一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法技术

本发明专利技术公开了一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法，特别涉及一种使用非线性预测模型、人工神经网络求解各传输过程传输损耗的方法。这种方法成功将不同传输阶段的短波通讯网络的损耗预测出来，方便用户了解海陆短波通讯系统的传输损耗情况，有助于通讯设备制造商制造低损耗的海陆短波通讯系统。

【技术实现步骤摘要】
一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法
本专利技术涉及短波通讯领域，特别涉及一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法。
技术介绍
目前，存在多种海陆短波通讯网络传输损耗的预测方法，主要存在以下几种：1.传统的基于非线性公式的电波传播损耗预测，该方法具有简单容易计算、不需要大量数据的优点，但是由于实际情况过于复杂，因此基于非线性公式进行损耗预测的方法总是存在较大的误差。2.基于新型的人工神经网络进行损耗预测，该方法的优点是较第一种方法而言可以精确预测传输损耗，可以对不同地形的实测数据进行短波传播损耗预测，但是由于需要进行精确预测，所以需要提供大量的数据作为学习样本和预测样本，且训练需要花费较多时间。
技术实现思路
为了克服现有的传播损耗预测方法的不足，本专利技术方法提供了一种满足精度需求且简易的传播损耗预测方法，该简易方法不仅能在需求的精度范围内准确预测传播损耗，而且减少了对样本数据的数量要求，方便对传播损耗进行快速、准确预测。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法，包括以下步骤：首先，在海陆短波通讯系统中，传输损耗存在于接收端、发射端、电离层、空间损耗和海面反射上，由于接收端和发射端相较于整个传输过程的总损耗而言占比较小，所以实际预测传播损耗时基本上不考虑，因此对短波通讯系统的传输损耗预测主要集中在电离层、空间损耗和海面反射上。其次，基于人工神经网络得到不同工况下的最佳经验参数值，使用非线性公式对神经网络输出的最优经验参数值进行计算得到电离层和空间损耗，对于海面反射损耗，则需要基于PM谱进行三维海浪仿真，得到接收端海浪波形，同时测量出海水介电常数等数值，然后使用人工神经网络得到不懂风浪条件下的优化后的经验参数值，最后根据非线性公式和经验参数计算出海面的反射损耗。最后，将通过计算得到的传输损耗相加则得到整个短波通讯系统的传输损耗。由于在电离层损耗预测中使用的非线性公式含有经验参数，且该经验参数动态范围较大，因此对传输损耗的预测造成一定的偏差，因此我们采用神经网络对该经验参数进行训练，由此得到不同工况下最佳的经验参数值，从而解决经验数值使传输损耗预测偏差较大的缺点。由于海浪的三维波形仿真十分困难，在海洋科学中还没有提出较好的仿真模拟方法，因此我们同样采用人工神经网络对短波通信系统部署范围内的海洋数据参数值进行训练优化，再结合国际联盟给出的海洋观测数据进行比较验证，从而得到较好的参数值，减小与真实损耗值的误差。本专利技术方法相较于传统的非线性预测方法可以大幅度减小与真实值的误差，相比于全面采用人工神经网络的方法则可以更快速的给出较为准确的数据同时减少训练所需的样本数量，减少成本开支。本专利技术方法的有益效果是：避免了传统基于非线性公式进行预测的大误差并降低了使用神经网络进行损耗预测的成本，科研人员可以快速计算出短波通讯系统的传输损耗，方便及时优化短波通讯系统的设计，降低了短波通讯系统的开发成本等。专利技术所解决的是从一个家庭用非侵入式电表中分解出每个用电器的用电曲线的变化，在未知设备、未知设备状态和未知设备与未知设备状态三种情况下，分别分析出每种情况下的设备类型与实时状态。附图说明图1为海陆短波通讯网络传输损耗示意图；图2为空间传输短波路径示意图；图3为海面短波传输路径示意图。具体实施方式参照图1，海陆短波通讯系统的传输损耗由发射端损耗、电离层损耗、自由空间损耗、海面损耗、接收端损耗等依次构成。本专利技术的预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法，其具体步骤如下：首先，在海陆短波通讯系统中，传输损耗存在于接收端、发射端、电离层、空间损耗和海面反射上，由于接收端和发射端相较于整个传输过程的总损耗而言占比较小，所以实际预测传播损耗时基本上不考虑，因此对短波通讯系统的传输损耗预测主要集中在电离层、空间损耗和海面反射上。其次，基于人工神经网络得到不同工况下的最佳经验参数值，使用非线性公式对神经网络输出的最优经验参数值进行计算得到电离层和空间损耗，对于海面反射损耗，则需要基于PM谱进行三维海浪仿真，得到接收端海浪波形，同时测量出海水介电常数等数值，然后使用人工神经网络得到不懂风浪条件下的优化后的经验参数值，最后根据非线性公式和经验参数计算出海面的反射损耗。最后，将通过计算得到的传输损耗相加则得到整个短波通讯系统的传输损耗。上述方法中，最主要的计算集中在电离层自由空间传输损耗和海面损耗。图2所示为自由空间中短波传输的路径，由发射端发射，经自由空间传输到达电离层，经电离层反射后，在经自由空间传输到海面的接收端。由于不同频率短波的电离层反射位置不同，因此具有不同的损耗，且电离层参数受太阳直射等多种因素影响，较难测定，一般使用经验数值，但经验数值的动态范围较大，是计算较实际值存在较大的偏差，因此我们根据国际联盟提供的日常观测数值作为人工神经网络的输入端，并从网络输出端得到不同工况下不同频率下的最有经验数值，使得计算结果较实际损耗值误差较小。图3所示为海面短波传输的路径，经自由空间传播到达海面接收端，由于接收端的海况变化是实时动态的，因此难以精确预测。一般采用不同风浪条件下的经验数字进行模拟，但是存在较大误差，因此我们根据国际联盟提供的实时观测数据作为人工神经网络的输入端，将海水介电常数等参数作为网络的输出端，从而得到不同海况下的最优经验数值，使得计算结果较实际损耗值误差较小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，在海陆短波通讯系统中，传输损耗存在于接收端、发射端、电离层、空间损耗和海面反射上，由于接收端和发射端相较于整个传输过程的总损耗而言占比较小，所以实际预测传播损耗时基本上不考虑，因此对短波通讯系统的传输损耗预测主要集中在电离层、空间损耗和海面反射上；其次，基于人工神经网络得到不同工况下的最佳经验参数值，使用非线性公式对神经网络输出的最优经验参数值进行计算得到电离层和空间损耗，对于海面反射损耗，则需要基于PM谱进行三维海浪仿真，得到接收端海浪波形，同时测量出海水介电常数等数值，然后使用人工神经网络得到不同风浪条件下的优化后的经验参数值，最后根据非线性公式和经验参数计算出海面的反射损耗；最后，将通过计算得到的传输损耗相加则得到整个短波通讯系统的传输损耗。

【技术特征摘要】
1.一种预测海陆短波通讯网络传输损耗的简易方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，在海陆短波通讯系统中，传输损耗存在于接收端、发射端、电离层、空间损耗和海面反射上，由于接收端和发射端相较于整个传输过程的总损耗而言占比较小，所以实际预测传播损耗时基本上不考虑，因此对短波通讯系统的传输损耗预测主要集中在电离层、空间损耗和海面反射上；其次，基于人工神经网络得到不同工况下的最佳经验参数值，使用非线性公式对神经网络输出的最优经验参数值进行计算得到电离层和空间损耗，对于海面反射损耗，则需要基于PM谱进行三维海浪仿真，得到接收端海浪波形，同时测量出海水介电常数等数值，然后使用人工神经网络得到不同风浪条件下的优化后的经验参数值，最后...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄嘉毅，夏元兴，杨诗蕙，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32