一种卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，包括：获取卫星太赫兹通信链路范围内，大气层参数的离散数据信息和大气层气体分子组成信息；计算得到分层高度范围信息和分层连接处高度范围信息；构建曲率动态最优规划模型和动态线性系统优化模型，到卫星太赫兹通信链路范围内连续高度大气层参数信息；利用太赫兹通信频段的大气衰减系数计算模型，得到太赫兹通信频段的大气衰减系数；利用太赫兹信道大气传输损耗计算模型，得到卫星太赫兹通信信道大气传输损耗值。本发明专利技术解决了气象数据测量难和原始数据缺失的问题，能够根据少量有效数据对缺失数据进行预测，计算出太赫兹信道大气传输损耗，具有速度快、精度高和计算稳定的优点。算稳定的优点。算稳定的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法


[0001]本专利技术属于太赫兹通信领域，尤其涉及一种卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，太赫兹通信技术飞速发展，作为新一代通信技术，其将在航天领域实现空间大容量通信方面发挥巨大作用。未来，卫星与卫星之间或者卫星与地面之间的数据通信，都有望需要依赖太赫兹通信技术来实现。虽然太赫兹频段可以提供较大的带宽和较高的传输容量，但该频段的电磁波在大气中传播时衰减较大，且当空气中水分子较多时衰减尤其严重，在进行星地太赫兹通信链路预算时，需要着重考虑大气传输损耗，因此，如何计算太赫兹波在大气中的传输损耗是一个十分重要的问题。
[0003]为精确计算太赫兹波大气传输吸收衰减，需获取到沿传播路径的相关气压、水汽密度、温度参数。由于实施大气观测十分困难，实测数据具有垂直扩展高度范围小和不同高度数据分布不均匀等问题存在。《China Different Heights Annually THz Wave Atmospheric Absorption Calculation》一文提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，其特征在于，包括：S1，获取卫星太赫兹通信链路范围内，大气层参数的离散数据信息和大气层气体分子组成信息；所述大气层参数的离散数据信息，包括离散高度值处的大气气压、水汽密度和大气温度；S2，利用大气等质量分层模型，对所述大气层参数的离散数据信息进行处理，得到分层高度范围信息和分层连接处高度范围信息；S3，利用所述分层连接处高度范围信息和大气层参数的离散数据信息，构建曲率动态最优规划模型；利用所述曲率动态最优规划模型，对所述分层连接处高度范围信息进行处理，得到所述分层连接处的连续高度的大气层参数集；S4，利用所述分层高度范围信息和大气层参数的离散数据信息，构建动态线性系统优化模型；利用所述动态线性系统优化模型，对所述分层高度范围信息进行处理，得到所述分层高度范围的连续高度的大气层参数集；S5，对所述分层高度范围的连续高度的大气层参数集，和所述分层连接处的连续高度的大气层参数集进行整合处理，得到卫星太赫兹通信链路范围内连续高度大气层参数信息；S6，利用太赫兹通信频段的大气衰减系数计算模型，对所述卫星太赫兹通信链路范围内连续高度大气层参数信息进行处理，得到太赫兹通信频段的大气衰减系数；所述太赫兹通信频段的大气衰减系数计算模型，包括太赫兹干空气吸收系数计算模型和太赫兹通信频段水汽吸收系数计算模型；S7，利用太赫兹信道大气传输损耗计算模型，对所述太赫兹通信频段的大气衰减系数和卫星通信链路传输距离进行处理，得到卫星太赫兹通信信道大气传输损耗值。2.如权利要求1所述的卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，其特征在于，所述利用大气等质量分层模型，对所述大气层参数的离散数据信息进行处理，得到分层高度范围信息和分层连接处高度范围信息，包括：S21，根据所述大气层气体分子组成信息，确定每一类大气层参数的有效高度信息；S22，利用分层厚度模型，在所述每一类大气层参数的有效高度内，计算得到每一类大气层参数的分层厚度信息；所述分层厚度模型，表达式为：其中，n为分层序号，其取值从地面向上依次增加，δ
n
为第n层的厚度信息；S23，根据所述每一类大气层参数的有效高度信息和分层厚度信息，从第1层开始到最高层，对每层厚度信息进行叠加处理，得到每一类大气层参数的初始分层高度范围信息；S24，从所述每一类大气层参数的初始分层高度范围信息中，提取出相邻两个分层的交界点高度信息；S25，对每一类大气层参数，以所述交界点高度信息为中心，将所述中心向上和向下延伸相同的预设高度值，作为分层连接处；将所述中心向上和向下延伸相同的预设高度值对应的高度取值范围，作为分层连接处高度范围信息；所述预设高度值，通过对所述中心的相邻两个分层高度之和乘以设定比例值得到；
S26，对每一类大气层参数，将其分层连接处高度范围信息，从所述初始分层高度范围信息中删除，得到每一类大气层参数的分层高度范围信息。3.如权利要求1所述的卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，其特征在于，所述利用分层连接处高度范围信息和大气层参数的离散数据信息，构建曲率动态最优规划模型；利用曲率动态最优规划模型，对分层连接处高度范围信息进行处理，得到分层连接处的连续高度的大气层参数集，包括：S31，对每一类大气层参数，根据其分层连接处高度范围信息，从所述大气层参数的离散数据信息中，提取得到分层连接处的离散数据信息；所述分层连接处的离散数据信息，包括分层连接处的离散高度信息和离散大气层参数信息；S32，对所述分层连接处的离散数据信息，利用曲率统计分析方法和第一迭代求解模型进行处理，构建得到曲率动态最优规划模型；S33，利用所述曲率动态最优规划模型，对所述分层连接处的离散高度信息进行处理，得到分层连接处的连续高度的大气层参数集。4.如权利要求3所述的卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，其特征在于，所述对分层连接处的离散数据信息，利用曲率统计分析方法和第一迭代求解模型进行处理，构建得到曲率动态最优规划模型，包括：S321，对所述分层连接处的离散高度信息进行整合，建立分层连接处离散高度集合；S322，对所述分层连接处的离散大气层参数信息进行整合，对每一类大气层参数，分别建立对应的分层连接处离散大气层参数信息集合；S323，对每一类大气层参数，分别以所述分层连接处离散高度集合为自变量，以所述分层连接处离散大气层参数信息集合为因变量，利用所述自变量和因变量的对应关系，建立对应的分层连接处映射函数；S324，按照第一预设高度间隔，对所述分层连接处离散高度集合进行均匀抽样处理，得到第一离散高度集合；S325，根据所述第一离散高度集合，计算其对应高度值处的分层连接处映射函数的曲率值，得到分层连接处曲率值集合；S326，对所述分层连接处曲率值集合，进行统计分析处理，得到第一曲率统计特征；所述第一曲率统计特征，包括分层连接处曲率值集合的均值和方差；S327，根据所述第一曲率统计特征，确定曲率动态最优规划模型的多项式阶数和初始多项式系数；S328，采用第一迭代求解模型对所述初始多项式和分层连接处的离散数据信息进行处理，计算得到高阶多项式系数；S329，对所述初始多项式和高阶多项式进行整合，得到曲率动态最优规划模型。5.如权利要求4所述的卫星太赫兹通信信道大气传输损耗计算方法，其特征在于，所述对分层连接处的离散数据信息，利用曲率统计分析方法和第一迭代求解模型进行处理，构建得到曲率动态最优规划模型，包括：S321，对所述分层连接处的离散高度信息进行整合，建立分层连接处离散高度集合，第m个分层连接处的高度信息集合，表示为H
m
＝{h
m1
,h
m2
,...,h
ms
}，其中，s为每个分层的离散高度数目；
S322，对所述分层连接处的离散大气层参数信息进行整合，对每一类大气层参数，分别建立对应的分层连接处离散大气层参数信息集合；将第m个分层连接处的离散的大气气压、水汽密度、大气温度三种大气层参数信息集合，分别定义为P
m
、ρ
m
、T
m
，其表达式为：P
m
＝{p
m1
,p
m2
,...,p
ms
}、ρ
m
＝{ρ
m1
,ρ
m2
,...,ρ
ms
}、T
m
＝{t
m1
,t
m2
,...,t
ms
}，其中，p
mi
、ρ
mi
、t
mi
分别表示第m个分层连接处的离散的大气气压、水汽密度、大气温度的参数信息集合的第i个数据，i＝1,2,
…
,s；S323，对每一类大气层参数，分别以所述分层连接处离散高度集合为自变量，以所述分层连接处离散大气层参数信息集合为因变量，利用所述自变量和因变量的对应关系，建立对应的分层连接处映射函数；对于第m个分层连接处，以H
m
为自变量，分别以P
m
、ρ
m
、T
m
为因变量，建立大气气压、水汽密度、大气温度的分层连接处映射函数；S324，按照第一预设高度间隔，对所述分层连接处离散高度集合进行均匀抽样处理，得到第一离散高度集合；S325，根据所述第一离散高度集合，计算其对应高度值处的分层连接处映射函数的曲率值，得到分层连接处曲率值集合；S326，对所述分层连接处曲率值集合，进行统计分析处理，得到第一曲率统计特征；所述第一曲率统计特征，包括分层连接处曲率值集合的均值μ1和方差δ1；S327，对每一类大气层参数，设置第一范围阈值a1和a2，对方差δ1与均值μ1的比值k1进行判别，当k1≤a1时，确定动态最优规划模型的多项式阶数为c1；当a1＜k1≤a2时，确定动态最优规划模型的多项式阶数为c2；当a2＜k1时，确定动态最优规划模型的多项式阶数为c3；当k1≤a2时，确定动态最优规划模型的初始多项式系数为d1；当a2＜k1时，确定动态最优规划模型的初始多项式系数为d2；所述多项式阶数，满足c1＜c2＜c3，所述初始多项式系数，满足d1＜d2；S328，采用第一迭代求解模型对所述初始多项式和分层连接处的离散数据信息进行处理，计算得到高阶多项式系数，包括：S3281，对所述初始多项式和分层连接处的离散数据信息进行迭代处理，得到高阶多项式的表达式；所述迭代处理，其表达式为：式的表达式；所述迭代处理，其表达式为：式的表达式；所述迭代处理，其表达式为：
其中，第m个分层连接处，对于大气气压、水汽密度和大气温度所确定的多项式阶数分别为s1，s2和s3，所确定的初始多项式分别为G
Pm0
(h
m
)，G
pm0
(h
m
)，G
Tm0
(h
m
)，h
m
为第m个分层连接处的连续高度值，G
Pm0
(h
m
)、G
ρm0
(h
m
)、G
Tm0
(h
m
)分别为第m个分层连接处的大气气压、水汽密度和大气温度的初始多项式，G
Pm1
(h
m
)、G
ρm1
(h
m
)、G
Tm1
(h
m
)分别为第m个分层连接处的大气气压、水汽密度和大气温度的第1阶多项式，G
Pm(k+1)
(h
m
)、G
ρm(k+1)
(h
m
)、G
Tm(k+1)

【专利技术属性】
技术研发人员：何元智，祃宸升，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：