本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信的信號損耗領(lǐng)域，具體是一種基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，干擾共存問題逐漸成為衛(wèi)星與地面通信系統(tǒng)之間的重要研究領(lǐng)域。

2、在衛(wèi)星與地面通信系統(tǒng)的共存場景中，尤其是在衛(wèi)星通信、5g和lte等系統(tǒng)頻段重疊或緊密相鄰的情況下，衛(wèi)星不光受到來自地球表面的各種通信系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號，還可能受到各種基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備(如雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等)所帶來的電磁干擾；這些干擾信號通過大氣層傳播至衛(wèi)星，對衛(wèi)星的接收信號造成影響。

3、信號傳播過程中除了自由空間損耗外，大氣層的吸收損耗也是信號衰減的重要組成部分。大氣吸收損耗是由于大氣中的氣體分子、微粒和水蒸氣等對電磁波的吸收和散射作用所導(dǎo)致。在不同的頻率范圍內(nèi)，電磁波受到的吸收損耗差異顯著，尤其在毫米波、太赫茲波段等高頻段無線電波的傳輸過程中，信號會遇到更加明顯的吸收和衰減。

4、考慮到不同的地表區(qū)域到衛(wèi)星的信號傳輸路徑可能會受不同程度的大氣吸收損耗，這就要求在計算路徑損耗時，必須綜合考慮不同地理區(qū)域的氣象特性以及信號傳播時的實(shí)際路徑長度差異。

5、大氣吸收損耗是影響衛(wèi)星通信質(zhì)量的重要因素之一，因此對大氣吸收損耗的簡化建模和準(zhǔn)確計算，尤其是在干擾共存環(huán)境中，具有重要的工程意義。

6、目前的衛(wèi)星與地面imt系統(tǒng)共存中，通常采用的是基于自由空間傳播模型和固定大氣吸收損耗的路徑損耗計算方法。這種方法僅僅把大氣吸收的損耗值視作一個固定值，不能準(zhǔn)確反映信號在實(shí)際傳播過程中所受到的損耗，尤其是在衛(wèi)星通信和大量地面imt系統(tǒng)等不同頻段的無線通信系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的固定大氣吸收損耗模型已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代通信仿真的需求。

7、除此以外，現(xiàn)有的大氣吸收損耗模型往往基于信號傳播路徑沿著天頂(垂直)方向傳輸?shù)募僭O(shè)，并且基于傳統(tǒng)的大氣分層理論通過對每層大氣的氣象參數(shù)求均值，計算出每層大氣的傳播損耗，最后將每層大氣的傳播損耗疊加，得出星地鏈路大氣吸收總損耗。這樣做在大規(guī)模的地面通信系統(tǒng)與衛(wèi)星鏈路傳播損耗的分析時，會使得計算過程極慢且占用的計算資源較大。

8、基于天頂損耗的模型還存在只考慮單一頻段和地球某個特定地區(qū)的損耗問題，沒有綜合地球不同緯度的大氣氣象參數(shù)的差異性，在面對日益復(fù)雜的干擾共存場景，只分析單個頻段的信號衰減程度無法準(zhǔn)確反映信號在實(shí)際傳播過程中所遭遇的多變損耗，因此亟需一種覆蓋多頻段范圍的大氣吸收損耗估測。

9、現(xiàn)有的技術(shù)存在的問題或缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

10、1)在計算大氣吸收損耗時，往往沒有考慮在干擾共存場景下，地球表面的不同區(qū)域經(jīng)過大氣層到達(dá)衛(wèi)星的路徑、仰角等因素的不同導(dǎo)致遭受到的損耗程度的不同，這將導(dǎo)致計算結(jié)果不夠精細(xì)，不能滿足工程應(yīng)用的需求；

11、2)在計算大氣吸收損耗時，考慮的通常是大氣分層厚度模型，復(fù)雜的分層厚度模型會帶來極大的計算負(fù)擔(dān)，特別是在需要快速估算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的情況下是一個很大的限制

12、3)更進(jìn)一步，隨著地球的緯度變化，不同緯度地區(qū)的大氣條件(如溫度、濕度、氣壓)也會有顯著的差異，信號的傳播損耗也會隨之發(fā)生變化，這種變化在不同地球緯度區(qū)域可能會有顯著差異。

13、因此，研究如何構(gòu)建一個綜合考慮不同緯度地區(qū)的大氣氣象差異模型，以準(zhǔn)確預(yù)測不同區(qū)域到衛(wèi)星的傳播損耗，也是當(dāng)前技術(shù)亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、考慮在特定場景下，計算大氣吸收損耗效率低以及資源消耗大的問題，本發(fā)明提出了一種基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法，實(shí)現(xiàn)了干擾共存場景下簡化計算大規(guī)模的地面系統(tǒng)到衛(wèi)星的大氣吸收損耗，在實(shí)際工程應(yīng)用中有望達(dá)到平衡計算精度和計算效率的目的。

2、所述基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法，具體步驟如下：

3、步驟一、在地球表面構(gòu)建對衛(wèi)星構(gòu)成干擾鏈路的可視區(qū)域，以經(jīng)度緯度對可視區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并確定每一區(qū)域中心點(diǎn)；

4、根據(jù)輸入的衛(wèi)星參數(shù)確認(rèn)地球表面可視區(qū)域，并去除海洋部分及無人區(qū)，剩余部分的可視區(qū)域即為對衛(wèi)星構(gòu)成干擾鏈路的區(qū)域。

5、步驟二、以每個區(qū)域的中心點(diǎn)與衛(wèi)星的位置關(guān)系，確認(rèn)不同區(qū)域相對于衛(wèi)星的仰角；

6、仰角θ計算公式為：

7、

8、r為地球半徑；distance為衛(wèi)星至網(wǎng)格中心的距離；hfss為衛(wèi)星相對于地球表面的垂直高度。

9、步驟三、根據(jù)緯度確立中、低、高三種不同的大氣分層模型，能涵蓋0-350ghz頻段無線電波信號。

10、對于低緯度地區(qū)(0°-22°)，大氣的分層包括八層；對中緯度地區(qū)(22°-45°)，大氣分層包括九層；對高緯度地區(qū)(45°-90°)大氣分層包括八層。

11、步驟四、衛(wèi)星信號通過不同的大氣分層模型時，分別計算經(jīng)過各模型每層大氣層的實(shí)際路徑長度；

12、針對不同大氣分層模型中的每層大氣層，實(shí)際路徑長度計算公式相同，均為：

13、lns(θ)2-2rcos(θ)+r2-(r2+layers_height(n))2＝0

14、其中l(wèi)ns(θ)為每個大氣分層模型中第n層大氣層的實(shí)際路徑長度，layers_height(n)為對應(yīng)第n層大氣層的厚度。

15、步驟五、計算衛(wèi)星信號經(jīng)過大氣分層模型時，各層大氣層的吸收損耗值；

16、針對不同大氣分層模型，大氣吸收總損耗值計算公式相同，均為：

17、

18、其中，ag由每層大氣層產(chǎn)生的吸收損耗值求和計算得到，大氣比衰減γn是該模型第n層大氣層的干空氣壓強(qiáng)、空氣溫度、水蒸氣分壓以及無線電波頻率的函數(shù)；n為每個大氣分層模型的總分層數(shù)，對于低高緯度大氣分層模型，n取值為8；對于中緯度大氣分層模型，n取值為9。

19、步驟六、輸出不同緯度和仰角地區(qū)0-350ghz頻率范圍內(nèi)所受的大氣吸收損耗值。

20、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

21、1)、本發(fā)明一種基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法，能夠評估0-350ghz頻段無線電波信號所受的大氣吸收損耗，該頻段范圍覆蓋了目前和未來的主要通信頻段，具有頻率適用范圍廣的特點(diǎn)。這一頻段的評估不僅適用于當(dāng)前的5g及未來的6g網(wǎng)絡(luò)，還對衛(wèi)星通信、雷達(dá)以及高頻應(yīng)用(如大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò))具有重要意義。除此以外還通過評估地面系統(tǒng)不同仰角情況下的大氣吸收損耗，可以有效提供不同區(qū)域的地面系統(tǒng)更精確的損耗計算方法，從而支持干擾共存場景系統(tǒng)資源的合理分配，優(yōu)化通信性能。

22、2)、本發(fā)明一種基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法，適用于大規(guī)模干擾共存場景下快速估測不同地面區(qū)域的imt系統(tǒng)-衛(wèi)星的大氣吸收損耗，節(jié)約時間和計算資源。針對復(fù)雜的通信場景，尤其是地面imt系統(tǒng)與衛(wèi)星之間的聯(lián)合使用情況，系統(tǒng)需要考慮大氣吸收損耗對信號強(qiáng)度的影響。通過高效的模型，可以快速計算不同環(huán)境下的吸收損耗，幫助優(yōu)化干擾管理和頻譜資源分配。此外，本發(fā)明能夠顯著減少計算資源消耗，并且可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與部署過程中。

23、3)、本發(fā)明一種基于地對空干擾共存場景下的大氣吸收損耗簡化計算方法，根據(jù)大氣的溫度和壓力分布規(guī)律設(shè)計了大氣分層模型，能夠在近似估計大氣吸收損耗的情況下減少誤差，符合實(shí)際工程應(yīng)用所允許的誤差容限。大氣吸收損耗受到溫度、壓力和濕度等因素的影響，設(shè)計合適的分層模型，能夠較為準(zhǔn)確地反映這些因素的變化對信號傳播的影響。通過模型對大氣分層特性(如不同高度的大氣條件)進(jìn)行近似估算，可以有效減少環(huán)境不確定性帶來的誤差。該方法不僅能確保大氣吸收損耗預(yù)測的精度，還能夠保證在工程應(yīng)用中，誤差處于合理范圍內(nèi)，從而確保通信系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。