深空测控通信系统设计原理与方法 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

内容简介

目录

第1章绪论

1.1深空探测

1.2深空测控通信

参考文献

第2章深空测控通信系统概述

2.1深空测控通信系统的组成

2.2航天器测控通信系统

2.2.1数据管理分系统

2.2.2航天器射频分系统

2.3地面测控通信系统

2.3.1地面深空测控站

2.3.2深空任务飞行控制中心

2.3.3地面通信网络

参考文献

第3章深空测控通信基础知识

3.1天文知识

3.1.1太阳系

3.1.2太阳

3.1.3行星际空间

3.1.4行星

3.1.5小行星和彗星

3.1.6月球

3.1.7火星

3.2时间系统

3.2.1世界时

3.2.2原子时

3.2.3测控通信时间术语

3.2.4历元

3.3坐标系

3.3.1天球坐标系

3.3.2地球坐标系

3.3.3月球坐标系

3.3.4太阳坐标系

3.3.5航天器本体坐标系

3.4无线电知识

3.4.1电磁辐射

3.4.2电磁频谱

3.4.3射频

3.4.4多普勒效应

3.4.5相位

3.5深空测量基础

3.6深空通信基础

3.6.1锁相与相干

3.6.2进入双向模式造成数据丢失

3.6.3调制和解调、载波和副载波

3.6.4信标

3.6.5符号、比特和编码

3.6.6多路复用技术

3.7深空测控通信术语

参考文献

第4章系统设计过程与方法

4.1航天任务系统设计过程

4.1.1NASA航天任务设计

4.1.2ESA航天任务设计

4.1.3中国航天任务设计

4.2系统设计的方法

4.2.1要求的确定

4.2.2决策和评估准则

4.2.3最优化和缩小规模选择

4.2.4鲁棒性和灵活性

4.2.5风险评估和缓解

4.2.6确定设计余量

4.2.7分析和权衡研究

4.2.8技术性能测量

4.3系统设计的约束

4.4测控通信系统设计概念

4.5测控通信系统设计过程

4.5.1确定测控通信系统结构

4.5.2测控通信链路设计

参考文献

第5章天地测控通信系统链路设计

5.1测控通信链路的构成

5.2链路设计基本原理

5.2，1链路方程

5.2.2副载波调制信号频谱

5.2.3不同副载波波形的功率分配

5.3链路指标分配

5.3.1跟踪门限与带宽

5.3.2精度门限

5.3.3数据门限

5.4链路预算方法

5.4.1接收功率计算

5.4.2噪声温度计算

5.4.3接收系统品质因数

5.5链路余量

5.5.1载波捕获余量

5.5.2载波跟踪余量

5.5.3测速余量

5.5.4测距余量

5.5.5遥测和遥控余量

附录5.1多音调相信号频谱结构推导

附录5.2跟踪正弦信号的经典锁相环（PLL）信噪比推导

附录5.3正态误差函数表

参考文献

第6章链路损耗计算

6.1大气损耗计算

6.1.1空气和水汽损耗

6.1.2电离层闪烁损耗

6.1.3雨衰损耗

6.1.4雾、云损耗

6.1.5实测大气引起的衰减

6.2设备损耗计算

6.2.1指向误差对天线增益的影响

6.2.2发射／接收馈线损耗

6.2.3极化损耗

6.2.4接收信号处理引起的损耗

参考文献

第7章链路噪声温度分析与估算

7.1噪声温度的概念

7.2外部噪声温度的测量和计算

7.2.1大气噪声

7.2.2黑体噪声

7.2.3太阳噪声

7.2.4银河系噪声

7.2.5类噪声干扰

7.3系统噪声温度

7.3.1接收机有效输入噪声温度

7.3.2系统噪声温度的测量

7.3.3不同参考点系统噪声温度的归算

7.4航天器上应答机工作模式对转发噪声的影响

7.4.1测距通道采用非相干AGC控制的情况

7.4.2测距通道相干AGC控制

7.4.3测距通道前采用限幅器的情况

7.4.4采用射频非相干AGC控制

7.4.5采用射频相干AGC控制

7.4.6不同模式对噪声影响的比较

参考文献

第8章天地一体化链路设计与试验验证

8.1天地一体化链路设计

8.1.1任务概述

8.1.2测控通信要求

8.1.3地面测控通信设施

8.1.4航天器测控通信分系统设计

8.1.5天地一体化链路性能分析

8.2天地一体化链路射频与调制规范

8.3系统验证

8.3.1地面验证

8.3.2在轨航天器验证

参考文献

第9章未来深空测控通信技术发展

9.1天线组阵技术

9.2深空光通信

9.3行星际网络技术

9.4自主与认知技术

9.5网络编码技术

9.6太赫兹通信技术

参考文献

附录A链路计算参数概率密度函数

名词索引

前言/序言

　　仰望星空、探索宇宙是人类永恒追求的梦想。随着科学技术水平的发展，人类已经具备了通过航天活动来探索地球以外天体的能力。深空探测是指脱离地球引力场，进入太阳系空间和宇宙空间的探测活动。我国嫦娥一号月球探测任务的圆满成功，是继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功之后我国航天事业发展的又一座里程碑，也开启了中国人走向深空、探索宇宙奥秘的新时代，标志着我国已经进入世界具备深空探测能力的国家行列。嫦娥二号和嫦娥三号任务的连续顺利实施，进一步深化了我国深空探测成果； 探月工程三期再入返回飞行试验任务的圆满成功更是为三期工程的月球自动采样返回任务奠定了坚实的基础。随着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的有序推进，自主火星探测等深空探测任务也已提上了议事日程。

　　深空测控通信系统是对执行深空探测任务的航天器进行跟踪测量、监视控制和信息交换的专用系统，其在深空探测任务中具有举足轻重和不可替代的地位和作用。首先，它是天地之间进行信息交互的唯一途径，也是航天器正常工作运行、充分发挥其应用效能的重要保证。通过地面站建立地面与航天器之间的天地无线通信链路，完成对航天器的跟踪测量、遥测、遥控和天地数据通信业务。其次，它是深空探测体系的重要组成部分，从深空航天器发射入轨一直到全任务周期结束，测控通信系统一直负责对航天器进行操作管理，提供长期的飞行状态监视和飞行控制，并进行探测信息接收、处理和数据交换。此外，它还为相关系统提供航天器精确轨道与姿态数据、遥测数据，作为科学探测载荷应用数据处理的基准信息。

　　作为我国航天测控系统总体设计单位，北京跟踪与通信技术研究所组织深空测控科研团队，不断跟踪和研究国际深空测控通信技术，先后完成了我国深空测控网的顶层设计以及历次探月任务的测控系统总体设计，积累了深空测控通信系统设计的有益经验。本书结合作者亲历的探月工程经验、相关科研成果以及国外航天大国和组织在深空测控通信方面所取得的技术成就，从深空测控通信系统概念、技术基础知识、系统设计过程与方法、天地系统链路设计、链路损耗计算、链路噪声温度分析与估算、天地一体化链路设计与试验验证等方面进行了较为全面的论述，试图从技术原理和方法层面为从事深空探测任务测控通信系统设计的工程技术人员提供一个相对比较完整的系统技术参考。

　　全书共分为9章。第1章绪论，介绍了深空探测和深空测控通信的概念； 第2章深空测控通信系统概述，介绍了天地一体的深空测控通信系统概念、全球深空测控网基本情况以及航天器测控通信分系统概况等； 第3章深空测控通信基础知识，着重介绍了深空测控通信相关的天文知识、时间与坐标系、无线电知识、深空测量和深空通信基础等； 第4章系统设计过程与方法，借鉴国内外系统工程应用成果，从系统工程方法论的角度描述了系统设计的过程与方法； 第5章天地测控通信系统链路设计，论述针对特定深空探测任务的测控通信系统链路设计，即根据地面深空测控通信系统性能和功能以及任务需求，设计确定天地测控通信系统链路性能及参数的过程； 第6章链路损耗计算，详细介绍了链路估算过程中，准确评估计算大气损耗和设备损耗的原理和方法； 第7章链路噪声温度分析与估算，重点探讨影响接收系统外部噪声温度的各种因素及其在链路计算过程中的估算方法； 第8章天地一体化链路设计与试验验证，针对深空航天器直接对地的测控通信情况，通过实例介绍了天地一体化链路设计，并总结了试验验证方法； 第9章未来深空测控通信技术发展，结合未来深空测控通信需求，对天线组阵技术、深空光通信技术、行星际网络技术、自主与认知技术、网络编码技术和太赫兹通信技术等深空测控通信新技术进行介绍和展望。

　　本书的主要特点是理论与实际相结合，突出基础理论分析，内容较为全面，工程实用性强。相信本书的出版不仅对从事深空测控通信领域的工程技术人员具有较高的参考价值，而且对深空测控通信相关技术研究也具有一定的指导意义。

　　在本书的编写过程中，北京跟踪与通信技术研究所的樊敏、郝万宏、李赞、张波等提供了相关文献资料和有益帮助，在此一并表示感谢。

　　由于编写时间紧促，加之编者学识和水平有限，书中难免有错误或疏漏之处，诚请读者批评指正。

　　作者

　　2014年7月

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