一種計算深空通信鏈路損耗值的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，屬于通信領(lǐng)域，該方法首先將深空通信鏈路分段為近地鏈路、深空中繼鏈路、遠(yuǎn)地鏈路三段鏈路；接著分別計算通信鏈路各段的損耗值；最后將通信鏈路各段的損耗值之和作為通信鏈路總損耗值。本發(fā)明能準(zhǔn)確地計算出深空通信鏈路損耗值，為在實際深空通信中對信號功率進(jìn)行損耗補(bǔ)償提供參考依據(jù)，并且本發(fā)明具有較強(qiáng)的適用可行性，可以廣泛應(yīng)用于各種深空通信系統(tǒng)中。
【專利說明】一種計算深空通信鏈路損耗值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及深空通信領(lǐng)域，尤其涉及一種計算深空通信鏈路損耗值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，深空探測主要是指對太陽系內(nèi)除地球以外的行星及其衛(wèi)星，小行星和彗星等的探測，也包括對太陽系外甚至全宇宙的探測。深空通信技術(shù)是進(jìn)行深空探測活動的重要技術(shù)支撐，肩負(fù)著傳輸指令信息、遙測遙控信息、跟蹤導(dǎo)航信息、姿態(tài)控制信息、軌道控制信息和傳輸科學(xué)數(shù)據(jù)、圖像、文件、聲音、乃至影像等數(shù)據(jù)的任務(wù)，關(guān)乎深空探測任務(wù)的成敗。深空通信的質(zhì)量不僅取決于無線電系統(tǒng)設(shè)備的性能，電磁波傳播環(huán)境也是實現(xiàn)高質(zhì)量通信所必須考慮的因素，高質(zhì)量的電磁波傳播環(huán)境特性探測和預(yù)測由此顯得格外重要。但深空通信環(huán)境復(fù)雜多變，所以對深空通信環(huán)境中的各種影響因子進(jìn)行分析并給出理論模型具有重要意義，其中，損耗分析可為在實際深空通信中對信號功率進(jìn)行損耗補(bǔ)償提供參考依據(jù)。但是，傳統(tǒng)的空間鏈路損耗值計算方法中，沒有具體分析及計算鏈路在不同傳輸距離下的損耗值，導(dǎo)致無法獲取準(zhǔn)確的鏈路損耗值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出了一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，用于解決現(xiàn)有的空間鏈路損耗值計算方法不能準(zhǔn)確計算深空通信鏈路損耗值的問題。本發(fā)明提供的計算深空通信鏈路損耗值的方法能夠獲取到準(zhǔn)確的深空通信鏈路總損耗值，該方法具有較強(qiáng)的適用可行性，可廣泛應(yīng)用于深空通信系統(tǒng)中。
[0004]本發(fā)明提供一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，包括步驟:分段深空通信鏈路；計算通信鏈路各段損耗值；根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計算通信鏈路總損耗值。
[0005]優(yōu)選地，所述分段深空通信鏈路包括:將所述深空通信鏈路分段為近地鏈路、深空中繼鏈路、遠(yuǎn)地鏈路；所述近地鏈路，指地球表面到同步衛(wèi)星之間的鏈路；所述深空中繼鏈路，指同步衛(wèi)星至其它行星的軌道衛(wèi)星間的通信鏈路；所述遠(yuǎn)地鏈路，指其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測器之間的鏈路。
[0006]優(yōu)選地，所述計算通信鏈路各段損耗值包括:計算所述近地鏈路損耗值、計算所述深空中繼鏈路損耗值和計算所述遠(yuǎn)地鏈路損耗值。
[0007]優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)地鏈路損耗值為當(dāng)前傳播的無線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測器之間的自由空間中傳播時的損耗值。
[0008]優(yōu)選地，計算所述深空中繼鏈路損耗值包括:求取當(dāng)前傳播的無線電波在同步衛(wèi)星與其它行星的軌道衛(wèi)星間的自由空間中傳播的損耗值和太陽風(fēng)對當(dāng)前傳播的無線電波造成的吸收損耗值之和。
[0009]優(yōu)選地，計算所述近地鏈路損耗值包括:求當(dāng)前傳播的無線電波在所述近地鏈路中的大氣吸收損耗值、降雨衰減值、雨霧衰減值、積雨云衰減值和電離層衰減值之和；所述大氣吸收損耗值是指由于大氣的吸收效應(yīng)導(dǎo)致的無線電波的損耗值；所述降雨衰減值是指由于降雨導(dǎo)致的無線電波的損耗值；所述雨霧衰減值是指霧天造成的無線電波的損耗值；所述積雨云衰減值是指積雨云對無線電波造成的損耗值；所述電離層衰減值是指電離層對無線電波造成的損耗值。
[0010]優(yōu)選地，所述根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計算通信鏈路總損耗值的方法為:將通信鏈路各段損耗值之和作為通信鏈路總損耗值。
[0011]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0012]上述計算深空通信鏈路損耗值的方法，針對深空通信鏈路的特點，對深空鏈路進(jìn)行了分段，并給出了各段中各種因素造成衰減的理論模型，對各個模型進(jìn)行計算分析，最后獲取到準(zhǔn)確的深空通信鏈路總損耗值，同時該方法具有較強(qiáng)的適用可行性，可廣泛應(yīng)用于各種深空通信系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法流程示意圖；
[0014]圖2為深空通信鏈路示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]圖1所示為本發(fā)明提供的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法流程示意圖，包括:
[0017]S1:分段深空通信鏈路；
[0018]S2:計算通信鏈路各段損耗值；
[0019]S3:根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計算通信鏈路總損耗值。
[0020]如圖2所示為深空通信鏈路示意圖，分段深空通信鏈路具體為:將所述深空通信鏈路分段為近地鏈路1、深空中繼鏈路2、遠(yuǎn)地鏈路3 ;近地鏈路I指地球表面5到同步衛(wèi)星4之間的鏈路，具體包括了地球表面5通信鏈路、同步衛(wèi)星4與地球站6之間的鏈路和不同的同步衛(wèi)星4相互間的鏈路；深空中繼鏈路2，指最終用于向深空發(fā)射信號的同步衛(wèi)星4至其它行星的軌道衛(wèi)星7間的通信鏈路；所述遠(yuǎn)地鏈路，指其它行星的軌道衛(wèi)星7與其表面探測器8之間的鏈路。例如，當(dāng)所述其他行星為火星時，將地球與火星間的深空通信鏈路劃分為上述三部分，其中深空中繼鏈路指地球的同步衛(wèi)星至火星軌道衛(wèi)星間的通信網(wǎng)絡(luò)，在未來其間可能存在多個位于日-地和日-火拉格朗日點上的衛(wèi)星作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。
[0021]圖1的S2中，計算通信鏈路各段損耗值包括計算近地鏈路I損耗值、計算深空中繼鏈路2損耗值和計算遠(yuǎn)地鏈路3損耗值。以下分別對各段鏈路的損耗值的優(yōu)選計算方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]I)遠(yuǎn)地鏈路損耗值計算方法
[0023]計算遠(yuǎn)地鏈路3損耗值包括計算自由空間傳播損耗值Lfs，即:計算當(dāng)前傳播的無線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星7與其表面探測器8之間的自由空間中傳播時的損耗值。以火星為例，由于火星大氣稀薄，且主要成分是二氧化碳，其次是氮、氬，此外還有少量的氧和水蒸氣，而深空通信波段通常都是X波段以上，甚至到Ka波段，所以火星大氣造成的損耗很小，基本可以忽略。但稀薄的火星大氣也常有沙暴等惡劣氣象，且影響范圍很廣，若火星探測器恰在其影響范圍內(nèi)，則此時與火星探測器的通信會受到影響，所以該段鏈路的損耗主要還是自由空間傳播損耗。自由空間傳播損耗值Lfs可由如下公式求得:
[0024]Lfs = 92.45+201gd+201gf (I)公式(I)中，d為其它行星的軌道衛(wèi)星7與其表面探測器8之間的距離，單位為Km汀表示該無線電波的頻率，單位為GHz。
[0025]2)深空中繼鏈路損耗值計算方法
[0026]計算深空中繼鏈路2損耗值的方法為:求取當(dāng)前傳播的無線電波在深空中繼鏈路2范圍內(nèi)的自由空間傳播損耗值和太陽風(fēng)造成的吸收損耗值之和。其中，自由空間傳播損耗值是指無線電波在同步衛(wèi)星與其它行星的軌道衛(wèi)星間的自由空間中傳播損耗值；太陽風(fēng)造成的吸收損耗值是指由于太陽閃爍的影響，導(dǎo)致無線電波損耗的值，其中太陽閃爍是指太陽風(fēng)電參數(shù)的快速變化，使其對無線電波的吸收強(qiáng)弱產(chǎn)生起伏，引起信號電平的快速變化。
[0027]其中，當(dāng)前傳播的無線電波在深空中繼鏈路2范圍內(nèi)的自由空間傳播損耗值Lmfs同樣可采用公式(I)求得。仍以地球和火星之間的通信鏈路為例:地球與火星間的自由空間傳播損耗隨著地球與火星的軌道運動而時刻變化，但由于地球與火星間的距離實在太遙遠(yuǎn)了，實際由于星體軌道運動造成的損耗變化，短時間內(nèi)并不明顯。上合時期，火星的與地球的距離達(dá)到最遠(yuǎn)，大約為2.6826225 (AU)，此時的無線電波從火星傳回地面具有最大的自由空間傳播損耗，Ka波段32GHz下行鏈路的損耗約為294.58dB ;下合時期，火星的與地球的距離最近，約為0.3979728 (AU)，此時的無線電波從火星傳回地面具有最小的自由空間傳播損耗，Ka波段32GHz下行鏈路的損耗約為277.9985dB。
[0028]由于通信頻率越高受太陽閃爍的影響越小，當(dāng)通信鏈路距離太陽中心約4倍太陽半徑時，X波段的信號信噪比相比于無閃爍時的信道有8.2dB的衰落，而Ka波段信號只有約
.0.4dB的衰落。這說明，為了補(bǔ)償太陽閃爍對無線電信號的影響，在進(jìn)行通信鏈路設(shè)計時，需要給X波段和Ka波段分別預(yù)留8.2dB和0.4dB的鏈路余量，才能正常的完成通信。太陽風(fēng)造成的吸收損耗值Lsun可以由如下公式求取:
【權(quán)利要求】
1.一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，包括步驟: 分段深空通信鏈路； 計算通信鏈路各段損耗值； 根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計算通信鏈路總損耗值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，所述分段深空通信鏈路包括:將所述深空通信鏈路分段為近地鏈路、深空中繼鏈路、遠(yuǎn)地鏈路； 所述近地鏈路，指地球表面到同步衛(wèi)星之間的鏈路； 所述深空中繼鏈路，指同步衛(wèi)星至其它行星的軌道衛(wèi)星間的通信鏈路； 所述遠(yuǎn)地鏈路，指其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測器之間的鏈路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，所述計算通信鏈路各段損耗值包括:計算所述近地鏈路損耗值、計算所述深空中繼鏈路損耗值和計算所述遠(yuǎn)地鏈路損耗值。
4.如權(quán)利要求3所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)地鏈路損耗值為當(dāng)前傳播的無線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測器之間的自由空間中傳播時的損耗值。
5.如權(quán)利要求3所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，計算所述深空中繼鏈路損耗值包括:求取當(dāng)前傳播的無線電波在同步衛(wèi)星與其它行星的軌道衛(wèi)星間的自由空間中傳播的損耗值和太陽風(fēng)對當(dāng)前傳播的無線電波造成的吸收損耗值之和。
6.如權(quán)利要求3所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，計算所述近地鏈路損耗值包括:求當(dāng)前傳播的無線電波在所述近地鏈路中的大氣吸收損耗值、降雨衰減值、雨霧衰減值、積雨云衰減值和電離層衰減值之和； 所述大氣吸收損耗值是指由于大氣的吸收效應(yīng)導(dǎo)致的無線電波的損耗值； 所述降雨衰減值是指由于降雨導(dǎo)致的無線電波的損耗值； 所述雨霧衰減值是指霧天造成的無線電波的損耗值； 所述積雨云衰減值是指積雨云對無線電波造成的損耗值； 所述電離層衰減值是指電離層對無線電波造成的損耗值。
7.如權(quán)利要求3所述的一種計算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，所述根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計算通信鏈路總損耗值的方法為:將通信鏈路各段損耗值之和作為通信鏈路總損耗值。
【文檔編號】H04B17/00GK103684629SQ201310589891
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】周賢偉, 許海濤, 胡顯邦, 王洋, 崔鳳磊 申請人:北京科技大學(xué)