[发明专利]一种太阳闪烁下深空电磁波信道传播建模方法

说明书

本发明公开了一种太阳闪烁下深空电磁波信道传播建模方法，该方法根据深空电磁波的传播路径，考虑了太阳、行星、电磁波传播的几何关系的影响，建立了受不同程度太阳风影响下的深空电磁波信道传播模型，引入太阳活动周期及空间天气对深空电磁波传播的影响。相比传统方法，本方法能够应用于复杂太阳活动情况下描述太阳闪烁对深空电磁波在太阳系行星间传播的影响，为深空探测信息有效传输提供良好的技术支撑。

技术领域

本发明属于深空探测领域，具体涉及一种太阳闪烁下深空电磁波信道传播建模方法。

背景技术

深空电磁波传播是深空通信和深空探测的主要支撑技术手段，深空电磁波在宇宙空间传播时会受到太阳风中等离子体的影响，具体表现为太阳闪烁。电磁波在太阳闪烁的影响下产生幅度衰减、相位抖动、法拉第旋转等效应，在严重情况下甚至导致深空通信链路的中断。通常，太阳闪烁受深空电磁波传播几何路径、太阳风速度、太阳风中等离子体电子密度等因素的影响，其变化较复杂，并且受限于人类在深空探测过程所获得的电磁波信号传播特征的有限性，目前对太阳闪烁与深空电磁波相互作用机理的理解尚处于探索阶段。此外，目前描述衰减信道的一些模型如莱斯模型、瑞利模型等并不能有效刻画电磁波在太阳风等离子体中的传播特征，而Nakagami-m模型也仅适用于较弱的闪烁环境，其普适性和广域有效性尚未得以全面验证。因此有必要全面认知深空电磁波传播的太阳闪烁效应，构建准确可信的信道传播模型，为深空探测，特别是太阳系内行星探测器的遥测遥控通信提供良好的理论基础和技术支撑。

目前研究已较为广泛的电离层闪烁强度，其中一个衡量标准即电离层总电子含量变化指数，Rate of TEC Index(ROTI)。ROTI指数最早由美国NASA JPL实验室的研究人员PiXiaoqing提出，参见文献1，其于1997年在地球科学领域顶级期刊《地球物理快报》所发表的文章目前已被广泛引用（Web of Science 引用469次），此后相关领域学者均以ROTI指数作为电离层闪烁强弱的一个重要标准，即通过ROTI指数与设定门限比较，判断电离层闪烁强弱。

文献1：Pi, X., Mannucci, A. J., Lindqwister, U. J., Ho, C. M.Monitoring of global ionospheric irregularities using the worldwide GPSnetwork. Geophysical Research Letters, 1997,24(18):2283-2286。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种太阳闪烁下深空电磁波信道传播建模方法，该方法根据深空电磁波的传播路径，考虑了太阳、行星、电磁波传播的几何关系的影响，建立了受不同程度太阳风影响下的深空电磁波信道传播模型，引入太阳活动周期及空间天气对深空电磁波传播的影响。相比传统方法，本方法能够应用于复杂太阳活动情况下描述太阳闪烁对深空电磁波在太阳系行星间传播的影响，为深空探测信息有效传输提供良好的技术支撑。

本发明的技术方案如下：一种太阳闪烁下深空电磁波信道传播建模方法，具体实现步骤为：

步骤（1）确定深空电磁波传播信道的几何特征，即太阳、地球、行星之间的相对位置，判断行星与太阳的位置关系是上合、下合还是其它位置关系；其中，太阳、行星探测器、地球的上合几何关系为行星探测器和地球分别处于太阳两侧，太阳、行星探测器、地球的下合几何关系为行星探测器和地球位于太阳同侧；上合时太阳闪烁影响大，下合时太阳闪烁影响小。进一步考虑太阳、地球、行星探测器的夹角α_SEP，其为太阳地球连线与地球行星探测器连线之间的夹角，且α_SEP越小，太阳闪烁影响越大。