基于频率预测算法的极地远程短波通信关键技术研究

摘要

《中国海洋发展报告（2015）》围绕党的十八大提出合作与发展是当今海洋事务的主流；中国不断努力营造一个和平、稳定、繁荣的海上周边环境，致力于周边地区的和平稳定、互利共赢，提出建设21世纪海上丝绸之路的战略构想[1]。 上世纪八十年代以来，国家对南极洲的研究不断深入，目前我国在南极已经建成了四个科学考察站，泰山南极考察站是我国在南极洲大陆靠近沿海的第四个科考站[2]。但由于南极到中国大陆的通信距离超过一万公里，横跨南北半球，要实现极地到大陆的数据的可靠传输很不方便，目前在极地使用较多的通信手段是卫星[2]。但与此同时，卫星通信也存在一些缺点，它的通信费用很高，而且即使是卫星通信，也无法实现对极地的全领域覆盖，存在通信盲区，最致命的是在太阳耀斑活跃期，卫星通信可能会完全中断，无法工作。而短波的通信费用低廉，维护方便，且通信本身基础设施一次搭建后可长期使用，由短波通信的通信原理是依靠电离层的反射来实现的，而电离层是相对稳定的，所以在太阳风暴爆发期间，或者太阳耀斑活跃期也能工作，而且短波通信信号基本上可以覆盖整个南极区域，所以考虑使用短波来作为极地通信在特殊时期的备用通信链路。 本文先是介绍了短波通信系统的组成结构和研究现状，以及其在特殊天气条件下的优势，并提出了课题的总体构想。然后介绍了短波无线通信的一些基本工作原理以及相应性能参数，根据短波通信带宽不高只能达到十几kbps的现状,提出了将目前比较成熟的BPSK、QPSK等通信调制方法应用到短波通信中来，这样一来短波通信的带宽有望达到100kbps量级，并简述了短波多跳路径的概念。再根据短波自适应通信的概念和发展，提出了将长期频率预测和 RTCE实时信道估算相结合的频率预测方法，且加入了短波的传输参数，能够更加准确的对短波传输的最佳频率进行预测。接着设计了一种依靠短波超远距离的传播特性的总的传输模型，并进行了相关数据的验证，保证了模型的可靠性，这样一来就可以解决在一些极端条件下普通的卫星通信无法使用的问题，提高了方案的可行性。最后使用了一种基于历史记录数据的长期频率预测和 RTCE相结合的常规频率预测方法，再把VOACAP软件预测加入到选频中来，成为了一种全新的混合频率预测方法。然后根据大陆到南极洲的一个通信实例设计了一个短波传播的链路模型，并计算了发射功率和频率等传播参数，结合传播损耗，保证了链路模型的可行性。 最后通过实例对比分析常规频率预测方法和软件预测方法的预测结果，混合预测方法的频率预测精度能够达到80~90%，验证了混合预测方法的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 基于频率预测的极地远程短波通信的体系结构

1.3 短波通信系统的研究现状

1.4 短波通信的优势

1.5 课题的总体构想

1.6 章节安排

第二章 短波通信以及常用的通信控制技术

2.1短波通信的基本原理

2.2短波中常用的通信控制策略

2.3 本章小结

第三章 基于长期预测与RTCE相结合的常规频率预测

3.1 短波自适应通信的概念

3.2 基于长期预测和RTCE相结合的常规频率预测

3.3 本章小结

第四章 极地远程短波通信的多跳路径及传输参数设计

4.1 短波多跳路径设计

4.2 实现大陆到极地通信的发射频率与功率设计

4.3 传播损耗

4.4 实现大陆到极地通信的最低发射功率设计

4.5 本章小结

第五章 常规预测与软件预测相结合的预测方法

5.1 VOACAP预测软件

5.2 常规预测与VOACAP仿真预测

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢