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第一章 航天测控与通信的技术特点和研究内容1

一、航天测控与通信（C＆T）在航天任务中的地位1

目录1

二、航天C＆T的技术特点2

三、本书研究的内容3

第二章航天C＆T技术发展史5

一、跟踪、遥测和遥控分离阶段5

（一）跟踪技术（外测技术）5

（二）遥测技术（内测技术）6

（三）遥控技术8

二、跟踪、遥测和遥控共用统一载波时期（TT＆C-USB）9

三、通信与测控（C＆T）结合时期10

五、通信跟踪网11

四、测量带11

第三章遥测技术13

一、常规PCM遥测系统的组成14

二、遥测信号源的频谱特性、取样率和取样误差17

三、信号取样值量化及量化误差20

（一）整量化最大归一化误差20

（二）整量化的均方误差20

（三）量化信噪比（S/N）q21

四、PCM遥测基带信号的帧构造22

五、PCM基带信号功率谱和占用带宽24

六、PCM的不同波形及变换27

七、调制与解调体制30

（一）非相干二元移频键控（B3FSK）调制与解调30

（二）BFSK相干调制与解调32

（三）二元（两相）移相键控（BPSK）调制与解调34

（四）差分移相键控（DPSK）调制与解调40

（五）四相移相键控（QPSK）调制与解调42

（六）参差四相移相键控（SQPSK，staggered QPSK）调制与解调45

（七）非平衡四相移相键控（UQPSK）调制与解调46

（八）最小偏移键控（MSK）调制与解调47

（九）各种调制方式的性能小结51

八、PCM遥测系统的同步问题53

（一）位同步信号的提取53

（二）帧同步码和帧同步提取55

（三）字同步信号提取61

（四）副帧同局步码选择和副帧同步检出61

（一）信噪比和误差的关系62

九、PCM遥测系统的误码率Pe和误差的关系62

（二）相加性白色高斯噪声（AWGN）引起的误码率Pe和误差δ％（或δ％）的关系63

（三）信噪比（SNR）测量65

（四）误码率Pe（BER）测量70

（五）误码率Pe的选择标准72

十、分包遥测73

（一）分包遥测产生的历史背景73

（二）分包遥测和常规遥测相比较的技术进步点74

（三）源包的数据构造75

（四）其他形式的三种包构造77

（五）转移帧（tranferframe）78

十一、分包遥测的信道编译码，帧同步码（ASM）和伪随机化83

（一）信道编译码83

（二）有信道编译码时的帧同步方法93

（三）伪随机化95

第四章 遥控（TLC/TC）技术98

一、遥控和遥测的主要区别98

二、常规遥控技术99

（一）基带信号构造100

（二）地面发送遥控命令的操作过程105

（三）遥控信息的调制体制105

（四）S/C接收遥控命令的过程106

（五）遥控命令的可靠性要求107

（六）遥控验证和保护107

（七）S/C上命令的执行108

三、CCSDS遥控109

（一）应用进程层110

（二）系统管理层111

（三）分包层111

（四）分段层111

（五）转移层112

（六）编码层116

（七）物理层117

四、CCSDS遥控和常规遥控比较的技术进步点117

第五章测角技术与角跟踪118

一、单脉冲测角和角跟踪118

（一）单脉冲测角原理118

（二）跟踪系统中的平面角度计算单位119

（三）测角系统的误差120

（一）单基线干涉仪测角原理126

二、干涉仪测角126

（二）两条正交基线测角127

（三）方向余弦表示法128

（四）干涉仪测速128

（五）干涉仪测角的优缺点128

第六章测速技术129

一、单程多普勒频移测速129

二、双程多普勒频移测速131

三、NARSTER/GPS（导航星／全球定位系统）测速132

四、多普勒频移径向测速引入的测速误差133

（一）测速的系统误差133

（二）测速的随机误差134

（一）侧音选择137

一、侧音测距系统137

第七章测距技术137

（二）上行调制频谱138

（三）侧音测距对应答机的要求139

（四）下行调制特性139

（五）测距过程和捕获程序139

（六）侧音测距的精度140

（七）侧音测距的误差源分解141

二、伪随机码（PNC）序列测距系统144

（一）适合测距用的伪随机码序列144

（二）M序列的性质145

（三）伪随机码测距方法146

三、GPS（导航星全球定位系统）测距150

（一）GPS定位方程150

（三）GPS定位精度151

（二）GPS测距误差151

第八章航天器定位和定轨技术153

一、测量坐标系154

（一）地平坐标系154

（二）地球固定坐标系155

（三）惯性坐标系156

二、航天器定轨技术156

（一）几何法156

（二）动力学法156

（三）短弧法157

三、开普勒轨道根数157

（一）由地平坐标系转换为固定地球坐标系159

（二）由固定地球坐标系转换为惯性坐标系159

四、由测站所在地平坐标系中获得的点位参数计算开普勒轨道根数159

（三）求轨道根数的顺序160

（四）测站轨道预报时的根数顺序161

第九章通信与数据传输技术163

一、地球静止气象卫星的数据构造和传输164

二、近地轨道（LEO）遥感卫星的数据构造及通信168

（一）光机扫描式成像168

（二）推扫式扫描成像169

（三）画幅式成像169

三三、AOS的数据构造及传输171

（一）CCSDS基干网（CPN）172

（二）AOS的8种业务173

（三）AOS SLS的体系结构和协议数据单位（PDU）176

一、通信方程183

第十章 系统技术183

（一）通信斜距距离损耗（space loss）Ls186

二、通信方程中各项参数的计算186

（二）接收系统等效噪声温度Te187

（三）∑Li包含的各项损耗190

（四）航天C＆T常用天线增益GT/GR计算194

（五）EIRF计算201

（六）GR/Te计算201

（七）波尔兹曼常数201

三、分散式遥测、遥控和跟踪系统的设计思想201

（一）分散式遥测系统202

（二）分离式遥控系统203

（三）分离式跟踪系统203

（一）USB的技术特点204

四、统一载波测控系统204

（二）上行链路205

（三）下行链路205

（四）下行残余载波206

（五）信号经过转发（弯管传输）后的信噪比206

（六）载波功率分配和调相指数（x/y）计算207

五、USB TT＆C系统设计举例211

（一）TT＆C信道设计211

（二）通信信道设计217

第十一章 组网技术Ⅰ——非深空C＆T网218

一、非深空和深空的界限218

二、非深空航天器的当代应用类别及轨道219

（一）一座C＆T站和航天器的可通信面积221

三、组网问题的提出221

（二）C＆T站最长可观测孤段长的计算223

四、陆基（ground-based）非深空C＆T网225

（一）美国的陆基非深空C＆T网225

（二）前苏联和俄罗斯和非深空陆基C＆T网230

（三）欧洲空间局（ESA）的非深空陆基C＆T网230

（四）其他小型陆基C＆T网231

（五）陆基跟踪网的主要缺点231

五、天基（space-based）非深空C＆T网TDRSS232

（一）TDRSS产生的历史背景232

（二）TDRSS的体系结构234

（三）跟踪与数据中继卫星的关链技术252

一、深空探测中的C＆T特点254

第十二章组网技术Ⅱ——深空C＆T（通仪、跟踪）网254

二、深空C＆T遇到的主要技术困难256

三、深空C＆T站采用的特殊技术259

（一）加大地球站的接收天线口径，增加微弱信号的收集面积259

（二）增加深空航天器对地球通信的天线口径260

（三）增加上行和下行的发射机功率261

（四）采用信道编译码技术降低对Eb/No的要求261

（五）采用信息源压缩技术262

（六）提高载波频率262

（七）采用低温制冷的低噪声放大器（LNA）262

四、深空探测的调制体制和工作方式264

（一）调制体制264

（二）通信采用的存储转发工作方式265

五、20世纪末的国际深空通信跟踪技术水平265

（二）距离测量和测距精度266

（一）角跟踪266

（三）频率稳定度达到的水平267

（四）导航能力267

（五）遥测、遥控能力268

（六）深空通信能力268

六、国际深空C＆T网270

（一）美国深空C＆T网（NASA DSN）270

（二）俄国深空网271

（三）ESA深空网272

（四）单独深空站272

七、陆基国际深空网的优缺点275

（二）IRLGTDM遥测标准277

（一）IRIG FDM遥测标准277

一、IRIG（inter-ranging instrumentation group）靶场测量组标准277

第十三章 航天C＆T的标准化277

二、ESATT＆C标准278

三、CCCSDS建议书278

（一）常规在轨系统（COS）279

（二）高级在轨系统（AOS）279

第十四章 未来的发展动向280

一、航天器采用自主运行技术280

二、航天器之间采用激光通信（lasercom）280

三、发展CEI（连接端站干涉仪）高精度、实时测角技术281

四、开发两倍GEO高度的GPS系统281

五、航天器C＆T的国际合作282

英文缩写字一览表284

参考文献288