一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法
【专利摘要】本发明提供一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，该方法首先构建深空航天器到地球的深空中继网络架构；接着根据深空航天器到地球的深空中继网络架构及传输环境确定该网络的信道组成；然后确定各部分信道中影响Ka波段信道建模的因素及参数；最后根据确定出的影响因素及参数，构建深空航天器到地球的Ka波段信道模型。本发明充分考虑了多普勒效应对建模的影响，从而建立的深空航天器到地球的Ka波段信道模型具有很强的有效性，为Ka波段深空通信中继网络提供理论依据，并对Ka波段深空通信中继网络的信号调制、编码方式以及功率控制技术研究有很大的使用意义。
【专利说明】一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及深空通信领域，尤其涉及一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着深空探测的发展和对带宽需求的增加，越来越多研究卫星系统的人员开始利用Ka波段来进行地空链接。为了设计和优化深空通信中Ka波段卫星链路，一个公平的理解以及对传播信道的动态行为建模是非常必要的。目前，对于深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，只考虑到了天气、阴影等因素的影响，并没有考虑到多普勒效应，导致目前建模方法建立的模型有效性较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，以解决目前深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法建立的模型有效性较低问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，包括:构建深空航天器到地球的深空中继网络架构；根据深空航天器到地球的深空中继网络架构及传输环境确定该网络的信道组成；确定各部分信道中影响Ka波段信道建模的因素及参数；根据上一步骤中确定出的影响因素及参数，构建深空航天器到地球的Ka波段信道模型。
[0005]优选地，所述构建深空航天器到地球的深空中继网络架构的方法为:将深空航天器到地球的深空中继网络划分为深空中继骨干网络和地表网络；所述深空中继骨干网(Deep Space Relaying Backbone Network, DSRBN)是指深空航天器与近地中继航天器之间的网络；所述地表网络(Earth Surface Network, ESN)包括近地中继航天器、地球站和地球上的网络。
[0006]优选地，所述根据深空航天器到地球的深空中继网络架构及传输环境确定该网络的信道组成，包括:将深空航天器到地球的深空中继网络的信道分为深空航天器与近地中继航天器之间的信道、近地中继航天器和地面站之间的信道。
[0007]优选地，当近地中继航天器为地球静止轨道的卫星时，所述近地中继航天器和地面站之间的信道采用莱斯衰落信道；当近地中继航天器为非地球静止轨道的卫星时，所述近地中继航天器和地面站之间的信道采用瑞利衰落信道。
[0008]优选地，所述确定各部分信道中影响Ka波段信道建模的因素及参数，包括:近地中继航天器和地面站之间的信道中影响Ka波段卫星信道建模的因素包括:系统噪声、第一距离损耗、大气吸收损耗、雨衰损耗；对应的参数为:系统噪声的地面系统噪声温度Tsys、第一距离损耗的近地中继航天器和地面站之间的距离d、大气吸收损耗Latm和雨衰损耗L ;近地中继航天器与深空航天器之间的信道中影响Ka波段卫星信道建模的因素包括:第二距离损耗、多普勒频移、太阳闪烁；对应的参数为:第二距离损耗的近地中继航天器与深空航天器之间的距离ds。、受到多普勒频移影响的载波频率fD和太阳闪烁的影响I&ian。
[0009]优选地，根据影响因素参数，构建深空航天器到地球的Ka波段信道模型为:
【权利要求】
1.一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，包括: 构建深空航天器到地球的深空中继网络架构； 根据深空航天器到地球的深空中继网络架构及传输环境确定该网络的信道组成； 确定各部分信道中影响Ka波段信道建模的因素及参数； 根据上一步骤中确定出的影响因素及参数，构建深空航天器到地球的Ka波段信道模型。
2.如权利要求1所述的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，所述构建深空航天器到地球的深空中继网络架构的方法为:将深空航天器到地球的深空中继网络划分为深空中继骨干网络和地表网络； 所述深空中继骨干网是指深空航天器与近地中继航天器之间的网络； 所述地表网络包括近地中继航天器、地球站和地球上的网络。
3.如权利要求2所述的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，所述根据深空航天器到地球的深空中继网络架构及传输环境确定该网络的信道组成，包括:将深空航天器到地球的深空中继网络的信道分为深空航天器与近地中继航天器之间的信道、近地中继航天器和地面站之间的信道。
4.如权利要求3所述的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，当近地中继航天器为地球静止轨道的卫星时，所述近地中继航天器和地面站之间的信道采用莱斯衰落信道；当近地中继航天器为非地球静止轨道的卫星时，所述近地中继航天器和地面站之间的信道采用瑞利衰落信道。
5.如权利要求3所述的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，所述确定各部分信道中影响Ka波段信道建模的因素及参数，包括: 近地中继航天器和地面站之间的信道中影响Ka波段卫星信道建模的因素包括:系统噪声、第一距离损耗、大气吸收损耗、雨衰损耗；对应的参数为:系统噪声的地面系统噪声温度Tsys、第一距离损耗的近地中继航天器和地面站之间的距离d、大气吸收损耗Latm和雨衰损耗L ; 近地中继航天器与深空航天器之间的信道中影响Ka波段卫星信道建模的因素包括:第二距离损耗、多普勒频移、太阳闪烁；对应的参数为:第二距离损耗的近地中继航天器与深空航天器之间的距离ds。、受到多普勒频移影响的载波频率fD和太阳闪烁的影响I&ian。
6.如权利要求5所述的一种深空航天器到地球的Ka波段信道建模方法，其特征在于，根据影响因素参数，构建深空航天器到地球的Ka波段信道模型为: Pr =.flf1 k,, )-1 (Lr + Latm )-1 W 其中，Pr是地球站接收到的Ka波段能量，Ps。t是一个深空航天器发射的能量；ε Amp是近地中继航天器的放大器效率；AS。t是发射信号的深空航天器的天线面积；ε s。t是发射信号的深空航天器的天线效率；AS。和Ag分别是近地中继航天器和地面天线的面积，es。和eg分别是近地中继航天器和地面天线的效率；f是载波频率；k是波尔兹曼常数；VD是航天器间的相对速率；c是光速。
【文档编号】H04B17/00GK103684632SQ201310624670
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】周贤伟, 许海涛, 胡显邦, 王洋, 崔凤磊 申请人:北京科技大学