鄭劍彪

【摘 要】隨著大型船舶的發(fā)展和陸上集群調(diào)度通信的成熟，未來以民用集群調(diào)度通信系統(tǒng)為代表的無線通信手段在大型船舶上的應(yīng)用將成為一種可能。以船舶平臺作為試驗(yàn)載體，通過對模擬環(huán)境的實(shí)地測試，對無線通信在船上的傳播特性進(jìn)行分析，提供了一種適合于船舶平臺的無線傳輸特性的分析方法，并建立無線傳輸模型。

【關(guān)鍵詞】船舶平臺 集群調(diào)度通信 無線傳輸

1 引言

目前，集群調(diào)度通信在機(jī)場、重大活動(dòng)場館（如奧運(yùn)、亞運(yùn)場館）、礦場和市區(qū)內(nèi)（如公共安全等）等陸地上特定場合已經(jīng)普遍應(yīng)用，在通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃與優(yōu)化中，相應(yīng)采用的無線信號的傳播特性與模型早已是相對成熟。相對于陸地上環(huán)境的普遍應(yīng)用和技術(shù)成熟，在民用大型船舶上的應(yīng)用還相對較少，相關(guān)的研究也比較薄弱。本文以集群調(diào)度通信系統(tǒng)為參考，通過理論建立無線傳輸模型，測試無線信號在非鋼筋混泥土材料、層數(shù)多達(dá)十幾層和艙室隔段多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的船舶上的傳輸損耗，并經(jīng)過計(jì)算分析，得出在船舶上無線信號的傳播特性。

2 傳輸特性模型

根據(jù)電磁波在自由空間內(nèi)的傳播理論，通過測試研究無線電波在船舶平臺環(huán)境下受船舶非鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)的艙壁隔段阻擋、艙門/蓋屏蔽等影響，分析其傳播損耗計(jì)算方法，建立無線傳輸模型。

2.1 自由空間無線傳播特性

自由空間無線傳輸損耗為：

排除天線增益的因素，即收發(fā)天線為增益Gr=Gt=0的理想全向天線，則自由空間的路徑傳播損耗為：

2.2 船舶環(huán)境的無線信號傳播特性與模型

相對于自由空間傳輸，在船體平臺內(nèi)電磁波傳播受影響的因素較多，如艙壁、艙頂、通道走廊、人員活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)等，會(huì)引起電磁波的反射、折射、散射和吸收等現(xiàn)象。因此，船體平臺內(nèi)的電磁場分布較自由空間和一般普通陸地環(huán)境更為復(fù)雜，在描述其無線信號衰減特性時(shí)要根據(jù)不同空間環(huán)境的通信應(yīng)用需求建立相應(yīng)的無線傳播模型。

（1）全向天線應(yīng)用無線傳輸模型

首先，在船舶環(huán)境中，由于艙壁、艙頂?shù)姆瓷湟约叭藛T活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)引起的散射，將使收發(fā)天線間存在多條傳播路徑，接收端收到的信號實(shí)際為多條路徑傳播信號的總和。其路徑損耗隨距離的衰減速度將大于上述的自由空間環(huán)境，只有在收發(fā)間完全視通、傳輸路徑周圍空曠的環(huán)境下，路徑損耗才接近于自由空間環(huán)境。為表征船舶環(huán)境中的不同路徑損耗特征，將式（2）中的20lgd改由20nlgd代替，引入路徑損耗指數(shù)n，以表征路徑損耗隨傳播距離衰減的速度。

其次，在船舶環(huán)境中，往往不能保證收發(fā)間直通。當(dāng)收發(fā)間存在艙壁、遮擋物、隔層或隔段等阻隔時(shí)，阻隔會(huì)對電磁波進(jìn)行吸收，導(dǎo)致傳播損耗增大。為此，在船艙內(nèi)的無線信號傳播模型中增加了隔斷引起的傳播損耗W，以表示阻隔引起的損耗。該損耗由阻隔的材質(zhì)、大小和屏蔽效果決定，對于不同的阻隔情況取值也不同。

由此得出適合船體平臺環(huán)境的無線傳播損耗模型為：

其中，20lgf為頻段差異引起的損耗；W為隔斷引起的傳播損耗；n為路徑損耗指數(shù)；d為理論凈空傳播距離。

對于大型艙室（如餐廳、會(huì)議室、健身娛樂室等）、相對面積較為空曠的甲板及頂部空曠區(qū)域（如露天泳池），適合采用式（3）進(jìn)行分析：

◆甲板及頂部空曠區(qū)域：除活動(dòng)的人員外，主要為凈空環(huán)境，其無線信號傳播特性接近于自由空間；路徑損耗指數(shù)略大于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗不大。

◆大型艙室：空間較狹窄，由金屬墻壁形成封閉空間，其無線信號傳播特性接近金屬波導(dǎo)環(huán)境，信號反射后增強(qiáng)了內(nèi)部的信號強(qiáng)度；路徑損耗指數(shù)接近甚至略小于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗大。

（2）狹長空間泄漏電纜應(yīng)用無線傳輸模型

相對于大型空間，在船舶上狹長的通道走廊、上下樓梯（船上樓梯一般都比較狹窄）及兩側(cè)居住排列等小型艙室，一般會(huì)采用類似陸地上礦洞、隧道和地下鐵道的同軸泄漏電纜的應(yīng)用。同軸泄漏電纜是一種能實(shí)現(xiàn)沿軸向近似均勻傳輸?shù)奶祓佋O(shè)施，其無線信號傳播與傳統(tǒng)的偶極子陣元傳播不同：偶極子陣元以球面波的方式向外輻射能量；而泄漏電纜近似以圓柱波的方式向外輻射能量。因此，泄漏電纜在通道走廊及小型居住艙室內(nèi)應(yīng)用的無線傳播模型也可以表示為：

其中，n為路徑損耗指數(shù)，理論上最小值為1；X為截距損耗值，理論上取2m處的耦合損耗因子計(jì)算；d為接收點(diǎn)距離泄漏電纜的徑向距離，單位為m。

通過模擬這兩種環(huán)境測試和分析，完成對模型中的n值和W值的修正，獲得符合船體平臺無線信號傳播特性的數(shù)據(jù)模型，從而分析實(shí)際環(huán)境電波的傳輸特性。

3 無線傳輸測試

3.1 測試的必要性

相對于陸地城市等環(huán)境，船體環(huán)境的無線信號傳播特性差別較大。為取得較準(zhǔn)確的無線信號傳播模型，有必要進(jìn)行實(shí)地的無線信號傳播特性測試。

3.2 測試步驟

本文通過對一般客貨兩用輪的大型貨倉和過道走廊邊的會(huì)議室進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣（由于甲板面積太小，在此不進(jìn)行測試），采用如下儀器設(shè)備：

◆信號源：HP射頻信號源

◆天線：全向天線

◆泄漏電纜：7/8漏泄電纜一段

◆接收機(jī)：手持式頻譜儀

◆全向天線：增益3dBi

◆饋線：損耗1.2dB

測試步驟如下：

（1）數(shù)字信號發(fā)射源連接饋線，輸出端連接天線，天線的位置簡易固定在大型艙室的正中央天花板上。

（2）設(shè)置信號源發(fā)射功率（Tx）為10dB，無調(diào)制，并確保在發(fā)射輸出狀態(tài)，選取與通信設(shè)備相近的一個(gè)900MHz頻點(diǎn)作為發(fā)射頻點(diǎn)。

（3）頻譜儀中心頻點(diǎn)設(shè)置為發(fā)射源頻點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的帶寬，并查看900MHz頻點(diǎn)上的接收幅度，等到接收功率穩(wěn)定跳動(dòng)后，在發(fā)射源附近和艙體多個(gè)位置（盡量滿足位置分布均勻和多種隔艙環(huán)境）記下幅度變化范圍值。

測試連接與示意圖如圖1所示：

3.3 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

（1）測試數(shù)據(jù)一

大型貨艙測試數(shù)據(jù)如表1所示：

（2）測試數(shù)據(jù)二

過道走廊及邊上艙室測試數(shù)據(jù)如表2所示：

4 無線傳輸損耗計(jì)算

通過對本次測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，可以對無線信號傳播模型特征參數(shù)進(jìn)行修正。

4.1 大型貨艙傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出大型貨艙傳輸損耗如表3所示：

4.2 過道走廊傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出過道走廊傳輸損耗如表5所示：

5 結(jié)論

本文通過測試和分析計(jì)算，獲得了金屬體為主結(jié)構(gòu)的船體平臺的艙室、通道走廊等不同環(huán)境下應(yīng)用不同的天線進(jìn)行無線信號傳輸時(shí)的損耗，從而建立一種適合于船體平臺上的無線信號傳播特性分析方法和模型。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聞?dòng)臣t. 電波傳播理論[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

[2] 肖遠(yuǎn)強(qiáng)，張武軍. 漏泄電纜的性能分析[J]. 移動(dòng)通信， 2002（6）.

[3] Vijay K Garg. 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)原理與工程設(shè)計(jì)—IS-95 CDMA和cdma2000[M]. 于鵬，等譯. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2001.

[4] 王均宏，簡水生. 漏泄同軸電纜耦合損耗的計(jì)算[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 1996（6）： 17-22.

[5] 盧萬錚. 天線理論與技術(shù)[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2004.★endprint

【摘 要】隨著大型船舶的發(fā)展和陸上集群調(diào)度通信的成熟，未來以民用集群調(diào)度通信系統(tǒng)為代表的無線通信手段在大型船舶上的應(yīng)用將成為一種可能。以船舶平臺作為試驗(yàn)載體，通過對模擬環(huán)境的實(shí)地測試，對無線通信在船上的傳播特性進(jìn)行分析，提供了一種適合于船舶平臺的無線傳輸特性的分析方法，并建立無線傳輸模型。

【關(guān)鍵詞】船舶平臺 集群調(diào)度通信 無線傳輸

1 引言

目前，集群調(diào)度通信在機(jī)場、重大活動(dòng)場館（如奧運(yùn)、亞運(yùn)場館）、礦場和市區(qū)內(nèi)（如公共安全等）等陸地上特定場合已經(jīng)普遍應(yīng)用，在通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃與優(yōu)化中，相應(yīng)采用的無線信號的傳播特性與模型早已是相對成熟。相對于陸地上環(huán)境的普遍應(yīng)用和技術(shù)成熟，在民用大型船舶上的應(yīng)用還相對較少，相關(guān)的研究也比較薄弱。本文以集群調(diào)度通信系統(tǒng)為參考，通過理論建立無線傳輸模型，測試無線信號在非鋼筋混泥土材料、層數(shù)多達(dá)十幾層和艙室隔段多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的船舶上的傳輸損耗，并經(jīng)過計(jì)算分析，得出在船舶上無線信號的傳播特性。

2 傳輸特性模型

根據(jù)電磁波在自由空間內(nèi)的傳播理論，通過測試研究無線電波在船舶平臺環(huán)境下受船舶非鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)的艙壁隔段阻擋、艙門/蓋屏蔽等影響，分析其傳播損耗計(jì)算方法，建立無線傳輸模型。

2.1 自由空間無線傳播特性

自由空間無線傳輸損耗為：

排除天線增益的因素，即收發(fā)天線為增益Gr=Gt=0的理想全向天線，則自由空間的路徑傳播損耗為：

2.2 船舶環(huán)境的無線信號傳播特性與模型

相對于自由空間傳輸，在船體平臺內(nèi)電磁波傳播受影響的因素較多，如艙壁、艙頂、通道走廊、人員活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)等，會(huì)引起電磁波的反射、折射、散射和吸收等現(xiàn)象。因此，船體平臺內(nèi)的電磁場分布較自由空間和一般普通陸地環(huán)境更為復(fù)雜，在描述其無線信號衰減特性時(shí)要根據(jù)不同空間環(huán)境的通信應(yīng)用需求建立相應(yīng)的無線傳播模型。

（1）全向天線應(yīng)用無線傳輸模型

首先，在船舶環(huán)境中，由于艙壁、艙頂?shù)姆瓷湟约叭藛T活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)引起的散射，將使收發(fā)天線間存在多條傳播路徑，接收端收到的信號實(shí)際為多條路徑傳播信號的總和。其路徑損耗隨距離的衰減速度將大于上述的自由空間環(huán)境，只有在收發(fā)間完全視通、傳輸路徑周圍空曠的環(huán)境下，路徑損耗才接近于自由空間環(huán)境。為表征船舶環(huán)境中的不同路徑損耗特征，將式（2）中的20lgd改由20nlgd代替，引入路徑損耗指數(shù)n，以表征路徑損耗隨傳播距離衰減的速度。

其次，在船舶環(huán)境中，往往不能保證收發(fā)間直通。當(dāng)收發(fā)間存在艙壁、遮擋物、隔層或隔段等阻隔時(shí)，阻隔會(huì)對電磁波進(jìn)行吸收，導(dǎo)致傳播損耗增大。為此，在船艙內(nèi)的無線信號傳播模型中增加了隔斷引起的傳播損耗W，以表示阻隔引起的損耗。該損耗由阻隔的材質(zhì)、大小和屏蔽效果決定，對于不同的阻隔情況取值也不同。

由此得出適合船體平臺環(huán)境的無線傳播損耗模型為：

其中，20lgf為頻段差異引起的損耗；W為隔斷引起的傳播損耗；n為路徑損耗指數(shù)；d為理論凈空傳播距離。

對于大型艙室（如餐廳、會(huì)議室、健身娛樂室等）、相對面積較為空曠的甲板及頂部空曠區(qū)域（如露天泳池），適合采用式（3）進(jìn)行分析：

◆甲板及頂部空曠區(qū)域：除活動(dòng)的人員外，主要為凈空環(huán)境，其無線信號傳播特性接近于自由空間；路徑損耗指數(shù)略大于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗不大。

◆大型艙室：空間較狹窄，由金屬墻壁形成封閉空間，其無線信號傳播特性接近金屬波導(dǎo)環(huán)境，信號反射后增強(qiáng)了內(nèi)部的信號強(qiáng)度；路徑損耗指數(shù)接近甚至略小于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗大。

（2）狹長空間泄漏電纜應(yīng)用無線傳輸模型

相對于大型空間，在船舶上狹長的通道走廊、上下樓梯（船上樓梯一般都比較狹窄）及兩側(cè)居住排列等小型艙室，一般會(huì)采用類似陸地上礦洞、隧道和地下鐵道的同軸泄漏電纜的應(yīng)用。同軸泄漏電纜是一種能實(shí)現(xiàn)沿軸向近似均勻傳輸?shù)奶祓佋O(shè)施，其無線信號傳播與傳統(tǒng)的偶極子陣元傳播不同：偶極子陣元以球面波的方式向外輻射能量；而泄漏電纜近似以圓柱波的方式向外輻射能量。因此，泄漏電纜在通道走廊及小型居住艙室內(nèi)應(yīng)用的無線傳播模型也可以表示為：

其中，n為路徑損耗指數(shù)，理論上最小值為1；X為截距損耗值，理論上取2m處的耦合損耗因子計(jì)算；d為接收點(diǎn)距離泄漏電纜的徑向距離，單位為m。

通過模擬這兩種環(huán)境測試和分析，完成對模型中的n值和W值的修正，獲得符合船體平臺無線信號傳播特性的數(shù)據(jù)模型，從而分析實(shí)際環(huán)境電波的傳輸特性。

3 無線傳輸測試

3.1 測試的必要性

相對于陸地城市等環(huán)境，船體環(huán)境的無線信號傳播特性差別較大。為取得較準(zhǔn)確的無線信號傳播模型，有必要進(jìn)行實(shí)地的無線信號傳播特性測試。

3.2 測試步驟

本文通過對一般客貨兩用輪的大型貨倉和過道走廊邊的會(huì)議室進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣（由于甲板面積太小，在此不進(jìn)行測試），采用如下儀器設(shè)備：

◆信號源：HP射頻信號源

◆天線：全向天線

◆泄漏電纜：7/8漏泄電纜一段

◆接收機(jī)：手持式頻譜儀

◆全向天線：增益3dBi

◆饋線：損耗1.2dB

測試步驟如下：

（1）數(shù)字信號發(fā)射源連接饋線，輸出端連接天線，天線的位置簡易固定在大型艙室的正中央天花板上。

（2）設(shè)置信號源發(fā)射功率（Tx）為10dB，無調(diào)制，并確保在發(fā)射輸出狀態(tài)，選取與通信設(shè)備相近的一個(gè)900MHz頻點(diǎn)作為發(fā)射頻點(diǎn)。

（3）頻譜儀中心頻點(diǎn)設(shè)置為發(fā)射源頻點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的帶寬，并查看900MHz頻點(diǎn)上的接收幅度，等到接收功率穩(wěn)定跳動(dòng)后，在發(fā)射源附近和艙體多個(gè)位置（盡量滿足位置分布均勻和多種隔艙環(huán)境）記下幅度變化范圍值。

測試連接與示意圖如圖1所示：

3.3 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

（1）測試數(shù)據(jù)一

大型貨艙測試數(shù)據(jù)如表1所示：

（2）測試數(shù)據(jù)二

過道走廊及邊上艙室測試數(shù)據(jù)如表2所示：

4 無線傳輸損耗計(jì)算

通過對本次測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，可以對無線信號傳播模型特征參數(shù)進(jìn)行修正。

4.1 大型貨艙傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出大型貨艙傳輸損耗如表3所示：

4.2 過道走廊傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出過道走廊傳輸損耗如表5所示：

5 結(jié)論

本文通過測試和分析計(jì)算，獲得了金屬體為主結(jié)構(gòu)的船體平臺的艙室、通道走廊等不同環(huán)境下應(yīng)用不同的天線進(jìn)行無線信號傳輸時(shí)的損耗，從而建立一種適合于船體平臺上的無線信號傳播特性分析方法和模型。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聞?dòng)臣t. 電波傳播理論[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.

[2] 肖遠(yuǎn)強(qiáng)，張武軍. 漏泄電纜的性能分析[J]. 移動(dòng)通信， 2002（6）.

[3] Vijay K Garg. 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)原理與工程設(shè)計(jì)—IS-95 CDMA和cdma2000[M]. 于鵬，等譯. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2001.

[4] 王均宏，簡水生. 漏泄同軸電纜耦合損耗的計(jì)算[J]. 鐵道學(xué)報(bào)， 1996（6）： 17-22.

[5] 盧萬錚. 天線理論與技術(shù)[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2004.★endprint

【摘 要】隨著大型船舶的發(fā)展和陸上集群調(diào)度通信的成熟，未來以民用集群調(diào)度通信系統(tǒng)為代表的無線通信手段在大型船舶上的應(yīng)用將成為一種可能。以船舶平臺作為試驗(yàn)載體，通過對模擬環(huán)境的實(shí)地測試，對無線通信在船上的傳播特性進(jìn)行分析，提供了一種適合于船舶平臺的無線傳輸特性的分析方法，并建立無線傳輸模型。

【關(guān)鍵詞】船舶平臺 集群調(diào)度通信 無線傳輸

1 引言

目前，集群調(diào)度通信在機(jī)場、重大活動(dòng)場館（如奧運(yùn)、亞運(yùn)場館）、礦場和市區(qū)內(nèi)（如公共安全等）等陸地上特定場合已經(jīng)普遍應(yīng)用，在通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃與優(yōu)化中，相應(yīng)采用的無線信號的傳播特性與模型早已是相對成熟。相對于陸地上環(huán)境的普遍應(yīng)用和技術(shù)成熟，在民用大型船舶上的應(yīng)用還相對較少，相關(guān)的研究也比較薄弱。本文以集群調(diào)度通信系統(tǒng)為參考，通過理論建立無線傳輸模型，測試無線信號在非鋼筋混泥土材料、層數(shù)多達(dá)十幾層和艙室隔段多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的船舶上的傳輸損耗，并經(jīng)過計(jì)算分析，得出在船舶上無線信號的傳播特性。

2 傳輸特性模型

根據(jù)電磁波在自由空間內(nèi)的傳播理論，通過測試研究無線電波在船舶平臺環(huán)境下受船舶非鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)的艙壁隔段阻擋、艙門/蓋屏蔽等影響，分析其傳播損耗計(jì)算方法，建立無線傳輸模型。

2.1 自由空間無線傳播特性

自由空間無線傳輸損耗為：

排除天線增益的因素，即收發(fā)天線為增益Gr=Gt=0的理想全向天線，則自由空間的路徑傳播損耗為：

2.2 船舶環(huán)境的無線信號傳播特性與模型

相對于自由空間傳輸，在船體平臺內(nèi)電磁波傳播受影響的因素較多，如艙壁、艙頂、通道走廊、人員活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)等，會(huì)引起電磁波的反射、折射、散射和吸收等現(xiàn)象。因此，船體平臺內(nèi)的電磁場分布較自由空間和一般普通陸地環(huán)境更為復(fù)雜，在描述其無線信號衰減特性時(shí)要根據(jù)不同空間環(huán)境的通信應(yīng)用需求建立相應(yīng)的無線傳播模型。

（1）全向天線應(yīng)用無線傳輸模型

首先，在船舶環(huán)境中，由于艙壁、艙頂?shù)姆瓷湟约叭藛T活動(dòng)和室內(nèi)物體擺設(shè)引起的散射，將使收發(fā)天線間存在多條傳播路徑，接收端收到的信號實(shí)際為多條路徑傳播信號的總和。其路徑損耗隨距離的衰減速度將大于上述的自由空間環(huán)境，只有在收發(fā)間完全視通、傳輸路徑周圍空曠的環(huán)境下，路徑損耗才接近于自由空間環(huán)境。為表征船舶環(huán)境中的不同路徑損耗特征，將式（2）中的20lgd改由20nlgd代替，引入路徑損耗指數(shù)n，以表征路徑損耗隨傳播距離衰減的速度。

其次，在船舶環(huán)境中，往往不能保證收發(fā)間直通。當(dāng)收發(fā)間存在艙壁、遮擋物、隔層或隔段等阻隔時(shí)，阻隔會(huì)對電磁波進(jìn)行吸收，導(dǎo)致傳播損耗增大。為此，在船艙內(nèi)的無線信號傳播模型中增加了隔斷引起的傳播損耗W，以表示阻隔引起的損耗。該損耗由阻隔的材質(zhì)、大小和屏蔽效果決定，對于不同的阻隔情況取值也不同。

由此得出適合船體平臺環(huán)境的無線傳播損耗模型為：

其中，20lgf為頻段差異引起的損耗；W為隔斷引起的傳播損耗；n為路徑損耗指數(shù)；d為理論凈空傳播距離。

對于大型艙室（如餐廳、會(huì)議室、健身娛樂室等）、相對面積較為空曠的甲板及頂部空曠區(qū)域（如露天泳池），適合采用式（3）進(jìn)行分析：

◆甲板及頂部空曠區(qū)域：除活動(dòng)的人員外，主要為凈空環(huán)境，其無線信號傳播特性接近于自由空間；路徑損耗指數(shù)略大于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗不大。

◆大型艙室：空間較狹窄，由金屬墻壁形成封閉空間，其無線信號傳播特性接近金屬波導(dǎo)環(huán)境，信號反射后增強(qiáng)了內(nèi)部的信號強(qiáng)度；路徑損耗指數(shù)接近甚至略小于自由空間傳播，隔斷引起的傳播損耗大。

（2）狹長空間泄漏電纜應(yīng)用無線傳輸模型

相對于大型空間，在船舶上狹長的通道走廊、上下樓梯（船上樓梯一般都比較狹窄）及兩側(cè)居住排列等小型艙室，一般會(huì)采用類似陸地上礦洞、隧道和地下鐵道的同軸泄漏電纜的應(yīng)用。同軸泄漏電纜是一種能實(shí)現(xiàn)沿軸向近似均勻傳輸?shù)奶祓佋O(shè)施，其無線信號傳播與傳統(tǒng)的偶極子陣元傳播不同：偶極子陣元以球面波的方式向外輻射能量；而泄漏電纜近似以圓柱波的方式向外輻射能量。因此，泄漏電纜在通道走廊及小型居住艙室內(nèi)應(yīng)用的無線傳播模型也可以表示為：

其中，n為路徑損耗指數(shù)，理論上最小值為1；X為截距損耗值，理論上取2m處的耦合損耗因子計(jì)算；d為接收點(diǎn)距離泄漏電纜的徑向距離，單位為m。

通過模擬這兩種環(huán)境測試和分析，完成對模型中的n值和W值的修正，獲得符合船體平臺無線信號傳播特性的數(shù)據(jù)模型，從而分析實(shí)際環(huán)境電波的傳輸特性。

3 無線傳輸測試

3.1 測試的必要性

相對于陸地城市等環(huán)境，船體環(huán)境的無線信號傳播特性差別較大。為取得較準(zhǔn)確的無線信號傳播模型，有必要進(jìn)行實(shí)地的無線信號傳播特性測試。

3.2 測試步驟

本文通過對一般客貨兩用輪的大型貨倉和過道走廊邊的會(huì)議室進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣（由于甲板面積太小，在此不進(jìn)行測試），采用如下儀器設(shè)備：

◆信號源：HP射頻信號源

◆天線：全向天線

◆泄漏電纜：7/8漏泄電纜一段

◆接收機(jī)：手持式頻譜儀

◆全向天線：增益3dBi

◆饋線：損耗1.2dB

測試步驟如下：

（1）數(shù)字信號發(fā)射源連接饋線，輸出端連接天線，天線的位置簡易固定在大型艙室的正中央天花板上。

（2）設(shè)置信號源發(fā)射功率（Tx）為10dB，無調(diào)制，并確保在發(fā)射輸出狀態(tài)，選取與通信設(shè)備相近的一個(gè)900MHz頻點(diǎn)作為發(fā)射頻點(diǎn)。

（3）頻譜儀中心頻點(diǎn)設(shè)置為發(fā)射源頻點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的帶寬，并查看900MHz頻點(diǎn)上的接收幅度，等到接收功率穩(wěn)定跳動(dòng)后，在發(fā)射源附近和艙體多個(gè)位置（盡量滿足位置分布均勻和多種隔艙環(huán)境）記下幅度變化范圍值。

測試連接與示意圖如圖1所示：

3.3 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

（1）測試數(shù)據(jù)一

大型貨艙測試數(shù)據(jù)如表1所示：

（2）測試數(shù)據(jù)二

過道走廊及邊上艙室測試數(shù)據(jù)如表2所示：

4 無線傳輸損耗計(jì)算

通過對本次測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，可以對無線信號傳播模型特征參數(shù)進(jìn)行修正。

4.1 大型貨艙傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出大型貨艙傳輸損耗如表3所示：

4.2 過道走廊傳輸損耗

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出過道走廊傳輸損耗如表5所示：

5 結(jié)論

本文通過測試和分析計(jì)算，獲得了金屬體為主結(jié)構(gòu)的船體平臺的艙室、通道走廊等不同環(huán)境下應(yīng)用不同的天線進(jìn)行無線信號傳輸時(shí)的損耗，從而建立一種適合于船體平臺上的無線信號傳播特性分析方法和模型。

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