月表无线电波传播建模与仿真.pdf

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1、V01．20No．3航天器工程第20卷第3期64SPACECRAFTENGINEERING2011年5月月表无线电波传播建模与仿真黄丽霞(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要由于月球曲率的影响，月表无线电波的传播需要考虑传播路径上的月面反射多径损耗和障碍物绕射损耗。根据惠更斯一费涅尔原理，文章针对月球曲率较大等特征，分别采用标准多径干涉和绕射算法及SEKE算法，对月面反射多径干涉、障碍物绕射等基本模型的应用判据进行研究，建立了基于以上两种算法的沿光滑月表的电波传播模型，并通过仿真算例

2、对两种模型的计算结果进行仿真分析，为月表通信的工程设计提供了仿真分析工具，为工程应用提供了设计参考。关键词月面通信；绕射传播；惠更斯一费涅尔原理；建模仿真中图分类号：0451文献标志码：A文章编号：1673—8748(2011)03一0064一06ModelingandSimulatingofLunal．_surfaceRadiOWaVePropagationHUANGLixia(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing10009

3、4，China)Abstract：Becauseoftheinfluenceoflunarcurvature，thelunar—surfaceradiowavepropagationlossshouldconsidermultipathanddiffraction10sses．BasedonHuygens—Fresnelprinciple，thebasicloss—models’applicableconditionsareresearched，andtwomodelsoflunar—surfa

4、ceradiowavepropagationareprovidedandanalyzed．Thesetwomodels，oneisbasedonthestandardmultipathanddiffractionalgorithm，andtheotherisbasedontheSEKEalgorithm，canbecon—sideredasasimulationandanalysist001forlunar-surfacecommunicationproject，andtheresultsofs

5、imulationprovidetheoreticsreference．Keywords：lunar-surfacecommunication；diffraction；Huygens—Fresnelprinciple；modelingandsimI】lation1引言月球探测工程是近年来航天领域的研究热点。我国已经成功实现了绕月工程，下一步将实现月球软着陆探测和巡视勘察。要设计着陆器与月面巡视器之间的月面通信信道，需对月面两器之间的通信链路进行仿真分析。与以往的卫星对地信道不同，月面通信采用VH

6、F／UHF频段，波长在o．1～10m范围内。月表障碍物及月球曲率的影响，会产生球形月面绕射(由月球形状引起)、多径干涉效应(由月表对电波的反射引起)和多峰绕射(由月面的环形山等障碍物引起)等现象，所有这些都将影响月面两器之问通信信道的设计。针对地球表面各种环境下的电波传播特性，国内外均有较多的研究(如文献[1—4]等)，国际电联(ITU)也针对传播路径上各种障碍物的特点建立了一系列绕射模型L5J。但是，针对某一特定环境的多径干涉和绕射效应的完整传播模型，还需要通过具体分析才能建立。本文针对月球曲

7、率比地球曲率大收稿日期：201l01一06；修回日期：2011一04一07作者简介：黄丽霞(1983一)，女，工程师，从事航天器系统仿真工作。第3期黄丽霞：月表无线电波传播建模与仿真很多的特点，在假设月表光滑的前提下，对月表无线电波传播进行建模、仿真研究，为月表通信信道的设计提供了仿真分析手段和理论支持。2月表无线电波传播模型建模与地面电波传播类似，月面附近的电波传播主要考虑月面反射多径干涉和绕射效应。从算法实现的角度来看，多径干涉和绕射效应属于此消彼长的关系。在一次传播过程中，目标或处于多径干

8、涉区，或处于绕射区，或处于干涉区和绕射区之间的过渡区。建立月表无线电波传播模型的关键问题，在于对目标究竟处于干涉区、地形障碍物绕射区，还是球形月面绕射区进行准确判断。与地面环境不同，月球大气非常稀薄，通常认为月球没有大气，接近真空环境。因此，在建立月表电波传播模璎时，主要考虑多径干涉和绕射效应，不考虑大气传播衰减和大气折射。由于传播路径上单个障碍物的绕射传播模型本身已很成熟，且与地形数据紧密相关，为了在系统层面上对电波传播损耗变化规律进行仿真分析，本文在建立月表传播模型时假设月表平缓，而没有对路