面向 LEO 卫星 ISAC 的雨率估计界与天气自适应导频分配

降雨会使 Ku 波段卫星信号衰减高达 20 dB，编码了沿地-空斜路径的降水信息。本文推导了从 LEO 宽带 OFDM 下行链路进行雨率估计的贝叶斯克拉美-罗界 (BCRB)。使用修正的 ITU-R P.838-3 系数，标准 CRB 得出在 $38^\circ$ 参考仰角下，单条链路的最小可检测雨率 $R_{\min} \approx 4.3\mmh$。我们以闭合形式推导了对数正态雨衰（$c_v = 1.05$，来自 186,292 个样本）的先验 Fisher 信息，并表明单快照 BCRB 将 $R_{\min}$ 降低到 $1.1\mmh$；利用 30 分钟窗口内的时间相关性（$\rho = 0.95$）进一步将其收紧至 $0.95\mmh$，而跨 $N = 215$ 条链路的多链路融合将 $R = 20\mmh$ 处的工作点 RMSE 下界降低到约 $0.07\mmh$。基于这些边界，我们制定了一种天气自适应导频分配方案，该方案在硬性频谱效率约束下最小化 BCRB，刻画了其三种区域结构（全感知、吞吐量跟踪、中断），并将其与一个 CUSUM 降雨起始检测器配对，该检测器对于 $R \geq 20\mmh$ 的降雨可实现低于 10 分钟的延迟。对动态 LEO 斜距几何的闭式分析确定了在 P.618 有效性下限 $15^\circ$ 处的感知最优仰角，该仰角比 $38^\circ$ 基线产生了 $1.58\times$ 的几何改进，揭示了沿轨道弧段感知最优仰角与通信最优仰角之间的结构性反相关。针对来自 215 条 Ku 波段 GEO 卫星链路的 940 万个雷达样本（$r = 0.72$，RMSE $= 1.24\dB$）和 113 个雨量计的验证，证实了底层的衰减模型；在匹配的 OFDM 信号参数下，这些边界可迁移至 LEO 星座，而专门的 LEO 验证留待未来工作。