[发明专利]气象卫星信道概率统计特性仿真模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体地说，涉及气象卫星通信信道常用的概率分布仿真模型的建立方法。

背景技术

气象卫星通信环境主要是大气层空间物理环境，存在着多种气体以及各种微粒，如尘埃、烟、雾、小水滴等，还会出现各种复杂的气象现象，如云、雨、雾、雪、霜等。气象卫星下行传输气象数据时，会受到大气层空间物理环境的影响，大气(主要是其中的氧气和水蒸气)、云及降水都会吸收和散射电磁波，电磁波的频率越高，传播衰减越严重。而目前，气象卫星通信波段主要是L波段(1GHz-2GHz)和X(7.5GHz-8.5GHz)波段，可见“朱爱军.风云三号气象卫星数据传输体制分析[J].应用气象学报，2006，17(4)：494-500”。天气晴朗时氧气和水汽的吸收产生的信号衰减在10GHz以下相对较小，可以忽略这部分衰减的影响；而云和降雨会成为影响电磁波传播的主要因素。因此，在不同气象状态下，由于云层及降雨的影响，气象卫星信道会存在不同程度的衰减、阴影效应和多径效应，使得地面接收信号随大气状态的变化而变得不稳定，产生码间干扰，也会在一定程度上影响接收气象卫星数据的质量，影响天气现象的分析与预报。

由文献“李玮.卫星移动通信信道模型研究及基带仿真实现[D].电子科技大学，2002：8-16”和“胡君.卫星移动通信信道研究及性能仿真[D].电子科技大学，2005：9-10.”可知，卫、星通信信道中多径效应使得地面接收信号的包络概率统计分布服从Rayleigh分布或Rice分布，阴影效应使得地面接收信号的包络概率统计分布服从Lognormal分布。文献“胡君.卫星移动通信信道研究及性能仿真[D].电子科技大学，2005：9-10.”建立的几种概率密度分布模型都是适用于移动卫星信道统计模型仿真的，而有关气象卫星信道概率统计模型的仿真还没有公开报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，针对气象卫星信道特性，提供了一种气象卫星信道概率统计特性仿真模型的建立方法。

本发明的气象卫星信道概率统计特性仿真模型的建立方法，其特征在于，包括下列步骤：

一)计算气象卫星发送信号，信号调制方式可采用BPSK或QPSK的调制方式，气象卫星发送信号可以表示为

s(t)＝Acos(ω_ct+θ)                (1)

式中，A为发射信号的振幅，ω_c为载波信号的角频率，θ根据调制方式的不同取值也不同。

二)根据气象卫星发射的信号s(t)＝Acos(ω_ct+θ_k)，k＝4，采用QPSK调制方式，在不同的天气状态下因多径效应、散散效应和阴影遮蔽效应等，使得到达地面接收站点的接收信号由不同成分组成，推导相应的包络概率密度分布，根据不同天气状态下的气象卫星地面接收系统接收的信号表达形式建立对应的仿真模型：

1)阴雨天气时，气象卫星信道物理环境较差，假设地面接收站的接收信号只包含一定强度的多径分量，接收信号的包络和相位都是随机缓变的，则接收信号r(t)可表示为

r(t)＝a(t)cos[ω_ct+θ(t)]

＝μ_c(t)cosω_ct-μ_s(t)sinω_ct    (2)

式中

μ_c(t)＝a(t)cos[θ(t)]           (3)

μ_s(t)＝a(t)sin[θ(t)]           (4)

式中，a(t)和θ(t)分别是r(t)的随机包络和随机相位，ω_c为载波频率，a(t)≥0。

由式(2)知：接收信号r(t)的统计特性可以由μ_c(t)和μ_s(t)的统计特性确定，由中心极限定理可知，μ_c(t)和μ_s(t)为正态随机过程，其概率密度函数分别为