[发明专利]短波区域应急机动通信半盲选频系统及其方法

说明书

本发明提供了一种短波区域应急机动通信半盲选频系统及其方法，从探测通信相融合的角度，综合利用宽带无源监测与低信噪比探测技术，首先基于全频段无源监测获取最佳工作频段内的先验扫描频率，避免全频段扫描引入的电磁污染，为利用现有窄带短波电台进行双向探测提供基础；进而基于便携式短波电台主动感知先验频率，实现频率优选，解决大功率独立探测存在的通信效能低、隐蔽性差的问题，对提升复杂环境下短波区域应急机动通信有重要意义。

技术领域

本发明涉及短波通信频率预测技术领域，具体涉及一种短波区域应急机动通信半盲选频系统及其方法。

背景技术

我国是一个自然灾难频发、多发的国家，地震、洪灾等灾害时有发生，给国民经济和人民生命财产造成很大损失。应急通信是支持预防准备、监测预警、处置救援、恢复重建等应急管理的各个环节快速、高效、安全、可靠运转的重要保障。作为一种重要的区域应急机动通信手段，短波近垂直入射天波(Near Vertical Incidence Skywave，NVIS)通信可以不受地形条件的限制，实现复杂地形区域300km范围无盲区全覆盖。在高山峡谷、丛林沟壑地带，由于卫星通信、超短波通信等手段受电波视距传播、恶劣天候环境等诸多因素限制，短波NVIS通信所特有的超视距传播特性与机动便携能力，使其成为唯一一种满足复杂地形300km区域范围内高中低空无盲区全覆盖需要的应急机动通信手段。

短波通信频段位于3-30MHz，短波NVIS天波是一种使用高仰角(近90°)天线的传播模式(如图1所示)，需要在电离层F₂层临界频率(f₀F₂)以下工作，否则将穿透电离层，不能达成通信。电离层临界频率f₀F₂与磁暴、吸收、太阳活动、纬度、天空气候环境等直接相关，随季节、月份、天时动态变化。因此，为了适应NVIS信道时变色散特性，短波NVIS通信必需解决通信频率的动态选取问题，选频的可靠性、时效性与机动性一直是制约短波NVIS机动通信发展的瓶颈问题之一。

目前，短波NVIS通信的频率规划主要采用电离层垂直探测仪来获取临界频率，在此基础上实现短波通信频率预报。电离层垂直探测仪垂直向上发射频率随时间变化的无线电脉冲，在同一地点接收这些脉冲的电离层反射信号，测量出电波往返的传递时延，从而获得反射高度与频率的关系曲线即电离层频高图。由此获取E、F1、F2和Es层的临界频率和最小频率、各层虚高等电离层特征参数，通过适当的换算还可从频高图反演得出电子密度随高度的分布情况。

中国电波传播研究所是电离层垂直探测仪的主要研制单位，并在国土范围内相继部署了19个固定探测站点，在整个短波波段(3-30MHz)上进行24小时连续探测。探测站点发射功率通常大于400瓦，有的甚至高达1000瓦，以获取可靠的电离层临界频率及其它参数。在获取当前电离层临界频率之后，通常在临界频率之下2MHz范围内等间隔给出可用的频率预报。由于探测系统与通信系统相互独立，所以这种等间隔划分获得的预报频率并没有经过实际的电离层信道测试，预报频率的可用性不足。

另一方面，由于现有探测站点大都建立在交通较为发达的大中型城市，边远地区电离层探测预报能力不足。为满足边远山区应急短波通信建设的需要，近年来电波传播研究所等多家单位相继研制了车载式机动型短波电离层垂直探测设备。但设备的发射功率大都在400瓦以上，在边远山区等复杂地形环境能源补给有限的情况下，这类主动探测设备的应用严格受限。

为此，最近电波传播研究所进一步研制开发了适用于单兵背负的被动式无源探测设备，以适用于复杂地形区域的电离层频率探测预报。被动探测的主要思想是将电波传播研究所在全国范围内构建的几十个探测站点作为信标台站，便携式电离层探测设备只需要接收各信标台站发送的探测信号，通过插值拟合获取远离信标台站区域的电离层传播特性参数。可见，这种被动探测方法，抛开发射部分使得设备体积功耗等大大下降，机动性、隐蔽性大大增强。但这种通过数值拟合估计的NVIS传播频率，受限于算法本身的精度，在信标信息难以覆盖的区域(陆地边境、远海岛礁)性能严重下降。