【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于短波信道模型仿真计算领域，特别涉及该领域中的一种基于射线追踪算法和its模型的宽带短波信道仿真计算方法。
技术介绍
1、短波和卫星是两种重要的通信手段，与卫星通信相比，短波通信有很多优势，比如建设和维护费用低、设备简单、机动灵活以及抗摧毁能力强等，因此在军事通信领域占据重要地位。短波通信主要利用天波通过电离层反射传播，不需要使用中继站就能实现远距离通信。同时，由于电离层的开放性和不可毁灭性，与电缆、光缆、卫星等通信手段相比，短波通信在实现远距离通信的过程中占有很大优势。短波通信的组网方式非常方便、快速，机动性很强，抵抗自然灾害和战争毁灭的能力比较强，而且设备的体积较小，频率的改动非常方便，可以有效避开人为干扰，恢复能力强。
2、实际应用过程中，短波信号传播区域覆盖了不同区域电离层的各种不均匀体结构，已有基于统计数据建立的经验模型无法解决短波信号传播的高精度预测问题。在短波传播链路计算过程中，利用这些模型计算时往往存在较大的误差，在工程应用中存在各种不足之处。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题就是针对短波信号传播问题，考虑传播路径上不同纬度地区电离层对短波信号的影响，提供一种基于射线追踪算法和its模型的宽带短波信道仿真计算方法。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于射线追踪算法和its模型的宽带短波信道仿真计算方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
4、步骤1，设定发射点位置、接收点位置的地理经纬度
5、步骤2，利用电离层背景模型计算电离层电子密度及其在各方向的变化梯度：对于纬度小于等于60°的中低纬度地区采用国际参考电离层iri模型计算三维电子密度分布，对于纬度大于60°的高纬度及极区采用echarm模型计算三维电子密度分布；
6、步骤3，利用三维射线追踪算法计算短波信号在收发点位置之间传播的传播参数，包括最小时延、最大时延、平均时延和多普勒频移；
7、步骤4，以三维射线追踪算法计算得到的传播参数或者试验数据得到的传播参数为输入，根据its模型获得短波信道的冲击响应函数。
8、进一步的，所述步骤3具体为：
9、步骤31，根据设置的发射点位置xa，ya和接收点位置xb，yb，计算发射点位置到接收点位置的方位角β：
10、计算两点之间的坐标差δx＝xa-xb,δy＝ya-yb，如果δx>0,δy>0，则β＝arctg(δy/δx)；如果δx<0,δy>0，则β＝180°-arctg(δy/δx)；如果δx<0,δy<0，则β＝180°+arctg(δy/δx)；如果δx>0,δy<0，则β＝360°-arctg(δy/δx)；
11、步骤32，利用三维射线追踪算法计算射线的传播路径：
12、
13、上式中，ω为入射波频率，c为光速，r,θ和为球坐标系中射线路径坐标，kr,kθ和为波矢在球坐标系中的分量，p'为射线群路径，δf为多普勒频移，t为时间，h为哈密顿算子：
14、
15、上式中，n为电离层折射指数：
16、
17、上式中，m为电子质量，e为电子电量，bl为地磁场在电磁波传播方向的投影，bt为地磁场在垂直于电磁波传播方向的投影，n为电子密度，“+”为寻常波，“-”为非寻常波，ε0为真空介电常数；
18、步骤33，根据步骤31的计算结果设置方位角，并设置群路径计算步长、仰角范围、仰角步长；
19、步骤34，根据以上步骤计算指定频率不同仰角情况下的射线路径，得到最大时延、最小时延、平均时延和多普勒频移，时延t的计算方法为：
20、t＝p'/c
21、上式中，c为光速。
22、进一步的，所述步骤4具体为：
23、步骤41，its模型的结构是以时变信道脉冲响应的形式来描述的，该时变脉冲响应定义为时间t和时延变量τ的函数，其表达式为：
24、
25、上式中，n＝1,2,…n表示多径模式，hn(t,τ)代表第n条短波传播路径的冲激响应，包括三个部分：随机调制函数ψn(t,τ)、确定相位函数dn(t,τ)和延迟功率剖面函数pn(τ)；
26、步骤42，随机调制函数仿真：
27、使用正弦波叠加法来构建宽带信道模型中的随机调制函数；
28、步骤43，确定相位函数仿真：
29、确定相位函数定义为：
30、
31、根据欧拉公式：
32、d(t,τ)＝cos2π[fs+b(τ-τc)]t+jsin2π[fs+b(τ-τc)]t
33、写成离散的形式为：
34、
35、上式中，τ是时延变量；τc是功率峰值对应的时延；τl是功率为接收门限时的延迟下限，b是相对于τ的多普勒频移变化率；fs是τ＝τc时的多普勒频移，fsl表示在τ＝τl时的多普勒值，fts表示信道的采样频率；
36、步骤44，延迟功率剖面仿真：
37、延迟功率剖面函数的数学统计模型为：
38、
39、上式中，a是接收信道的功率峰值，α表示延迟功率剖面曲线形状的参数；γ(·)为伽马分布函数；τ是时延变量；τc是功率峰值对应的时延，δ控制时延扩展的宽度。
40、本专利技术的有益效果是：
41、本专利技术所公开的方法，实现了宽带短波信道仿真计算，得到的短波信道模型考虑了电离层引起的短波信号时延、多普勒扩展效应，可以仿真计算全球任意区域短波链路信道。
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1.一种基于射线追踪算法和ITS模型的宽带短波信道仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于射线追踪算法和ITS模型的宽带短波信道仿真计算方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
3.根据权利要求1所述基于射线追踪算法和ITS模型的宽带短波信道仿真计算方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于射线追踪算法和its模型的宽带短波信道仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于射线追踪算法和its模型的宽带短波信道...
【专利技术属性】
技术研发人员：班盼盼，孙树计，徐彤，孙凤娟，陈春，胡艳莉，胡冉冉，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：
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