一種計(jì)算深空通信鏈路損耗值的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種計(jì)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(jì)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(jì)算出深空通信鏈路損耗值，為在實(shí)際深空通信中對(duì)信號(hào)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(zhuān)利說(shuō)明】一種計(jì)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(jì)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(cè)主要是指對(duì)太陽(yáng)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(cè)，也包括對(duì)太陽(yáng)系外甚至全宇宙的探測(cè)。深空通信技術(shù)是進(jìn)行深空探測(cè)活動(dòng)的重要技術(shù)支撐，肩負(fù)著傳輸指令信息、遙測(cè)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(cè)任務(wù)的成敗。深空通信的質(zhì)量不僅取決于無(wú)線電系統(tǒng)設(shè)備的性能，電磁波傳播環(huán)境也是實(shí)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(cè)和預(yù)測(cè)由此顯得格外重要。但深空通信環(huán)境復(fù)雜多變，所以對(duì)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(shí)際深空通信中對(duì)信號(hào)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(jì)算方法中，沒(méi)有具體分析及計(jì)算鏈路在不同傳輸距離下的損耗值，導(dǎo)致無(wú)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(jì)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(jì)算方法不能準(zhǔn)確計(jì)算深空通信鏈路損耗值的問(wèn)題。本發(fā)明提供的計(jì)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(jì)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(jì)算通信鏈路各段損耗值；根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計(jì)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(cè)器之間的鏈路。
[0006]優(yōu)選地，所述計(jì)算通信鏈路各段損耗值包括:計(jì)算所述近地鏈路損耗值、計(jì)算所述深空中繼鏈路損耗值和計(jì)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(wú)線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測(cè)器之間的自由空間中傳播時(shí)的損耗值。
[0008]優(yōu)選地，計(jì)算所述深空中繼鏈路損耗值包括:求取當(dāng)前傳播的無(wú)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(yáng)風(fēng)對(duì)當(dāng)前傳播的無(wú)線電波造成的吸收損耗值之和。
[0009]優(yōu)選地，計(jì)算所述近地鏈路損耗值包括:求當(dāng)前傳播的無(wú)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(wú)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(wú)線電波的損耗值；所述雨霧衰減值是指霧天造成的無(wú)線電波的損耗值；所述積雨云衰減值是指積雨云對(duì)無(wú)線電波造成的損耗值；所述電離層衰減值是指電離層對(duì)無(wú)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(jì)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(jì)算深空通信鏈路損耗值的方法，針對(duì)深空通信鏈路的特點(diǎn)，對(duì)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(duì)各個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算分析，最后獲取到準(zhǔn)確的深空通信鏈路總損耗值，同時(shí)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種計(jì)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(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(hào)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(cè)器8之間的鏈路。例如，當(dāng)所述其他行星為火星時(shí)，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(lái)其間可能存在多個(gè)位于日-地和日-火拉格朗日點(diǎn)上的衛(wèi)星作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0021]圖1的S2中，計(jì)算通信鏈路各段損耗值包括計(jì)算近地鏈路I損耗值、計(jì)算深空中繼鏈路2損耗值和計(jì)算遠(yuǎn)地鏈路3損耗值。以下分別對(duì)各段鏈路的損耗值的優(yōu)選計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]I)遠(yuǎn)地鏈路損耗值計(jì)算方法
[0023]計(jì)算遠(yuǎn)地鏈路3損耗值包括計(jì)算自由空間傳播損耗值Lfs，即:計(jì)算當(dāng)前傳播的無(wú)線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星7與其表面探測(cè)器8之間的自由空間中傳播時(shí)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(cè)器恰在其影響范圍內(nèi)，則此時(shí)與火星探測(cè)器的通信會(huì)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(cè)器8之間的距離，單位為Km汀表示該無(wú)線電波的頻率，單位為GHz。
[0025]2)深空中繼鏈路損耗值計(jì)算方法
[0026]計(jì)算深空中繼鏈路2損耗值的方法為:求取當(dāng)前傳播的無(wú)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(yáng)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(wú)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(yáng)風(fēng)造成的吸收損耗值是指由于太陽(yáng)閃爍的影響，導(dǎo)致無(wú)線電波損耗的值，其中太陽(yáng)閃爍是指太陽(yáng)風(fēng)電參數(shù)的快速變化，使其對(duì)無(wú)線電波的吸收強(qiáng)弱產(chǎn)生起伏，引起信號(hào)電平的快速變化。
[0027]其中，當(dāng)前傳播的無(wú)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(yùn)動(dòng)而時(shí)刻變化，但由于地球與火星間的距離實(shí)在太遙遠(yuǎn)了，實(shí)際由于星體軌道運(yùn)動(dòng)造成的損耗變化，短時(shí)間內(nèi)并不明顯。上合時(shí)期，火星的與地球的距離達(dá)到最遠(yuǎn)，大約為2.6826225 (AU)，此時(shí)的無(wú)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(shí)期，火星的與地球的距離最近，約為0.3979728 (AU)，此時(shí)的無(wú)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(yáng)閃爍的影響越小，當(dāng)通信鏈路距離太陽(yáng)中心約4倍太陽(yáng)半徑時(shí)，X波段的信號(hào)信噪比相比于無(wú)閃爍時(shí)的信道有8.2dB的衰落，而Ka波段信號(hào)只有約
.0.4dB的衰落。這說(shuō)明，為了補(bǔ)償太陽(yáng)閃爍對(duì)無(wú)線電信號(hào)的影響，在進(jìn)行通信鏈路設(shè)計(jì)時(shí)，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(yáng)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(jì)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(jì)算通信鏈路各段損耗值； 根據(jù)通信鏈路各段損耗值，計(jì)算通信鏈路總損耗值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種計(jì)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(cè)器之間的鏈路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種計(jì)算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，所述計(jì)算通信鏈路各段損耗值包括:計(jì)算所述近地鏈路損耗值、計(jì)算所述深空中繼鏈路損耗值和計(jì)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(jì)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(wú)線電波在其它行星的軌道衛(wèi)星與其表面探測(cè)器之間的自由空間中傳播時(shí)的損耗值。
5.如權(quán)利要求3所述的一種計(jì)算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，計(jì)算所述深空中繼鏈路損耗值包括:求取當(dāng)前傳播的無(wú)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(yáng)風(fēng)對(duì)當(dāng)前傳播的無(wú)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(jì)算深空通信鏈路損耗值的方法，其特征在于，計(jì)算所述近地鏈路損耗值包括:求當(dāng)前傳播的無(wú)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(wú)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(wú)線電波的損耗值； 所述雨霧衰減值是指霧天造成的無(wú)線電波的損耗值； 所述積雨云衰減值是指積雨云對(duì)無(wú)線電波造成的損耗值； 所述電離層衰減值是指電離層對(duì)無(wú)線電波造成的損耗值。
7.如權(quán)利要求3所述的一種計(jì)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(jì)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(hào)】H04B17/00GK103684629SQ201310589891
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京科技大學(xué)