一种改进的中波和长波广播服务中天空波传播预测方法

《IEEE Transactions on Broadcasting》：An Improved Prediction Method of MF Skywave Propagation for Medium and Long-Range Broadcasting Services

中频电离层天波传播预测方法通过优化太阳流量因子定义和引入修正磁偶极子纬度、改进电离层吸收因子等参数，使预测准确率较ITU-R P.1147方法提升60.78%，有效解决日夜间传播差异问题。

　　

摘要：

中频（MF）广泛应用于中长距离广播以及导航、紧急通信等场景，尤其是在其他无线电传输方法不可用时，预测中频天波传播至关重要。因此，为了提高中频天波传播的预测精度，我们提出了一种基于ITU-R P.1147方法的改进方案，主要解决了以下问题：（1）通过重新定义太阳通量因子并分析欧洲7个地区和北美9个地区的中频天波场强，与ITU-R P.1147方法相比，预测精度提高了34.69%；（2）用校正后的偶极子地磁纬度替换原始的偶极子地磁纬度，并将基本损耗系数与改进的电离层吸收因子及其他相关损耗因子结合起来，进一步提高了42.78%的预测精度。综合这些改进措施，所提出的方法相比ITU-R P.1147方法，预测精度提高了60.78%，从而显著提升了中频天波传播预测的准确性。

引言

中频（MF）是指频率范围在300至3000 kHz之间的电磁波，被广泛用于无线电广播、导航和航空移动通信等领域[1]。中频信号以两种方式传播：地波和天波。地波沿地球表面传播，传播距离有限，陆地上的传播距离约为10公里，海洋中的传播距离可达200-300公里[2]；天波则被电离层反射，适用于中长距离通信，传播距离可达1000-2000公里[3]。中频天波传播受到多种因素的影响，包括纬度、经度、传播距离和地形等。此外，地磁活动和太阳活动会导致电离层变化，进而显著影响中频天波的传播特性，增加了其复杂性。由于电离层D层的强烈吸收作用，白天的中频天波强度会减弱，而夜间D层消散后中频天波强度会明显增强。地球-电离层波导（EIWG）的传播特性是电离层状态的函数，因此白天和夜晚的传播特性存在显著差异，这导致中频天波传播具有明显的日变化特性，因此需要在预测中区分白天地波场强[4]。目前，中频传播预测已成为研究热点，并将在未来继续受到关注。此外，研究预测中频天波场强的方法有助于深入理解中频天波的传播规律[5]。