[發明專利]一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析方法及系統

有效

• 申請號: 202010779184.1
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112036011B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 謝慧;趙林;吳華寧;鄭龍根;馮慧婷
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發明提供了一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析方法及系統，方法包括：創建地球?電離層波導模型，基于模型獲取甚低頻波在地球?電離層波導的場強傳播公式以及多種甚低頻波場強分析模式，包括：按收信點計算甚低頻波場強、按方位角計算甚低頻波場強、按區域計算甚低頻波場強和按航線計算甚低頻波場強，從而分析水下航行器的甚低頻波可通率，從而制定航行和通信策略。本發明方法具備地球－電離層波導中甚低頻傳播場強分析功能，通過地球－電離層波導數學物理模型，推導了甚低頻電磁波在地球－電離層波導中傳播的場強值；基于多種電磁波傳播模式分析電磁波場強值分布，具備較高的計算精度，可實現對甚低頻通信保障能力的分析計算。

技術領域

本發明涉及甚低頻波通信傳輸分析方法，具體涉及一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析方法及系統。

背景技術

甚低頻(very low frequency，簡稱VLF，頻率范圍3～30kHz)是一個極具特色的頻段，最大的特點是電波在空中和海水中的傳播衰減較小，因此VLF較早地應用于水下通信。目前我國VLF水下通信存在可靠性不高的問題，水下目標無法預知是否能夠收到岸基VLF信號，因此有必要對VLF水下傳播預測技術進行突破，有利于水下航行時提前做好通信計劃。

VLF電波傳播復雜，與頻率、時間、地點、距離、方位等因素都有密切關系，受電離層變化影響較重，且存在多模干擾，在距發信天線幾百公里到幾千公里范圍內的某些區域可能是信號場強的干涉低谷，不能進行通信，即存在不能通信的“空洞”。VLF頻段的大氣噪聲也是影響通信效果的主要因素，不同海域、不同時間的大氣噪聲電平不同。隨著全球氣候變化，溫室效應加劇，大氣噪聲明顯增強，嚴重影響通信效能，嚴重影響了對潛VLF通信的可靠性。

目前我國在此技術方面尚無公開成果，甚低頻水下通信傳播預測技術的突破填補了此項空白。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析方法；其中，該方法主要基于一種甚低頻波在地球-電離層波導的場強傳播計算方法，該場強傳播計算方法采用Airy積分函數和牛頓迭代法求解了基于球面波函數三階近似的球形波導甚低頻模方程，從而獲得了地球－電離層波導中的場強分布，該場強傳播計算方法計算量小，便于實現，精度較高，其計算結果與實測場強數據進行對比分析，證明了方法的有效性，可滿足甚低頻場強分析的要求。

此外，本發明還提出了一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析系統，該系統集成了不同類型的基于波導模式理論甚低頻場強分析模塊，實現了甚低頻傳播場強、信噪比計算，包括按接收點、方位角、覆蓋區域、航線等分析功能，該系統能夠直接為水下通信計劃的制定提供輔助決策；實現了水下場強分析計算功能，并通過實例分析對該系統進行效果驗證。

為實現上述目的，本發明第一方面提供一種用于水下航行器的甚低頻波通信傳輸分析方法，所述方法包括：

S1：創建地球-電離層波導模型，基于所述模型獲取甚低頻波在地球-電離層波導的場強傳播公式；

S2：按收信點計算甚低頻波場強：設定發信參數、時間參數和所述水下航行器至少一個收信點的位置信息，基于所述場強傳播公式獲取在所述時間段內至少一個所述收信點的甚低頻波場強值的分布；

S3：按方位角計算甚低頻波場強：設定發信參數、時間參數和所述水下航行器航行方位角，基于所述場強傳播公式獲取在所述時間段內所述方位角航行路徑上甚低頻波場強值的分布；

S4：按區域計算甚低頻波場強：設定發信參數、時間參數和所述水下航行器航行區域范圍的位置信息，基于所述場強傳播公式獲取在所述時間段內所述航行區域范圍內甚低頻波場強值的分布；

S5：按航線計算甚低頻波場強：設定發信參數、時間參數和所述水下航行器航線拐點的位置信息，基于所述場強傳播公式計算在所述時間段內所述航線上甚低頻波場強值的分布。