可靠的通信链路是支撑深空探测任务顺利运行的关键。本文面向我国“十三五”科技规划的火星探测任务,对火星-地球的深空通信链路电磁传播过程进行研究,分析了火星-地球链路的信道模型,并搭建了相应的仿真功能模块。研究成果可为未来火星探测任务通信链路的可靠性设计提供参考。具体的研究内容分为以下三个部分:火星-地球链路的电磁传播可分为三个阶段,包括火星临近空间、宇宙自由空间段以及地球临近空间,各阶段链路的电磁传播特性各不相同:1)在火星临近空间,火星大气层影响较小,主要受到火星表面沙尘暴的影响;2)在穿过自由空间段时,主要影响因素是路径损耗,并会受到太阳闪烁及其他宇宙射线的影响;3)在地球临近空间影响因素主要为大气吸收、降雨衰减、云雾的衰减和电离层的影响等。基于此,本文面向火星-地球链路的三段不同信道特性,首先结合地球临近空间的较为成熟的研究成果和模型,分析地球临近空间的信道传播特性。然后,结合NASA已公开的报告,对火星临近空间的信道传播特性进行建模。然后,在火星-地球链路的自由空间段,除了路径损耗,信号还受到太阳辐射微粒的闪烁影响。太阳闪烁现象导致信号的强度、频谱和相位产生变化。太阳闪烁对信号的主要影响为:幅度的闪烁、频谱扩展、相位闪烁。研究证明,幅度闪烁具有一定的随机波动,为了更加准确的估计太阳闪烁强度,文中采用自回归(Autoregressive,AR)模型来预测太阳闪烁强度。基于“火星全球勘探者”探测器的实测数据,建立了太阳闪烁与SEP角的拟合模型。由于SEP存在变化的周期,所以太阳闪烁也呈现周期性变化。结合其他周期性变化的影响因素,搭建了Matlab信道模型。最后,基于上述建模的火星-地球链路的三段不同信道传播特性模型,结合太阳闪烁的拟合模型结果,通过Java开发连接STK和Matlab建立的面向火星探测分段信道模型,搭建了信道仿真模块并实现可视化仿真平台。主要功能有:1)可视化火星探测任务的通信场景,可以得到通信过程中各个基站、中继、探测器位置、链路连通性、传播时延等数据;2)可以获取一个聚合周期内太阳闪烁、路径损耗、通信时延与多普勒频移的变化数据与曲线。以上火星-地球链路的信道建模分析及可视化仿真的研究成果,可以对未来火星探测任务周期内的信道状况进行模拟,从而为未来火星探测的通信策略制定、通信协议选择和链路预算提供参考。