专利名称：基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种短波通信频率的选择方法和系统，尤其涉及一种基于卫星导航广域增强系统的短波通信频率的选择方法和系统。
背景技术：
短波通信是利用高空电离层的反射或散射而进行的通信，可实现长距离通信传输。电离层按照电子分布的情况，通常分成三个层，按高度由下向上，分别称为D层、E层、 F层(日间分为Fl和F2层)。由于电离层变化不规则，易造成短波通信链路不稳定。欲建立可靠的短波通信，不能在短波频段内任意选择一个频率。在给定距离和方向的路径上，在一定时间内短波通信只能用一个有限的频带(徐义君等，基于短波的天波传播衰减预测模型研究，《微型机与应用》2010年第四卷第18期)。所以需对短波通信频率进行选择。短波通信主要依靠E层和F2层的反射进行，其中E层是比较稳定的层，E层的通信频率选择也相对简单；而F2层是电离层的最高电离区域，它除受太阳辐射作用外，还受到风、扩散、漂移等动力学效应的强烈影响，F2层的通信频率选择较为复杂和困难。短波通信频率选择可采用国际参考电离层aRI)模型进行，IRI模型是依据较长时间内收集到的观察资料而建立的，是反映电离层变化的一种预报值。其优点是一旦建立后就能长期使用，可将参数固化在设备内，不需要频繁更新。根据此模型已经有很多成熟的信道计算方法和经验(冯晓哲等，短波单站定位中的准抛物电离层参数实时修正，电子信息对抗技术，2008年9月第5期)。但是，由于IRI给出的是电离层的平均模式，它不能对电离层的实时或短期状态进行预报。由于影响电离层的因素很多，许多因素又带有较大的随机性，而目前对各种因素的相互关系、变化规律及内部机制等又未完全搞清，有很多“不规则”变化。所以利用该模型得到的电离层参数精度一般都不太好。(刘经南、陈俊勇，广域差分GPS原理和方法，测绘出版社，1997)并且，由于没有采用中国地区的资料，IRI计算的结果在中国出现一定的偏离； 且该方法计算量和数据量很大，不适合嵌入式设备使用。GNSS广域增强系统不断播发全球经纬度格网交叉点(格网点，IGP)相对于GPS Ll 频率的电离层垂直延迟改正值。GNSS广域增强系统发布的是准实时数据，相比IRI的电离层经验值，具有精度上、实时性上的优势。但是该数据一直没有用于对短波通信频率的选择。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，可用于通信距离在4000km以内的(F2层单跳模式)船台到岸台的短波通信频率的选择。本发明的另一目的在于提供一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统。
本发明的技术方案为一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，包括以下步骤计算通信链路的第一位置和第二位置之间的路径中间点点的经纬度；通过卫星导航接收机接收广域增强信息，获得电离层格网点排序信息及其对应的电离层垂直传输延迟值；查找与通信链路的路径中间点最接近的至少一个电离层格网点；查找上述电离层格网点对应的电离层垂直传输延迟值；计算通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值；将上述的加权电离层垂直传输延迟值转换为电离层电子浓度总含量值(TEC)；将上述的电离层电子浓度总含量值转换为电离层F2层的临界频率的值(&F2)；根据上述计算的电离层F2层的临界频率计算对应的短波通信频率。根据本发明的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法的一实施例，在计算通信链路的路径中间点的步骤中，根据第一位置和第二位置的经纬度，计算通信链路的路径中间点的经纬度，其中第一位置是海岸电台的位置且是已知的，第二位置是船台的位置且由船舶卫星导航定位获得；查找与通信链路的路径中间点最接近的若干个电离层格网点的步骤中，电离层格网点的数量为4个。根据本发明的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法的一实施例，在计算通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值的步骤中，使用公式Dmid = Ii1 · VDJk2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid为通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值，VDpVD2、VD3、 VD4分别为四个电离层格网点的电离层垂直传输延迟值，Ic1 k4为加权值，其取值范围0 1且1^+1 +! +! = 1，并且Ic1 k4跟通信链路的路径中间点与所述四个电离层格网点的直线距离成反比。根据本发明的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法的一实施例，将上述的加权电离层垂直传输延迟值转换为电离层电子浓度总含量值的步骤中，使用公式
权利要求
1.一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，其特征在于，包括以下步骤(1)计算通信链路的第一位置和第二位置之间的路径中间点的经纬度；(2)通过卫星导航接收机接收广域增强信息，获得电离层格网点排序信息及其相应的电离层垂直传输延迟值；(3)查找与通信链路的路径中间点最接近的至少1个电离层格网点；(4)查找步骤C3)所述的电离层格网点对应的电离层垂直传输延迟值；(5)计算通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值；(6)将步骤( 所述的加权电离层垂直传输延迟值转换为电离层电子浓度总含量值 (TEC)；(7)将步骤(6)所述的电离层电子浓度总含量值转换为电离层F2层的临界频率的值 (f0F2)；(8)根据上述计算的电离层F2层的临界频率计算相应的短波通信频率。
2.根据权利要求1所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，根据第一位置和第二位置的经纬度，计算通信链路的路径中间点的经纬度，其中第一位置是海岸电台的位置且是已知的，第二位置是船台的位置且由船舶卫星导航定位获得；在所述步骤(3)中，电离层格网点的数量为4个。
3.根据权利要求1或2所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，使用公式Dfflid = & · VD^k2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid为通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值，VD1, VD2, VD3、VD4 分别为四个电离层格网点的电离层垂直传输延迟值，Iq k4为加权值，其取值范围0 1 且ki+k2+k3+k4 = 1，并且Ic1 k4跟通信链路的路径中间点与所述四个电离层格网点的直线距离成反比；在所述步骤(6)中，使用公式Cf2TEC = J^Dmid公式中TEC为电离层电子浓度总含量值，c为光速，f为导航信号频率。
4.根据权利要求1或3所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，其特征在于，在所述步骤(7)中，使用公式2 _ 4.13 X 1.24X IO10XiZ0公式中foF2为电离层F2层的临界频率，H0为氧原子标高。
5.根据权利要求1或4所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法，其特征在于，在所述步骤(8)中，使用ITU-R P. 1240-1《基本最高可用频率(MUF)、实际MUF和射线预测方法》中3. 1、6和7等相关章节提供的方法进行计算，得到最佳通信频率(OWF)。
6.一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统，其特征在于，包括路径中间点计算模块、电离层格网点排序信息获取模块、电离层格网点查找模块、电离层垂直传输延迟获取模块、加权电离层垂直传输延迟值计算模块、电离层电子浓度总含量值转换模块、电离层F2层临界频率值转换模块、短波通信频率选择模块，其中所述路径中间点计算模块，计算第一位置和第二位置之间的通信链路的路径中间点；所述电离层格网点排序信息获取模块，通过卫星导航接收机接收广域增强信息，获得电离层格网点排序信息；所述电离层格网点查找模块，查找与通信链路的路径中间点最接近的至少一个电离层格网点；所述电离层垂直传输延迟获取模块，在卫星导航接收机接收的广域增强信息中，获得上述至少一个电离层格网点对应的电离层垂直传输延迟值；所述加权电离层垂直传输延迟值计算模块，计算通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值；所述电离层电子浓度总含量值转换模块，将上述的加权电离层垂直传输延迟值转换为电离层电子浓度总含量值；所述电离层F2层临界频率值转换模块，将上述的电离层电子浓度总含量值转换为电离层F2层的临界频率的值；所述短波通信频率选择模块，根据上述计算的电离层F2层的临界频率( !^)计算相应的短波通信频率。
7.根据权利要求6所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统，其特征在于，在所述路径中间点计算模块中，根据第一位置和第二位置的经纬度，计算通信链路的路径中间点的经纬度，其中第一位置是海岸电台的位置且是已知的，第二位置是船台的位置且由卫星导航定位获得；在所述电离层格网点查找模块中，电离层格网点的数量为4个。
8.根据权利要求6或7所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统，其特征在于，在所述加权电离层垂直传输延迟值计算模块中，使用公式Dfflid = & · VD^k2 · VD2+k3 · VD3+k4 · VD4公式中Dmid为通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值，VD1, VD2, VD3、VD4 分别为四个电离层格网点的电离层垂直传输延时，h k4为加权值，其取值范围0 1且 k1+k2+k3+k4 = 1，并且Ic1 k4跟通信链路的路径中间点与所述四个电离层格网点的直线距离成反比；在所述电离层电子浓度总含量值转换模块中，使用公式
9.根据权利要求6或8所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统，其特征在于，在所述电离层F2层临界频率值转换模块中，使用到公式
10.根据权利要求6或9所述的基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择系统，其特征在于，在所述短波通信频率选择模块中，使用ITU-R P. 1240-1《基本最高可用频率(MUF)、实际MUF和射线预测方法》中3. 1、6和7等相关章节提供的方法进行计算，得到最佳通信频率(OWF)。
全文摘要
本发明公开了一种基于卫星导航广域增强系统的短波频率选择方法和系统，其技术方案为计算通信链路的第一位置和第二位置之间的路径中间点；通过卫星导航接收机接收广域增强信息，获得电离层格网点排序信息及其相应的电离层垂直传输延迟值；查找与通信链路的路径中间点最接近的若干个电离层格网点；查找上述若干个电离层格网点对应的电离层垂直传输延迟值；计算通信链路的路径中间点的加权电离层垂直传输延迟值；将加权电离层垂直传输延迟值转换为电离层电子浓度总含量值；将电离层电子浓度总含量值转换为电离层F2层的临界频率的值；根据电离层F2层的临界频率计算对应的短波通信频率。本发明的有益效果是相比传统的方法具有精度上、实时性上的优势，计算量和数据量大大减少，并且可以克服中国地区电离层资料不足的困难。
文档编号H04B7/185GK102340343SQ201110196279
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者陈涤非 申请人:上海埃威航空电子有限公司