1.一种LEO卫星辅助的深空通信系统的性能评价方法,其特征在于,LEO卫星辅助的深空通信系统包括探测器,LEO卫星和地面终端,探测器和LEO卫星通过FSO链路进行通信,LEO卫星和地面终端通过RF链路进行通信,方法包括:在LEO卫星辅助的深空通信系统的设计阶段,获取设计的影响深空通信系统通信质量的指标参数;其中,指标参数包括日冕湍流强度参数、指向误差参数、太阳噪声参数、阴影强度参数、LEO卫星位置参数和分子吸收系数;日冕湍流强度参数、指向误差参数和太阳噪声参数分别表征日冕湍流、探测器与LEO卫星之间的对准偏差和太阳噪声对FSO链路信噪比的影响;阴影强度参数、LEO卫星位置参数和分子吸收系数分别表征小尺度衰落、LEO卫星位置变化和大气分子吸收对RF链路信噪比的影响;
将指标参数输入构建好的深空通信系统性能评价模型,得到性能指标,所述性能指标包括中断概率、信道容量和误码率;
根据性能指标评价深空通信系统的性能;
深空通信系统性能评价模型包括系统信噪比的第一累积分布函数CDF和系统信噪比的第一概率密度函数PDF,构建深空通信系统性能评价模型的过程,包括:分别构建FSO链路信噪比的第二CDF和第二PDF,以及RF链路信噪比的第三CDF和第三PDF;
根据第二CDF和第三CDF构建第一CDF,第一CDF的表达式为:其中,γ表示深空通信系统的端到端信噪比, 表示第二CDF, 表示第三CDF;
根据第二PDF和第三PDF构建第一PDF,第一PDF的表达式为:其中, 表示第二PDF, 表示第三PDF;
构建FSO链路信噪比的第二CDF和第二PDF,包括:通过EW分布模型构建FSO链路湍流衰落系数的CDF和PDF;通过贝克曼分布模型构建指向误差衰落系数的PDF;
基于湍流衰落系数的PDF和指向误差衰落系数的PDF,构建包含湍流衰落和指向误差衰落的联合PDF,作为第二PDF;
对联合PDF进行积分运算,得到第二CDF;
第二PDF的表达式为:
式中,γSR为PSO通信链路的信噪比, 为FSO链路的平均信噪比;
和ψSR是与闪烁指数 相关的形状参数;W表示载波带宽; 表示接收器处等效光束宽度,σmod表示指向误差位移标准差; A0表示径向位移为零时收2
集到的功率分数,A0=[erf(v)],erf(·)表示误差函数; ωZ表示光束宽度,a表示接收器半径;
σx表示水平位移的抖动,σy表示垂直位移的抖
动,μx表示接收平面水平轴的轴视误差,μy表示接收平面仰角轴的视轴误差,ηSR表示S‑R链路的尺度参数; 是变量代换,第二CDF的表达式为:
式中, 表示Meijer G函数;
构建RF链路信噪比的第三CDF和第三PDF,包括:通过弗里斯方程对传播损耗进行建模,得到传播损耗系数;通过循比尔‑朗伯定律得到分子吸收系数;通过SR分布模型对小尺度衰落进行建模,得到小尺度衰落的CDF和PDF;构建LEO卫星和地球之间距离的CDF和PDF;
基于传播损耗系数、分子吸收系数、小尺度衰落的CDF和PDF、以及LEO卫星和地球之间距离的CDF和PDF,构建RF链路信噪比的第三CDF和第三PDF;
第三CDF的表达式为:
式中,γRD为RF通信链路的信噪比, 为射频链路的平均信噪比;mRD表示R‑D链路的衰落2
严重程度;W表示载波带宽; ζ表示分子吸收系数,δ表示有效路径因子;κ(·)=δ·
2 2ψδ·
e ;
表示当 时候,为d1=dmin,dmin表示用户与卫星之间的最小距离,当 时候,为d2=dmax(θ),dmax(θ)表示掩蔽仰角θ下观测到的最大距离;
mRD为R‑D链路的衰落严重程度,ΩRD为
R‑D链路的视距分量平均功率,bRD为R‑D链路的多径分量平均功率,dmin表示用户与卫星之间的最小距离,dmax(θ)表示掩蔽仰角θ下观测到的最大距离;
mRD为R‑D链路的衰落严重程度,ΩRD为R‑D链路的视距分量平均功率,bRD为R‑D链路的多径分量平均功率;
和 分别表示在r方向和相反方向上发射和接收
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天线的增益,KB=1.38×10 J/K是玻尔兹曼常数,T表示接收机的噪声温度,W表示载波带宽,λ是波长;
第三PDF的表达式为:
2.一种用于实现如权利要求1所述的LEO卫星辅助的深空通信系统的性能评价方法的系统,其特征在于,LEO卫星辅助的深空通信系统包括探测器,LEO卫星和地面终端,探测器和LEO卫星通过FSO链路进行通信,LEO卫星和地面终端通过RF链路进行通信,包括:获取模块,用于在LEO卫星辅助的深空通信系统的设计阶段,获取设计的影响深空通信系统通信质量的指标参数;其中,指标参数包括日冕湍流强度参数、指向误差参数、太阳噪声参数、阴影强度参数、LEO卫星位置参数和分子吸收系数;日冕湍流强度参数、指向误差参数和太阳噪声参数分别表征日冕湍流、探测器与LEO卫星之间的对准偏差和太阳噪声对FSO链路信噪比的影响;阴影强度参数、LEO卫星位置参数和分子吸收系数分别表征阴影衰落、LEO卫星位置变化和大气分子吸收对RF链路信噪比的影响;
输入模块,用于将指标参数输入构建好的深空通信系统性能评价模型,得到性能指标,所述性能指标包括中断概率、信道容量和误码率;
评价模块,用于根据性能指标评价深空通信系统的性能。
3.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1所述的LEO卫星辅助的深空通信系统的性能评价方法。
4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的LEO卫星辅助的深空通信系统的性能评价方法。