1.一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,包括:
S1:低轨卫星向其扫描覆盖区域内的地面接收机发送太赫兹频段的无线电信号;
S2:地面接收机通过相控阵列天线的电子切换技术实现波束转向,对低轨卫星的运动轨迹进行跟踪;
S3:根据地面接收机的信号接收角度,在干扰场景下,建立地面接收机的信噪比模型;
所述在干扰场景下,建立地面接收机的信噪比模型包括:
令地面接收机的信号接收角度表示为θ0,则在干扰场景下,地面接收机的信噪比模型表示为:
其中,SNR(θ0)表示地面接收机的信噪比,ηT表示低轨卫星的发射天线效率、GT表示低轨卫星的发射天线增益,ηR表示地面接收机的接收天线效率、GR表示地面接收机的接收天线增益,θe表示低轨卫星发射信号与接收端接收信号之间的对准误差,Tsys(θ0)表示地面站接收机相控天线阵列输出端的总体噪声温度,LA(θ0)表示由于气体引起的路径总损耗,LC(θ0)表示由于云雾引起的路径总衰落,LR(θ0)表示由于雨水引起的路径总衰落,kB为玻尔兹曼常数,PT表示低轨卫星的发射功率,LP(θ0)为自由空间路径的传播损耗,B表示无线电信号的带宽;S4:根据地面接收机的信噪比模型和地面接收机相控阵列天线的阵元间距建立地面接收机的信噪比偏微分方程组,并进行求解,获得地面接收机相控阵列天线的最优阵元间距;
S5:根据地面接收机相控阵列天线的最优阵元间距,对地面接收机相控阵列天线的阵元间距进行调整,通过调整后的相控阵列天线对低轨卫星发射的太赫兹频段的无线电信号进行接收。
2.根据权利要求1所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述由于气体引起的路径总损耗包括:其中,M表示气层数量,γi表示第i个气层中由于气体引起的大气损耗比,di(θ0)表示低轨卫星和地面接收机的通信路径在第i个气层的长度,ri表示低轨卫星与地球球心之间的距离,hi表示低轨卫星垂直与地球表面的距离。
3.根据权利要求2所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述第i个气层中由于气体引起的大气损耗比γi采用ITU‑RP.600系列或ITU‑RP.500系列模型进行预测,其中,所述气层按次序依次包括:对流层、平流层、中间层、热层、逃逸层。
4.根据权利要求2所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述由于云雾引起的路径总衰落包括:其中,Mlow表示云雾的底层所处气层的层数;Mhigh表示云雾的顶层所处气层的层数;γci=KlW(f,T)表示云雾在第i个气层的衰落比;Kl表示衰落系数,W表示云雾内液态水的密度,f表示太赫兹无线电信号的频率,T表示云雾的温度;di(θ0)表示低轨卫星和地面接收机的通信路径在第i个气层的长度。
5.根据权利要求2所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述由于雨水引起的路径总衰落包括:其中,Mr表示雨层所处气层的层数;γr为降雨衰落比,Kr为米氏常数,Q为雨滴截面大小,N为雨滴尺寸分布,ζmax为雨滴最大直径;di(θ0)表示低轨卫星和地面接收机的通信路径在第i个气层的长度。
6.根据权利要求2所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述地面站接收机相控天线阵列输出端的总体噪声温度包括:Tsys(θ0)=TP+TRX+ηR[TAS(θ0)+TAG(θ0)+TAM(θ0)‑TP]其中,TRX表示地面站接收机内部器件的等效噪声温度,ηR为地面接收机的接收天线效率,TP为地面接收机接收天线的物理温度,TLNA表示地面站接收机低噪声放大器的噪声温度,TMX表示地面站接收机混频器的噪声温度,TIF表示地面站接收机中频放大器的噪声温度,TF表示地面站接收机天线馈线的噪声温度;GF表示地面站接收机天线馈线的增益;GLNA表示地面站接收机低噪声放大器的增益;GMX表示地面站接收机混频器的增益;LF=1/GF表示地面站接收机天线馈线的损耗;TAM表示太赫兹信号穿过气层时,由于分子吸收引起的等效噪声温度;ST(f)表示太赫兹无线电信号的功率谱密度;kB为玻尔兹曼常数;M表示气层数量;
表示第i个气层的消光系数;di(θ0)表示低轨卫星和地面接收机之间的通信路径在第i个气层的路径长度,ds(θ0)为低轨卫星和地面接收机之间的通信路径的总路径长度,e表示自然常数;G(θ,φ)表示地面接收机的接收天线增益,TB(θ,φ)表示噪声源的亮温温度,φ表示气层积分变量,θ表示角度积分变量,TAS表示天空下行亮度温度引起的天线噪声温度,TAG表示由地面上升温度引起的天线噪声温度。
7.根据权利要求2所述的一种面向低轨卫星太赫兹通信的终端接收优化方法,其特征在于,所述地面接收机的信噪比偏微分方程组包括:令 di表示地面接收机相控阵列天线的第i个阵元间距,带
入SNR(θ0)得到每一个偏微分方程满足如下表达式:
建立地面接收机的信噪比偏
微分方程组,N表示地面接收机相控阵列天线的阵元数量。