海洋信号反射模型的分析范文

《气象水文海洋仪器》2018年第1期

摘要：本文通过分析电离层的结构以确定信号传输的最大频率和截止频率，并获得最佳频率。考虑到空气吸收、电离层折射和海洋湍流，在不同的传输阶段建立信号传播损耗模型。首先通过引入菲涅耳公式和麦克斯韦方程，在第一次反射后得到信号损失，并用它们建立海洋反射模型。之后，测量最佳工作频率以获得关于粗糙海面反射的强度和信噪比。最后计算出湍流海面的第一反射强度为122.41dB，信噪比为2.09dB，低于平静海面，最大跳数达到2。

关键词：信号传输；信噪比；海洋反射

目前，基于无线电广播技术的无线电广播、无线电视、各种移动通信和无线数据网络已经在无线通信领域被广泛使用和不断更新。高频无线电波已被广泛用于基于地理位置信息提供服务。微信等基于位置的消费信息服务和社交软件，其功能是基于手机、导航仪等终端设备发送和接收信号来获取距离、角度等测量信息，并使用定位算法将这些测量信息转换为坐标信息。因此，无线电波的基础研究对于实现其应用价值具有重要的指导意义。

一、确定高频无线电波传输频率

高频无线电波的频率既不能高于最大可用频率也不能低于最低可用频率。当它高于最大可用频率时，它将穿透电离层并扩散到外层空间。当它低于最低可用频率时，电离层会增加无线电波的能量，这是由无线电波的碰撞引起的。当它达到低点时，很难确保通信所必需的信噪比。图1分别显示了早上和晚上的电离层电子分布和电离层分层，其电子密度显示在层状结构的垂直方向上，并且在约300km高度处达到最大值。根据电子密度随高度和电子分布的变化，电离层可分为D层、E层和F层。D层是电离层的底部，位于电离层底部约60km〜90公里。在夜晚，大气中的电子大量消失，甚至在夜间D层也不存在。E层其电子密度的峰值通常在110公里至120公里之间，而在低纬度地区则会降低约10公里。日落后，E层电子密度峰值在夜间降至最低值。F层在E层以上数百甚至数千公里，是电离层的主要区域。

二、确定海上无线电波的第一反射强度

为了确定HF在海平面的第一反射，首先需要确定其在每个过程中的能量损失。初始功率为100W，在从基站发射后，它经历了多个反射和折射阶段，每个阶段都会造成一定的能量损失。

三、确定高频无线电波的多跳路径

当一定频率的无线电波在空中时常与其他独立于信号的频率成分混合在一起时就是我们所说的噪声。根据噪声与信号的关系，噪声一般可分为加性噪声和乘性噪声。无线电波在存在最大数量的高斯噪声的情况下，是加性噪声。

四、结论

本文模型建立了合理的海洋信号反射数学模型，解决了海洋首次反射强度问题。该模型讨论了地面和海洋两种不同情况下无线电波的反射。同时，该模型还指出，在基站与海上船舶通信过程中，应尽可能增加发射功率，以降低噪声，以此适应船舶在海上运行波涛汹涌的海面，提高通信质量。

作者：朱建豪1；赵鹏2；程伟昊3 单位：1、南京信息工程大学数学与统计学院，2、南京信息工程大学计算机与软件学院，3、南京信息工程大学物理与光电工程学院