Intelligent Atmospheric Attenuation Mitigation in Terahertz Satellite Communication Using Adaptive Image Processing of Hyperspectral Data
- 01.12.2025
- Research
- Verfasst von
- Xinyu Cui
- Xinyue Zhang
- Erschienen in
- Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves | Ausgabe 12/2025
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Abstract
Dieser Artikel geht auf die Herausforderungen der atmosphärischen Abschwächung bei der Terahertz-Satellitenkommunikation (THz) ein und stellt ein neuartiges Rahmenwerk zur Abschwächung dieser Probleme vor. Zu den Schwerpunkten zählen die Integration von Multi-Source-Hyperspektraldaten, die Entwicklung einer dreifach-branchigen Deep-Learning-Architektur (SSACNet-THz) und die Implementierung eines adaptiven Echtzeit-Optimierungssystems (ATLO). Das Rahmenwerk zielt darauf ab, die Zuverlässigkeit der Kommunikation, den Durchsatz und die Energieeffizienz zu verbessern, indem es sich dynamisch an unterschiedliche atmosphärische Bedingungen anpasst. Experimentelle Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen der Kommunikationsleistung mit einer 4,2-fachen Steigerung des Durchsatzes und einer Verfügbarkeit von 99,7% der Verbindungen. Der Artikel bietet auch einen detaillierten Vergleich mit den modernsten Methoden und hebt die Vorteile der vorgeschlagenen Lösung hervor. Darüber hinaus wird die Robustheit des Rahmenwerks unter extremen Wetterbedingungen und sein Potenzial für den Echtzeitbetrieb in der Satellitenkommunikation im niedrigen Erdorbit (Low Earth Orbit, LEO) diskutiert. Die Schlussfolgerung betont die Effektivität lerngesteigerter, physikbasierter Techniken beim Aufbau und der Aufrechterhaltung robuster THz-Verbindungen unter sich dynamisch verändernden atmosphärischen Bedingungen.
KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
Abstract
The terahertz (THz) satellite communications technology will allow massive amounts of bandwidth; however, it is greatly attenuated by the atmospheric gases like water vapor, oxygen, and dynamic changes from the weather. Most current approaches to optimizing THz links have relied on abstract channel models, which fail to utilize actual, real-time measurements of the atmosphere. As a result of this limitation, these methodologies have a restricted applicability in the operational environment. This paper introduces a new methodology for intelligent atmospheric attenuation compensation through a combination of multi-source hyperspectral satellite observations and a deep learning model called SSACNet-THz, which directly measures atmospheric key parameters, including water vapor, temperature, pressure, and aerosol optical depth. These measured parameters are then used in conjunction with an adaptive THz link optimization (ATLO) algorithm to dynamically adjust the amount of transmitted power and allocated frequency to achieve maximum link performance, while ensuring that the action does not exceed the physical limitations of the satellite hardware. A large-scale test of the methodology has been completed, utilizing a total of 12,800 data samples collected from satellite platforms and ground-based validation networks. This demonstrates excellent prediction accuracy (R2 > 0.93 across all parameters) and significant communication improvements, with 4.2 times greater throughput and 99.7% available link connections. The methodology can operate at near-real-time speeds, with a latency of 67.8 ms for neural network inference and an end-to-end latency of approximately 3.2 s. This enables deployment on low-Earth orbit (LEO) satellites with contact periods of 15 min or less, and potentially on-board processing capabilities (projected latency of 180–250 ms). This paper provides the first comprehensive integration of hyperspectral image processing and THz communication optimization, providing a means to develop reliable and high-capacity next-generation satellite communications systems.
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- Titel
- Intelligent Atmospheric Attenuation Mitigation in Terahertz Satellite Communication Using Adaptive Image Processing of Hyperspectral Data
- Verfasst von
-
Xinyu Cui
Xinyue Zhang
- Publikationsdatum
- 01.12.2025
- Verlag
- Springer US
- Erschienen in
-
Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves / Ausgabe 12/2025
Print ISSN: 1866-6892
Elektronische ISSN: 1866-6906 - DOI
- https://doi.org/10.1007/s10762-025-01102-3
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