專利名稱：基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短波通信頻率的選擇方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波通信頻率的選擇方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
短波通信是利用高空電離層的反射或散射而進行的通信，可實現(xiàn)長距離通信傳輸。電離層按照電子分布的情況，通常分成三個層，按高度由下向上，分別稱為D層、E層、 F層(日間分為Fl和F2層)。由于電離層變化不規(guī)則，易造成短波通信鏈路不穩(wěn)定。欲建立可靠的短波通信，不能在短波頻段內(nèi)任意選擇一個頻率。在給定距離和方向的路徑上，在一定時間內(nèi)短波通信只能用一個有限的頻帶(徐義君等，基于短波的天波傳播衰減預測模型研究，《微型機與應用》2010年第四卷第18期)。所以需對短波通信頻率進行選擇。短波通信主要依靠E層和F2層的反射進行，其中E層是比較穩(wěn)定的層，E層的通信頻率選擇也相對簡單；而F2層是電離層的最高電離區(qū)域，它除受太陽輻射作用外，還受到風、擴散、漂移等動力學效應的強烈影響，F(xiàn)2層的通信頻率選擇較為復雜和困難。短波通信頻率選擇可采用國際參考電離層aRI)模型進行，IRI模型是依據(jù)較長時間內(nèi)收集到的觀察資料而建立的，是反映電離層變化的一種預報值。其優(yōu)點是一旦建立后就能長期使用，可將參數(shù)固化在設備內(nèi)，不需要頻繁更新。根據(jù)此模型已經(jīng)有很多成熟的信道計算方法和經(jīng)驗(馮曉哲等，短波單站定位中的準拋物電離層參數(shù)實時修正，電子信息對抗技術(shù)，2008年9月第5期)。但是，由于IRI給出的是電離層的平均模式，它不能對電離層的實時或短期狀態(tài)進行預報。由于影響電離層的因素很多，許多因素又帶有較大的隨機性，而目前對各種因素的相互關(guān)系、變化規(guī)律及內(nèi)部機制等又未完全搞清，有很多“不規(guī)則”變化。所以利用該模型得到的電離層參數(shù)精度一般都不太好。(劉經(jīng)南、陳俊勇，廣域差分GPS原理和方法，測繪出版社，1997)并且，由于沒有采用中國地區(qū)的資料，IRI計算的結(jié)果在中國出現(xiàn)一定的偏離； 且該方法計算量和數(shù)據(jù)量很大，不適合嵌入式設備使用。GNSS廣域增強系統(tǒng)不斷播發(fā)全球經(jīng)緯度格網(wǎng)交叉點(格網(wǎng)點，IGP)相對于GPS Ll 頻率的電離層垂直延遲改正值。GNSS廣域增強系統(tǒng)發(fā)布的是準實時數(shù)據(jù)，相比IRI的電離層經(jīng)驗值，具有精度上、實時性上的優(yōu)勢。但是該數(shù)據(jù)一直沒有用于對短波通信頻率的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，可用于通信距離在4000km以內(nèi)的(F2層單跳模式)船臺到岸臺的短波通信頻率的選擇。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，包括以下步驟計算通信鏈路的第一位置和第二位置之間的路徑中間點點的經(jīng)緯度；通過衛(wèi)星導航接收機接收廣域增強信息，獲得電離層格網(wǎng)點排序信息及其對應的電離層垂直傳輸延遲值；查找與通信鏈路的路徑中間點最接近的至少一個電離層格網(wǎng)點；查找上述電離層格網(wǎng)點對應的電離層垂直傳輸延遲值；計算通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值；將上述的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值轉(zhuǎn)換為電離層電子濃度總含量值(TEC)；將上述的電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換為電離層F2層的臨界頻率的值(&F2)；根據(jù)上述計算的電離層F2層的臨界頻率計算對應的短波通信頻率。根據(jù)本發(fā)明的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法的一實施例，在計算通信鏈路的路徑中間點的步驟中，根據(jù)第一位置和第二位置的經(jīng)緯度，計算通信鏈路的路徑中間點的經(jīng)緯度，其中第一位置是海岸電臺的位置且是已知的，第二位置是船臺的位置且由船舶衛(wèi)星導航定位獲得；查找與通信鏈路的路徑中間點最接近的若干個電離層格網(wǎng)點的步驟中，電離層格網(wǎng)點的數(shù)量為4個。根據(jù)本發(fā)明的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法的一實施例，在計算通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值的步驟中，使用公式Dmid = Ii1 · VDJk2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid為通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值，VDpVD2、VD3、 VD4分別為四個電離層格網(wǎng)點的電離層垂直傳輸延遲值，Ic1 k4為加權(quán)值，其取值范圍0 1且1^+1 +! +! = 1，并且Ic1 k4跟通信鏈路的路徑中間點與所述四個電離層格網(wǎng)點的直線距離成反比。根據(jù)本發(fā)明的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法的一實施例，將上述的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值轉(zhuǎn)換為電離層電子濃度總含量值的步驟中，使用公式
權(quán)利要求
1.一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，其特征在于，包括以下步驟(1)計算通信鏈路的第一位置和第二位置之間的路徑中間點的經(jīng)緯度；(2)通過衛(wèi)星導航接收機接收廣域增強信息，獲得電離層格網(wǎng)點排序信息及其相應的電離層垂直傳輸延遲值；(3)查找與通信鏈路的路徑中間點最接近的至少1個電離層格網(wǎng)點；(4)查找步驟C3)所述的電離層格網(wǎng)點對應的電離層垂直傳輸延遲值；(5)計算通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值；(6)將步驟( 所述的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值轉(zhuǎn)換為電離層電子濃度總含量值 (TEC)；(7)將步驟(6)所述的電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換為電離層F2層的臨界頻率的值 (f0F2)；(8)根據(jù)上述計算的電離層F2層的臨界頻率計算相應的短波通信頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，根據(jù)第一位置和第二位置的經(jīng)緯度，計算通信鏈路的路徑中間點的經(jīng)緯度，其中第一位置是海岸電臺的位置且是已知的，第二位置是船臺的位置且由船舶衛(wèi)星導航定位獲得；在所述步驟(3)中，電離層格網(wǎng)點的數(shù)量為4個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，其特征在于，在所述步驟(5)中，使用公式Dfflid = & · VD^k2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid為通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值，VD1, VD2, VD3、VD4 分別為四個電離層格網(wǎng)點的電離層垂直傳輸延遲值，Iq k4為加權(quán)值，其取值范圍0 1 且ki+k2+k3+k4 = 1，并且Ic1 k4跟通信鏈路的路徑中間點與所述四個電離層格網(wǎng)點的直線距離成反比；在所述步驟(6)中，使用公式Cf2TEC = J^Dmid公式中TEC為電離層電子濃度總含量值，c為光速，f為導航信號頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，其特征在于，在所述步驟(7)中，使用公式2 _ 4.13 X 1.24X IO10XiZ0公式中foF2為電離層F2層的臨界頻率，H0為氧原子標高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法，其特征在于，在所述步驟(8)中，使用ITU-R P. 1240-1《基本最高可用頻率(MUF)、實際MUF和射線預測方法》中3. 1、6和7等相關(guān)章節(jié)提供的方法進行計算，得到最佳通信頻率(OWF)。
6.一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)，其特征在于，包括路徑中間點計算模塊、電離層格網(wǎng)點排序信息獲取模塊、電離層格網(wǎng)點查找模塊、電離層垂直傳輸延遲獲取模塊、加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值計算模塊、電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換模塊、電離層F2層臨界頻率值轉(zhuǎn)換模塊、短波通信頻率選擇模塊，其中所述路徑中間點計算模塊，計算第一位置和第二位置之間的通信鏈路的路徑中間點；所述電離層格網(wǎng)點排序信息獲取模塊，通過衛(wèi)星導航接收機接收廣域增強信息，獲得電離層格網(wǎng)點排序信息；所述電離層格網(wǎng)點查找模塊，查找與通信鏈路的路徑中間點最接近的至少一個電離層格網(wǎng)點；所述電離層垂直傳輸延遲獲取模塊，在衛(wèi)星導航接收機接收的廣域增強信息中，獲得上述至少一個電離層格網(wǎng)點對應的電離層垂直傳輸延遲值；所述加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值計算模塊，計算通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值；所述電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換模塊，將上述的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值轉(zhuǎn)換為電離層電子濃度總含量值；所述電離層F2層臨界頻率值轉(zhuǎn)換模塊，將上述的電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換為電離層F2層的臨界頻率的值；所述短波通信頻率選擇模塊，根據(jù)上述計算的電離層F2層的臨界頻率( !^)計算相應的短波通信頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)，其特征在于，在所述路徑中間點計算模塊中，根據(jù)第一位置和第二位置的經(jīng)緯度，計算通信鏈路的路徑中間點的經(jīng)緯度，其中第一位置是海岸電臺的位置且是已知的，第二位置是船臺的位置且由衛(wèi)星導航定位獲得；在所述電離層格網(wǎng)點查找模塊中，電離層格網(wǎng)點的數(shù)量為4個。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)，其特征在于，在所述加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值計算模塊中，使用公式Dfflid = & · VD^k2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid為通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值，VD1, VD2, VD3、VD4 分別為四個電離層格網(wǎng)點的電離層垂直傳輸延時，h k4為加權(quán)值，其取值范圍0 1且 k1+k2+k3+k4 = 1，并且Ic1 k4跟通信鏈路的路徑中間點與所述四個電離層格網(wǎng)點的直線距離成反比；在所述電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換模塊中，使用公式
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)，其特征在于，在所述電離層F2層臨界頻率值轉(zhuǎn)換模塊中，使用到公式
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇系統(tǒng)，其特征在于，在所述短波通信頻率選擇模塊中，使用ITU-R P. 1240-1《基本最高可用頻率(MUF)、實際MUF和射線預測方法》中3. 1、6和7等相關(guān)章節(jié)提供的方法進行計算，得到最佳通信頻率(OWF)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星導航廣域增強系統(tǒng)的短波頻率選擇方法和系統(tǒng)，其技術(shù)方案為計算通信鏈路的第一位置和第二位置之間的路徑中間點；通過衛(wèi)星導航接收機接收廣域增強信息，獲得電離層格網(wǎng)點排序信息及其相應的電離層垂直傳輸延遲值；查找與通信鏈路的路徑中間點最接近的若干個電離層格網(wǎng)點；查找上述若干個電離層格網(wǎng)點對應的電離層垂直傳輸延遲值；計算通信鏈路的路徑中間點的加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值；將加權(quán)電離層垂直傳輸延遲值轉(zhuǎn)換為電離層電子濃度總含量值；將電離層電子濃度總含量值轉(zhuǎn)換為電離層F2層的臨界頻率的值；根據(jù)電離層F2層的臨界頻率計算對應的短波通信頻率。本發(fā)明的有益效果是相比傳統(tǒng)的方法具有精度上、實時性上的優(yōu)勢，計算量和數(shù)據(jù)量大大減少，并且可以克服中國地區(qū)電離層資料不足的困難。
文檔編號H04B7/185GK102340343SQ201110196279
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者陳滌非 申請人:上海埃威航空電子有限公司