要】
1.一种测量电离层中天波传播损耗的方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：S1、根据测量时刻电离层的状态对其按高度进行垂直方向上的分层；S2、根据所用电磁波的频率和发射天线的角度，确定电磁波在电离层各层中的近似传播路径；S3、分别计算电磁波在电离层的每一层中传播时的吸收率；S4、根据电磁波的吸收率和电磁波在电离层的每一层中的传播距离，得到各层的吸收损耗；S5、对电磁波在电离层各层中的吸收损耗求和再加上自由空间传播损耗得到总损耗。2.根据权利要求1所述的一种测量电离层中天波传播损耗的方法，其特征在于，所述的步骤S1过程如下：将电离层由低至高分为D层、E层、F1层、F2层，各层的厚度dhi分别为40km、40km、80km、250km，其中D层以下的大气层的厚度为50km，式中，i＝1、2、3、4，i＝1代表D层，i＝2代表E层，i＝3代表F1层，i＝4代表F2层。3.根据权利要求2所述的一种测量电离层中天波传播损耗的方法，其特征在于，所述的步骤S2过程如下：S21、假设电磁波从大气层射入电离层的角度θ0为45°，计算电磁波在电离层各层中传播的折射率，该折射率由该层的电子密度和电磁波的频率所决定，计算公式如下：其中，ni为第i层的折射系数，Ni为第i层的电子密度，单位：m-3，f为电磁波的频率，单位：Hz；S22、计算电磁波从第i层射入...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋欢，黎俊文，邢晓芬，陈光科，陈敏园，颜子翔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44