[发明专利]多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及气象卫星通信领域，特别是涉及多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法。

背景技术

气象卫星通信环境主要是大气层空间物理环境，存在着多种天气现象，主要表现为晴空少云、多云和阴雨天气。气象卫星下行传输气象信息时，会受到天气现象的影响。晴空少云时天气系统比较稳定，气象卫星地面接收站接收的信号主要包含直射信号，信号包络的概率密度服从Gauss分布^[1]。阴雨天气时，因云层厚、云量多，在地面接收站上空相当大的范围形成全阴影遮挡，若地面接收站接收信号没有直射信号只包含多径散射分量信号时，其包络的概率密度服从Rayleigh分布^[1]。多云天气时天气现象是比较复杂的，云在时间和空间分布上有极大的随机性，其高度、厚度、组成种类以及太阳高度角、方位角变化过程也是一种随机过程^[2]。因此，多云天气对气象卫星信号的影响也较为复杂。若仅考虑单效应，地面接收站接收信号可能存在两种情况：(1)接收信号含有直射信号以及一定强度的绕射、折射和散射形成的多径信号(多径效应会造成信号的快衰落^[3])，信号包络的概率密度服从Rice分布；(2)接收信号仅有被云层阴影遮蔽后衰落的直射信号(阴影效应会造成信号的慢衰落^[3])，信号包络的概率密度服从Lognormal分布^[1]。若考虑以上两种效应同时存在时，气象卫星信道就是一种静态的复合信道。如移动卫星通信系统中，复杂的地面环境会影响终端的接收信号质量，其信道也可以根据不同的地面环境表现出一些不同类型的复合信道特性^[4-8]。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，将云层对气象卫星信号的阴影遮蔽效应和多径效应作为静态的复合信道效应进行分析，给出了静态信道复合效应的概率密度函数和误码率上限函数，建立气象卫星复合信道仿真模型，通过计算机仿真实验验证了理论分析的正确性和有效性。

本发明公开的多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，包括以下步骤：

(一)分析多云天气条件下云层对气象卫星信号的阴影遮蔽效应和多径效应的影响，理论分析并给出接收信号包络概率密度分布函数和误码率上限函数；

(二)根据步骤(一)分析的结果建立气象卫星复合信道仿真模型。

本发明公开的多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法的一种改进，所述的步骤(一)具体为：

气象卫星地面接收站接收信号包括经云层阴影遮蔽后衰落的直射信号和经云团反射、绕射、折射以及散射形成的一定强度的多径信号，则接收信号可以表示为

式(1)中，z_s·exp(jφ_s)为阴影遮蔽后衰落的直射信号分量，包络z_s的概率密度服从Lognormal分布；w_m·exp(jφ_m)为多径信号分量，包络w_m的概率密度服从Rayleigh分布；相位φ_s、φ_m在[0,2π]上均匀分布；

多云天气时，如果短时间尺度的直射信号分量保持稳定，存在z_s暂时保持不变的情况，接收信号包含稳定的直射信号分量和多径信号分量，则接收信号包络r的概率密度服从Rice分布，即