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卫星通信技术篇2

第1章 概述2

1.1背景2

1.2卫星通信简史4

1.3卫星的特点7

1.4卫星通信频段7

1.5本章小结8

参考文献9

第2章 轨道力学和发射装置10

2.1轨道理论10

2.1.1开普勒定律10

2.1.2卫星运行轨道方程12

2.1.3轨道参数13

2.1.4卫星位置的确定14

2.1.5常用卫星轨道15

2.2卫星轨道摄动16

2.2.1地球非中心引力的影响16

2.2.2其他摄动力的影响17

2.3卫星运行轨道的确定17

2.4卫星发射和运载工具18

2.4.1卫星的发射速度18

2.4.2运载工具18

2.4.3发射轨道20

2.4.4 GEO卫星的发射20

2.5本章小结21

参考文献22

第3章 卫星23

3.1电源子系统23

3.2姿态和轨道控制子系统24

3.2.1自旋稳定25

3.2.2三轴稳定27

3.2.3轨道控制29

3.3遥测、跟踪、遥控和监测子系统30

3.4通信子系统31

3.4.1转发器33

3.4.2天线35

3.5热量、温度控制子系统39

3.6本章小结39

参考文献40

第4章 卫星链路预算41

4.1基本传输理论41

4.1.1功率通量密度41

4.1.2天线增益42

4.1.3有效全向辐射功率42

4.1.4自由空间路径损耗43

4.1.5链路功率预算方程43

4.2系统噪声43

4.2.1噪声系数44

4.2.2噪声温度44

4.2.3系统噪声温度的计算45

4.2.4接收系统品质因数46

4.3卫星转发器的特性46

4.3.1单载波饱和通量密度47

4.3.2输入／输出回退47

4.4卫星链路性能48

4.4.1上行链路载噪比48

4.4.2下行链路载噪比49

4.4.3交调噪声49

4.4.4链路总载噪比49

4.4.5链路余量50

4.5本章小结50

参考文献51

第5章 大气效应及其对卫星链路的影响52

5.1概述52

5.2雨和冰的影响53

5.2.1量化衰减53

5.2.2 ITU-R雨衰模型54

5.2.3雨去极化56

5.2.4 ITU-R去极化模型58

5.2.5降雨噪声59

5.3其他各种大气效应的影响59

5.3.1大气吸收59

5.3.2云和雾引起的衰减60

5.3.3对流层和电离层闪烁60

5.3.4法拉第旋转61

5.4降低大气效应影响的对策61

5.4.1功率控制61

5.4.2分集技术62

5.4.3自适应63

5.5本章小结63

参考文献63

第6章 卫星链路差错控制65

6.1差错控制编码理论65

6.1.1差错控制方式65

6.1.2信道容量66

6.2线性分组码67

6.3循环码68

6.3.1 BCH码69

6.3.2 RS码69

6.4卷积码70

6.5级联码与交织71

6.6 Turbo码72

6.7低密度奇偶校验码74

6.8本章小结75

参考文献76

第7章 多址技术77

7.1概述77

7.2频分多址78

7.3时分多址80

7.3.1帧结构81

7.3.2 TDMA网络同步82

7.3.3数字语音插空83

7.4码分多址85

7.4.1扩频与解扩86

7.4.2码序列同步87

7.5空分多址88

7.5.1卫星交换-频分多址88

7.5.2卫星交换-时分多址89

7.6本章小结90

参考文献91

第8章GEO轨道卫星系统92

8.1国际海事卫星（INMARSAT）系统92

8.1.1系统简介92

8.1.2空间段93

8.1.3地面段94

8.1.4用户终端95

8.2瑟拉亚卫星（Thuraya）系统97

8.2.1系统简介97

8.2.2空间段97

8.2.3地面段98

8.2.4用户终端98

8.3亚洲蜂窝卫星（ACeS）系统98

8.3.1系统简介98

8.3.2空间段99

8.3.3地面段99

8.3.4用户终端100

8.4北美移动卫星（MSAT）系统100

8.4.1系统简介100

8.4.2空间段101

8.4.3地面段101

8.4.4用户终端101

8.5 TerreStar系统101

8.5.1系统简介101

8.5.2空间段101

8.5.3地面段102

8.5.4用户终端102

8.6本章小结102

参考文献102

第9章 跟踪与数据中继卫星系统103

9.1系统概述103

9.1.1系统组成及工作原理104

9.1.2系统特点105

9.1.3系统的通信业务和链路特性106

9.2国外跟踪与数据中继卫星系统的发展108

9.2.1美国TDRS系统108

9.2.2俄罗斯SDRN系统113

9.2.3欧洲EDRS系统115

9.2.4日本DRTS系统116

9.3美欧日TDRSS的联网互操作118

9.4我国的跟踪与数据中继卫星系统119

9.5本章小结120

参考文献120

第10章DBS卫星系统122

10.1频率选择和极化122

10.2功率等级和转发器数量123

10.3卫星轨道间距123

10.4转发器容量123

10.5数字卫星电视的比特率123

10.6 MPEG压缩标准124

10.7 DBS中的差错控制127

10.8 DBS系统的组成128

10.9家庭接收机室外单元129

10.10家庭接收机室内单元130

10.11本章小结131

参考文献131

第11章VSAT卫星系统132

11.1 VSAT系统设计思想133

11.2网络体系结构134

11.2.1单向方式134

11.2.2分离式双向方式134

11.2.3双向方式135

11.3接入控制协议136

11.4基本技术138

11.4.1多址技术138

11.4.2信号格式142

11.4.3调制、编码和干扰142

11.5系统组成144

11.6本章小结145

参考文献146

第12章 卫星通信新技术147

12.1新型星上通信载荷技术147

12.2新型物理层技术153

12.2.1编码调制技术153

12.2.2网络编码155

12.2.3多载波技术156

12.2.4多天线技术158

12.2.5链路自适应技术161

12.3先进天线技术163

12.3.1小型化、宽频带天线164

12.3.2相控阵天线164

12.3.3智能天线166

12.3.4可重构天线167

12.4更高频段的卫星通信技术168

12.5本章小结169

参考文献169

卫星网络技术篇172

第13章 卫星星座设计172

13.1辐射影响172

13.2卫星轨道174

13.2.1近赤道轨道174

13.2.2对地静止轨道175

13.2.3倾斜圆轨道176

13.2.4椭圆轨道177

13.2.5太阳同步轨道178

13.3卫星覆盖和通信仰角180

13.4星下点轨迹181

13.5扫描角和波束182

13.6区域性覆盖星座设计185

13.6.1 δ星座185

13.6.2 σ星座186

13.6.3 Ω星座186

13.6.4地带性覆盖星座187

13.7全球覆盖星座设计187

13.7.1星间链路188

13.7.2路由与切换189

13.7.3赤道轨道星座设计190

13.7.4极轨道和近极轨道星座设计191

13.7.5倾斜圆轨道星座设计192

13.8多层卫星星座设计193

13.8.1单层卫星星座存在的问题193

13.8.2多层卫星星座设计195

13.9本章小结196

参考文献198

第14章 典型LEO、MEO轨道卫星系统199

14.1低轨道卫星系统203

14.1.1 Iridium系统204

14.1.2 Celestri系统205

14.1.3 Globalstar系统206

14.1.4 Skybridge系统208

14.1.5 Teledesic系统209

14.1.6 Orbcomm系统209

14.2中轨道卫星系统211

14.2.1 Odyssey系统211

14.2.2 ICO系统212

14.2.3 Spaceway系统214

14.3本章小结215

参考文献215

第15章 卫星导航与定位系统216

15.1卫星导航系统概述216

15.2卫星导航技术原理217

15.2.1时间参考系217

15.2.2空间参考系218

15.2.3卫星定位原理222

15.3低轨卫星导航系统224

15.3.1系统结构224

15.3.2工作原理225

15.3.3系统误差226

15.4双静止卫星导航系统226

15.4.1系统结构227

15.4.2工作原理228

15.4.3系统误差229

15.5 GPS导航系统230

15.5.1系统结构230

15.5.2工作原理231

15.5.3系统误差232

15.6第二代卫星导航系统233

15.6.1 GLONASS系统233

15.6.2 GALILEO系统234

15.6.3北斗二代导航系统234

15.7本章小结235

参考文献235

第16章 空间信息网络协议236

16.1基于CCSDS的协议体系236

16.1.1 CCSDS协议分层结构237

16.1.2 SCPS协议簇240

16.1.3 CFDP协议242

16.2基于TCP/IP的协议体系245

16.3 CCSDS与TCP/IP结合的 协议体系247

16.4基于容延迟／中断网络的协议体系247

16.4.1 BP协议249

16.4.2汇聚层协议249

16.5本章小结250

参考文献250

第17章STK仿真软件251

17.1 STK的主要功能251

17.2 STK具体模块介绍252

17.2.1 STK基础模块253

17.2.2分析模块254

17.2.3综合数据模块259

17.2.4 STK的扩展、集成和接口模块260

17.3 STK仿真基础261

17.3.1基础分析262

17.3.2 STK 三维模型263

17.4 STK仿真和应用264

17.4.1 STK仿真264

17.4.2 STK应用265

17.5本章小结268

参考文献268

深空探测与深空通信技术篇270

第18章 深空探测与深空测控、通信网270

18.1深空测控通信系统270

18.2深空通信网271

18.3深空测控通信要求271

18.4深空通信技术272

18.4.1调制技术272

18.4.2编码技术272

18.4.3数据压缩273

18.4.4天线组阵技术274

18.4.5深空光通信技术276

18.4.6行星际网络技术277

18.4.7自主与认知技术279

18.4.8行星无线电科学探测技术280

18.4.9太赫兹通信技术280

18.5本章小结281

参考文献281

第19章 星际网络与星际互联282

19.1背景282

19.2星际网络体系结构284

19.3星际网络关键技术284

19.3.1集束协议285

19.3.2 IP地址划分286

19.3.3断续通信286

19.3.4文件传输协议286

19.4星际信息传输模式287

19.4.1星际信息传输方式287

19.4.2容失传输291

19.5星际互联网络292

19.5.1网络业务模型293

19.5.2网络安全结构294

19.5.3频谱结构297

19.6本章小结299

参考文献299

第20章DTN网络300

20.1 DTN的设计思想300

20.1.1 DTN的命名规则300

20.1.2 DTN的数据转发方式301

20.1.3 DTN的路由选择301

20.1.4 DTN的服务质量等级301

20.1.5 DTN的流量控制和拥塞控制301

20.1.6 DTN的时间同步问题302

20.1.7 DTN的安全体系302

20.1.8 DTN的信息分段和重组302

20.1.9 DTN的状态信息管理问题302

20.1.10 DTN的应用层要求303

20.2 DTN的特性303

20.3 DTN的路由策略305

20.4 DTN的信息传输方式308

20.5本章小结308

参考文献309

附录A频段的定义310

附录B互补误差函数erfc（x）与Q（z）函数311

附录C对数单位313

附录D术语和缩略语汇编316