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1.1. Prévisions de propagation ionosphérique.

1.1.1. La propagation par voie ionosphérique.

1.1.2. La prévision des conditions de propagation.

    1.1.2.1. Principes de la méthode.
    1.1.2.2. Détermination de la MUF.
    1.1.2.3. Détermination de la LUF.

1.1.3. Paramètres ionosphériques pris en compte.


1.1.1. La propagation par voie ionosphérique.

L'ionosphère est une région de la haute atmosphère terrestre, comprise entre environ 50 km et 1000 km d'altitude, dont les constituants sont partiellement ionisés sous l'influence des radiations solaires. L'ionosphère est stratifiée en couches superposées. Les couches les plus ionisées sont situées entre 250 km et 400 km d'altitude environ et forment la région "F" dont l'ionisation se maintient de nuit. On trouve ensuite, par altitudes décroissantes, la couche "E" régulière, présente uniquement de jour vers 90 à 130 km d'altitude, les couches "Es" (E sporadiques) vers 100 km, puis la couche "D" entre 50 km et 90 km.

La présence de particules ionisées dans l'ionosphère confère à cette dernière la particularité de réfracter les ondes radioélectriques qui s'y propagent. Les rayons électromagnétiques sont ainsi courbés lors de leur propagation au sein du milieu ionosphérique. Pour les ondes de la gamme décamétrique (fréquences comprises entre 3 MHz et 30 MHz), les rayons peuvent, dans certaines conditions, être renvoyés au sol, permettant ainsi une propagation au-delà de l'horizon optique. Ces rayons sont ensuite réfléchis par le sol et peuvent retourner dans l'ionosphère où le même processus peut se dérouler de nouveau. Il en résulte une propagation par bonds multiples sur des distances pouvant atteindre plusieurs milliers de kilomètres. D'un point de vue pratique, seules les couches des régions "F" et "E" de l'ionosphère participent à la réfraction des ondes décamétriques. La couche "D", trop faiblement ionisée, absorbe l'énergie de l'onde, provoquant une atténuation du signal.

Une onde émise selon un angle d'élévation fixé pénètre d'autant plus les couches ionosphériques que sa fréquence est élevée. Au-delà d'une certaine fréquence, l'onde traverse l'ionosphère et se perd dans l'espace. Il existe donc une limite supérieure de fréquence, imposée par la réfraction ionosphérique, au-dessus de laquelle la liaison n'est plus possible. Cette limite est dénommée MUF (Maximum Usable Frequency). C'est la fréquence la plus élevée qui permet à un moment donné d'assurer une liaison radioélectrique par voie ionosphérique entre deux points donnés. Une limite inférieure dénommée LUF (Lowest Usable Frequency) est imposée par la nécessité de disposer d'un champ suffisant à la réception. Une liaison utilisant la voie ionosphérique ne peut donc être exploitée que dans une  bande de fréquence entre la LUF et la MUF.

Le milieu de propagation ionosphérique présente une grande variabilité, tant spatiale (zones aurorales, zone équatoriale,...) que temporelle (cycle diurne, cycle de 11 ans,...). Il en résulte que la planification, la mise en service et l'exploitation de liaisons par voie ionosphérique nécessitent généralement l'emploi de prévisions de propagation. Étant donné les fluctuations importantes des conditions de propagation, ces prévisions se présentent sous forme statistique. Ainsi le calcul des caractéristiques de la propagation prévues sur une liaison donnée se fera, par exemple, pour un niveau de probabilité déterminé.

Si l'on s'intéresse par exemple, au seuil de probabilité 90%, on définira pour une heure donnée la MUF 90% et la LUF 90% telles que la bande de fréquences entre ces 2 valeurs corresponde à une probabilité d'établissement de liaison d'au moins 90% (soit une liaison établie 27 jours sur 30 à cette heure).

Le logiciel de Prévisions de Propagation Ionosphérique Mobile-Fixe utilise ces formules pour prévoir la probabilité d'établissement des liaisons entre un mobile et des stations fixes. Ces liaisons sont alors classées par ordre de probabilité décroissante.

1.1.2. La prévision des conditions de propagation.

    1.1.2.1. Principes de la méthode.

La prévision de l'état futur des conditions de propagation est basée sur des analyses statistiques des caractéristiques de l'ionosphère, mesurées à l'aide d'ionosondes verticales en divers points du globe. Il ressort de ces analyses que les valeurs médianes mensuelles (pour un mois, une heure et un lieu donnés) des principales caractéristiques de l'ionosphère sont statistiquement corrélées à un paramètre externe unique qui est l'indice d'activité solaire. Cet indice rend compte de l'état d'activité du soleil et résulte d'observations quotidiennes de la surface solaire.

Il est donc en principe possible de déterminer à l'avance les caractéristiques médianes de l'ionosphère à partir d'une prévision de la valeur de l'indice solaire pour cette période. L'indice d'activité solaire utilisé dans le logiciel de prévisions de propagation ionosphérique Mobile-Fixe est l'indice IR5 dont une prévision est établie et diffusée mensuellement par le CNET pour les 6 mois à venir.

    1.1.2.2. Détermination de la MUF.

La prévision de propagation pour une liaison donnée est obtenue à partir d'une modélisation de la trajectoire des rayons électromagnétiques entre l'émetteur et le récepteur. On considère des trajets par bonds entre les couches ionosphériques principales des régions E et F et le sol. La géométrie de ces trajets détermine les modes de propagation possibles. A partir des modèles de prévision des caractéristiques ionosphériques, est calculée la fréquence maximale utilisable pour chacun des modes de propagation considérés. La MUF correspond à la plus grande de ces fréquences.

    1.1.2.3. Détermination de la LUF.

Connaissant les modes de propagation susceptibles d'exister, il faut aussi calculer les limites inférieures de la bande de fréquences utilisables pour chacun de ces modes à partir de l'affaiblissement total du signal sur le trajet. Cet affaiblissement comprend entre autres l'affaiblissement spatial dû à la dispersion du flux radioélectrique émis, les pertes par absorption ionosphérique engendrées par les traversées de la couche D,  les pertes par réflexion sur le sol lorsque le mode considéré implique plusieurs bonds ainsi que quelques atténuations plus spécifiques (atténuation aurorale et pertes dues à la réflexion).

La fréquence minimale utilisable pour un mode donné se ramène au calcul de la fréquence pour laquelle l'affaiblissement de propagation de l'onde est égal à l'affaiblissement maximal toléré, déterminé à partir des performances des équipements utilisés et du bruit radioélectrique à la réception. La LUF est la plus petite des fréquences minimales utilisables pour chacun des différents modes considérés.

1.1.3. Paramètres ionosphériques pris en compte.

Le logiciel de Prévisions de Propagation Ionosphérique Mobile-Fixe prend en compte :

Les antennes à bord du navire et des stations à terre sont supposées omnidirectionnelles.


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