基于C3I系統(tǒng)的短波通信仿真建模

式中，x1為發(fā)射端的地理緯度；y1為發(fā)射端的地理經(jīng)度；x2為接收端的地理緯度；y2為接收端的地理經(jīng)度。北緯緯度取正值，南緯緯度取負(fù)值，(y1-y2)為收發(fā)兩點間的經(jīng)度間隔。
(2)求射線仰角△
由圖1可得：

式中，h是電離層高度，其值可由經(jīng)驗值獲得。
2．2 電離層吸收損耗
電離層吸收損耗La分為偏移吸收和非偏移吸收，前者指反射區(qū)的吸收，后者指電離層D、E區(qū)域的吸收。一般偏移吸收損耗極小(≤1 dB)，可以忽略。工程中常用以下半經(jīng)驗公式:

式中(以h=100 km為例，下同)，θ0是100 km高度處的電波入射角,fH是100 km高度處的平均值，單位為MHz，n是跳數(shù)，Ii是吸收系數(shù)。Ii的計算公式為：

式中，R12為12個月太陽黑子的流動平均值，xi為穿透吸收區(qū)的太陽天頂角平均值。
仿真中采用數(shù)學(xué)計算和選取典型值的方法模擬。
(1)求電波入射角θ0將h=100 km代人式(6)。
(2)求磁旋頻率fH我國經(jīng)緯度大致范圍為北緯：22°~55°，東經(jīng)75°~135°，查100 km處磁旋頻率的世界地圖可得FH的取值范圍為1．2～1．5 MHz。為計算簡便，定義如下：若反射點的緯度位于北緯22°～35°，fH=1．3 MHz；北緯35°～45°，fH=1．4 MHz；北緯45°～55°，fH=1．5 MHz。
(3)求12個月太陽黑子的流動平均值R12 該值無法計算，可查表求得。
(4)求太陽天頂角xi某地某時刻的太陽天頂角是指太陽射線(光線)直射到地球經(jīng)緯度上，再繼續(xù)延伸到地心，此延伸線(即太陽直射線)與電臺所在地理經(jīng)緯度到地心的直線之間的夾角。某地的太陽天頂角的大小和該地的地理位置、季節(jié)、時間有關(guān)。
仿真可按下列步驟進行：
(1)確定太陽直射線在地球上的經(jīng)度太陽直射線1天(24 h)經(jīng)過經(jīng)度線360°，每小時經(jīng)過15°，每分鐘經(jīng)過0．25°，每秒鐘經(jīng)過0．004 166 667°。太陽直射線投射到東經(jīng)120°經(jīng)度面時是我國中午12時0分0秒，計算120°E以西時間由12時減，計算120°E以東時間由12時加；計算 120°E以西的經(jīng)度由120°E減，計算120°E以東的經(jīng)度由120°E加。如12時30分，太陽直射位置在：120°-30x0．25°=112． 5°E
(2)確定太陽直射線在地球上的緯度太陽直射線經(jīng)過的地球緯度線以1年為周期：由南緯23．5°到北緯23．5°，再回到南緯23．5°。春分和秋分這兩天，太陽直射赤道，緯度為0°。夏至和冬至?xí)r太陽分別直射在北回歸線23．5°N和南回歸線23．5°S。太陽直射線經(jīng)歷緯度范同為0°～23．5°。太陽直射線每天經(jīng)過的緯度是：23．5／91．25(1個季度的天數(shù))=0．257 534 247°；每小時經(jīng)過的緯度是：23．5／(91．25x24)=0．01O 730 594°；每分鐘經(jīng)過的緯度是：23．5／(91．25x24x60)=0．000 178 843°；每秒鐘經(jīng)過的緯度是：23．5／(91．25x24x60x60)=0．000 002 981°。例如，如果是第2個季度，計算某天某時某分鐘的太陽直射線所在的緯度，要首先計算這一天到春分的天數(shù)。假設(shè)某年春分為4月3日。計算4月23日 12時30分太陽直射線所在的緯度：

{[20(天)x24(時)+12(時)]x60(分)+30(分)}x0．000 178 843=5．284 810 65°N
根據(jù)上述計算，可得出4月23日12時30分太陽直射線所在的經(jīng)緯度是(112．5°E，5．284．810 65°N)。
(3)確定太陽頂角由式(5)計算出太陽直射位置與電臺所在位置的地球中心夾角即是所求的太陽頂角。
2．3 多跳地面反射損耗
在天波多跳傳播模式中，傳播損耗不僅要考慮電波二次進入電離層，還要考慮地面反射的損耗(LR)。考慮圓極化波，地面反射損耗計算式如下；

式中，RV和RH分別為垂直極化和水平極化的反射系數(shù)。RV和RH的表示式分別為：

式中，εr是復(fù)介電常數(shù)，σ是地表面導(dǎo)電率，λ是工作波長。
仿真時，只考慮陸地(εr=4和σ=10-3 S／m)和海面(εr=80和σ=5 S／m)。若為多跳傳播，應(yīng)將求得的數(shù)值乘以(n-1)，即多次地面反射損耗的總和值。