[发明专利]一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析方法及系统

说明书

本发明提供了一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析方法及系统，方法包括：创建地球‑电离层波导模型，基于模型获取甚低频波在地球‑电离层波导的场强传播公式以及多种甚低频波场强分析模式，包括：按收信点计算甚低频波场强、按方位角计算甚低频波场强、按区域计算甚低频波场强和按航线计算甚低频波场强，从而分析水下航行器的甚低频波可通率，从而制定航行和通信策略。本发明方法具备地球－电离层波导中甚低频传播场强分析功能，通过地球－电离层波导数学物理模型，推导了甚低频电磁波在地球－电离层波导中传播的场强值；基于多种电磁波传播模式分析电磁波场强值分布，具备较高的计算精度，可实现对甚低频通信保障能力的分析计算。

技术领域

本发明涉及甚低频波通信传输分析方法，具体涉及一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析方法及系统。

背景技术

甚低频(very low frequency，简称VLF，频率范围3～30kHz)是一个极具特色的频段，最大的特点是电波在空中和海水中的传播衰减较小，因此VLF较早地应用于水下通信。目前我国VLF水下通信存在可靠性不高的问题，水下目标无法预知是否能够收到岸基VLF信号，因此有必要对VLF水下传播预测技术进行突破，有利于水下航行时提前做好通信计划。

VLF电波传播复杂，与频率、时间、地点、距离、方位等因素都有密切关系，受电离层变化影响较重，且存在多模干扰，在距发信天线几百公里到几千公里范围内的某些区域可能是信号场强的干涉低谷，不能进行通信，即存在不能通信的“空洞”。VLF频段的大气噪声也是影响通信效果的主要因素，不同海域、不同时间的大气噪声电平不同。随着全球气候变化，温室效应加剧，大气噪声明显增强，严重影响通信效能，严重影响了对潜VLF通信的可靠性。

目前我国在此技术方面尚无公开成果，甚低频水下通信传播预测技术的突破填补了此项空白。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析方法；其中，该方法主要基于一种甚低频波在地球-电离层波导的场强传播计算方法，该场强传播计算方法采用Airy积分函数和牛顿迭代法求解了基于球面波函数三阶近似的球形波导甚低频模方程，从而获得了地球－电离层波导中的场强分布，该场强传播计算方法计算量小，便于实现，精度较高，其计算结果与实测场强数据进行对比分析，证明了方法的有效性，可满足甚低频场强分析的要求。

此外，本发明还提出了一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析系统，该系统集成了不同类型的基于波导模式理论甚低频场强分析模块，实现了甚低频传播场强、信噪比计算，包括按接收点、方位角、覆盖区域、航线等分析功能，该系统能够直接为水下通信计划的制定提供辅助决策；实现了水下场强分析计算功能，并通过实例分析对该系统进行效果验证。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于水下航行器的甚低频波通信传输分析方法，所述方法包括：

S1：创建地球-电离层波导模型，基于所述模型获取甚低频波在地球-电离层波导的场强传播公式；

S2：按收信点计算甚低频波场强：设定发信参数、时间参数和所述水下航行器至少一个收信点的位置信息，基于所述场强传播公式获取在所述时间段内至少一个所述收信点的甚低频波场强值的分布；

S3：按方位角计算甚低频波场强：设定发信参数、时间参数和所述水下航行器航行方位角，基于所述场强传播公式获取在所述时间段内所述方位角航行路径上甚低频波场强值的分布；

S4：按区域计算甚低频波场强：设定发信参数、时间参数和所述水下航行器航行区域范围的位置信息，基于所述场强传播公式获取在所述时间段内所述航行区域范围内甚低频波场强值的分布；

S5：按航线计算甚低频波场强：设定发信参数、时间参数和所述水下航行器航线拐点的位置信息，基于所述场强传播公式计算在所述时间段内所述航线上甚低频波场强值的分布。