本发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法。
背景技术：
1、随着无线通信技术的发展，短波通信在军事、民用等领域得到广泛应用。然而，电离层的常规和异常状态对短波信号的传播衰减造成了很大的影响。电离层常规状态下，短波信号在其上层电离层中经过一定距离后会发生衰减，这是由于短波信号在经过电离层时会被电离层的电子浓度、不均匀性等因素散射和吸收而造成。这种衰减现象一直是短波通信的困扰之一。电离层异常状态下，极夜和极昼等条件下，电离层会发生较大的变动，进一步加剧了短波信号的传播衰减。对于发射强度较弱的短波信号，电离层异常状态下的衰减现象更为显著。
2、传统的短波信号传播模型对电离层常规和异常状态下的衰减效应缺乏准确的描述，存在以下技术问题：
3、1、无法准确预测电离层常规状态下短波通信的衰减情况；
4、2、对于电离层异常状态下的衰减模型缺乏有效的方法进行描述和建模；
5、3、实际场景中，常常发生卫星、导弹等高速移动通信设备与电离层共存的情况，现有的短波衰减模型无法满足高速移动通信的需求。
技术实现思路
1、本发明为了提高信号接收质量，解决天波干扰和多径效应的影响，以及无法满足海上微波传播预测准确性要求的问题，提供一种电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法。
2、本发明采用如下技术方案：
3、一种电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
4、步骤1，收集电离层常规状态下短波信号的传播衰减数据；
5、收集电离层常规状态下不同频率和距离的短波信号传播衰减数据。
6、步骤2，收集电离层异常状态下短波信号的传播衰减数据；
7、收集电离层异常状态下不同频率和距离的短波信号传播衰减数据。
8、步骤3，对收集到的数据进行分析，并建立电离层常规和异常状态下的衰减模型；
9、分析收集到的数据，建立电离层常规和异常状态下的衰减模型。
10、步骤4，针对高速移动通信设备与电离层共存的场景，对模型进行优化和扩展。
11、针对高速移动通信设备与电离层共存的场景，对模型进行优化和扩展。
12、进一步的，所述的步骤1具体为：
13、步骤11，建立控制实验环境：
14、在实验室中，将短波信号发生器和天线连接起来，并将天线放置在适当的位置，然后通过调整短波信号发生器的频率和强度，以及电离层模拟器的参数，来模拟不同条件下的短波信号传播；
15、步骤12，选定频率和距离：
16、根据实际需求和要测试的应用场景来选择合适的频率范围和传播距离，在城市通信实验中，选择较短的传播距离和中等的频率；而在远程通信实验中，选择较长的传播距离和更低的频率；
17、步骤13，设置接收端设备：
18、在进行短波信号传播实验时，需要在实验室中安装一个短波接收机；
19、步骤14，测量和记录：
20、选择具体的频率范围和传播距离来进行测量，使用专门的短波接收设备来记录接收到的信号强度；
21、步骤15，多次重复实验。
22、进一步的，所述的步骤2具体为：
23、步骤21，收集电离层异常状态下短波信号的传播衰减数据的背景信息；
24、步骤22，收集电离层异常状态下短波信号的传播衰减数据。
25、进一步的，所述的步骤3具体为：
26、步骤31，数据预处理：
27、包括数据清洗、缺失值处理和异常值处理；
28、步骤32，建立电离层常规衰减模型：
29、使用回归分析方法建立衰减模型，回归模型选择线性回归模型或多项式回归模型；
30、线性回归模型：er＝β0+β1*ρ+β2*f+ε；
31、多项式回归模型：er＝β0+β1*ρ+β2*f+β3*ρ2+β4*f2+β5*ρ*f+ε；
32、上式中，er为衰减值，ρ为电离层密度，β0、β1、β2、β3、β4、β5为模型的回归系数，f为频率，ε为误差项；
33、步骤33，建立电离层异常状态下的衰减模型：
34、在分析异常状态下的电离层衰减时，使用时间序列分析方法建立衰减模型，时间序列模型包括arima模型和指数平滑模型；
35、arima模型具有三个参数：p、t、q，分别表示自回归阶数、差分阶数和移动平均阶数，arima(p,t,q)模型的形式如下：
36、
37、上式中，yt表示时间序列的观测值，εt表示误差项，是自回归系数，θ1,θ2,...,θq是移动平均系数；
38、指数平滑模型的形式如下：
39、yt＝α*xt+(1-α)*yt-1
40、上式中，yt表示时间序列的观测值，xt表示新的观测值，α是平滑系数。
41、进一步的，所述的步骤4具体为：
42、步骤41，数据采集与处理：
43、对采集到的数据进行清洗和预处理，去除噪声和异常值，然后对数据进行统计和分析，接下来利用采集到的数据来建立模型，最后使用交叉验证方法来评估模型的预测准确性；
44、步骤42，模型参数调整与优化：
45、使用arima模型来预测移动通信设备的信号强度或传输速率与电离层参数之间的关系，模型的形式为：
46、
47、上式中，y(t)为时间t的观测值，c为常数，p和q分别为自回归和移动平均的滞后阶数，和θ是对应的系数，ε(t)为满足均值为0和方差为σ2的白噪声；
48、步骤43，异常状态识别与补偿：
49、通过引入异常检测算法来识别异常状态，一旦异常状态被识别，就根据其特征进行补偿处理，在信号衰减的情况下，通过增加发射功率或使用前向纠错技术来提高信号的可靠性，在信号消失的情况下，通过切换到备用通信链路或使用补偿算法来恢复通信，使用信号预测技术来预测设备信号强度的变化趋势，还使用信号重构技术来恢复信号丢失的部分数据。
50、本发明的有益效果是：
51、本发明所公开的方法，通过建立一种电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型，实现对电离层常规状态下短波通信的衰减情况进行准确预测；提供了对电离层异常状态下短波信号传播衰减的有效描述和建模方法；适用于卫星、导弹等高速移动通信设备与电离层共存的场景。
1.一种电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
4.根据权利要求1所述电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：
5.根据权利要求1所述电离层常规和异常状态下的短波信号传播衰减模型构建方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：
