深空通信

前言

20世紀(jì)50年代，人類利用航天技術(shù)開辟了探索外層空間的新時(shí)代，進(jìn)入21世紀(jì)，人類迎來(lái)了深空探測(cè)活動(dòng)的新熱潮。迄今為止，人類已經(jīng)完成了120次成功或基本成功的深空探測(cè)活動(dòng)，探測(cè)了太陽(yáng)系的7顆行星和太陽(yáng)、彗星、小行星以及月球，并實(shí)現(xiàn)了在火星、金星、土衛(wèi)六等天體上的軟著陸。已有4個(gè)探測(cè)器飛出了太陽(yáng)系。與此同時(shí)，我國(guó)的深空探測(cè)活動(dòng)也進(jìn)入了嶄新的發(fā)展階段。2000年和2006年，中國(guó)政府分別發(fā)布《中國(guó)的航天》白皮書。2007年2月，標(biāo)志著中國(guó)政府未來(lái)空間科學(xué)發(fā)展藍(lán)圖《“十一五”空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布實(shí)施，指出未來(lái)15年，我國(guó)在環(huán)月探測(cè)的基礎(chǔ)上，積極進(jìn)行月球探測(cè)和以火星為主線的深空探測(cè)。同年10月，《航天“十一五”規(guī)劃》發(fā)布實(shí)施，將載人航天工程、月球探測(cè)工程等列入重大科技工程。同年11月，我國(guó)首次月球探測(cè)工程取得圓滿成功，實(shí)現(xiàn)了中華民族的千年奔月夢(mèng)想，開啟了中國(guó)人走向深空探索宇宙奧秘的時(shí)代，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入世界具有深空探測(cè)能力的國(guó)家行列。深空通信一般是指地球上的實(shí)體與處于月球及月球以遠(yuǎn)的宇宙空間中的航天器之間的通信，包括各行星表面的區(qū)域通信以及地球與太陽(yáng)系以外星球間的通信。深空通信是維系人類與深空探測(cè)器的紐帶，是實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)的基礎(chǔ)和重要保證。美國(guó)、蘇聯(lián)是最早開展深空探測(cè)和深空通信的國(guó)家，歐洲航天局也于21世紀(jì)提出了未來(lái)20年空間科學(xué)發(fā)展的“宇宙全景計(jì)劃”，深空通信技術(shù)正處在不斷地向前飛速發(fā)展之中。為了全面系統(tǒng)地闡述深空通信的基本理論、基本技術(shù)以及深空通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，力求做到內(nèi)容全面、技術(shù)新穎、理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)兼顧基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和普遍性，本書以美國(guó)NASA的深空網(wǎng)以及歐洲航天局的深空探測(cè)資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)全面分析和系統(tǒng)歸納，盡可能將深空通信領(lǐng)域的主要技術(shù)進(jìn)展和研究成果呈現(xiàn)給讀者。本書共分為9章。第1章概括介紹了深空通信的基礎(chǔ)知識(shí)，包括深空通信的相關(guān)概念、深空通信的主要術(shù)語(yǔ)和技術(shù)指標(biāo)、宇宙空間環(huán)境，以及深空通信的發(fā)展概況、深空通信的主要特點(diǎn)、系統(tǒng)組成和深空通信的幾種基本技術(shù)。第2章從深空通信鏈路的重要性出發(fā)，主要介紹深空網(wǎng)絡(luò)鏈路結(jié)構(gòu)、當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，以及在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中對(duì)可靠性產(chǎn)生影響的因素，并介紹分析了幾種國(guó)際上對(duì)于克服深空通信干擾、提高通信鏈路容量的科研成果，以及鏈路分析工具。第3章圍繞當(dāng)今主流的2種深空天線系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)要求和制約因素，全面描述了所選的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析和討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，概述了天線系統(tǒng)改善方案以及微衛(wèi)星技術(shù)中的天線組陣。第4章主要介紹了一種應(yīng)用于深空通信的GMSK解調(diào)器以及為通信和導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)混合GMSK調(diào)制和PN測(cè)距的方法。

內(nèi)容概要

　　《深空通信》全面系統(tǒng)地闡述了深空通信的基本理論、基本技術(shù),以及深空通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,基本反映了深空通信發(fā)展的現(xiàn)狀。全書共分為9章,內(nèi)容包括概論、深空通信鏈路、深空通信天線、深空通信調(diào)制、深空通信的差錯(cuò)控制編碼、深空通信的高效信道編碼、深空光通信、深空網(wǎng)絡(luò)、深空通信前景與展望。　　《深空通信》概念清晰、由淺入深、循序漸進(jìn),可作為高等學(xué)校通信、電子和信息類各專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材或教學(xué)參考書,也可作為具有相應(yīng)水平從事空間探測(cè)、航天測(cè)控等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和管理人員的參考讀物。

作者簡(jiǎn)介

周賢偉，四川成都邛崍市人，博士后。1986年畢業(yè)于西南師范大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1992年畢業(yè)于鄭州大學(xué)獲碩士學(xué)位，1999年畢業(yè)于西南交通大學(xué)獲博士學(xué)位，2001年出站于北京交通大學(xué)信息與通信工程學(xué)科博士后科研流動(dòng)站。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)第十二屆專家評(píng)審組成員，《電波科學(xué)學(xué)報(bào)》編委?！?在IEEE Transactions on Consumer Electronics、《電子學(xué)報(bào)》等重要刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中多篇被SCI和EI收錄。主持并承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家“863”項(xiàng)目、軍隊(duì)預(yù)研項(xiàng)目、博士后科研基金、國(guó)家中小企業(yè)創(chuàng)新基金及企業(yè)項(xiàng)目：申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利10余項(xiàng)；譯著《OpenCable體系結(jié)構(gòu)》1部。目前感興趣的研究方向主要有認(rèn)知無(wú)線電、下一代互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全。

書籍目錄

第1章 概論1.1 深空通信的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 深空通信的相關(guān)概念1.1.2 深空通信的主要術(shù)語(yǔ)和技術(shù)指標(biāo)1.1.3 宇宙空間環(huán)境1.2 深空通信的發(fā)展概況1.2.1 起源階段1.2.2 “水手”號(hào)階段1.2.3 “海盜”號(hào)階段1.2.4 “旅行者”號(hào)階段1.2.5 “伽利略”號(hào)階段1.2.6 “卡西尼”號(hào)階段1.2.7 深空通信發(fā)展趨勢(shì)1.3 深空通信的主要特點(diǎn)1.4 深空通信系統(tǒng)的組成1.4.1 無(wú)線電跟蹤系統(tǒng)1.4.2 遙測(cè)系統(tǒng)1.4.3 指令系統(tǒng)1.4.4 航天器無(wú)線電頻率子系統(tǒng)1.5 深空通信的基本技術(shù)1.5.1 天線技術(shù)1.5.2 Ka頻段通信技術(shù)1.5.3 數(shù)字化接收機(jī)技術(shù)1.5.4 HEMT放大器技術(shù)1.5.5 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)1.5.6 調(diào)制技術(shù)1.5.7 信道編碼技術(shù)1.5.8 深空光通信技術(shù)1.5.9 深空網(wǎng)絡(luò)技術(shù)小結(jié)參考文獻(xiàn)第2章 深空通信鏈路2.1 深空通信鏈路的重要性2.2 深空通信的鏈路結(jié)構(gòu)及優(yōu)化2.2.1 鏈路結(jié)構(gòu)及優(yōu)化簡(jiǎn)介2.2.2 優(yōu)化方法分析2.2.3 分析結(jié)論及討論2.2.4 優(yōu)化理論應(yīng)用2.3 用于深空網(wǎng)絡(luò)的深空通信鏈路分析工具2.3.1 天文動(dòng)力學(xué)軌道建模2.3.2 通信建模2.3.3 自動(dòng)分析2.3.4 結(jié)果小結(jié)2.4 通過(guò)Ka頻段對(duì)于空間傳輸速率的優(yōu)化2.4.1 簡(jiǎn)介2.4.2 大氣噪聲溫度估算2.4.3 吞吐率與服務(wù)有效性比較小結(jié)參考文獻(xiàn)第3章 深空通信天線3.1 概述3.2 系統(tǒng)要求和制約因素3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)3.4.1 天線指向和表面粗糙度3.4.2 微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.3 頻率范圍和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3.4.4 天線中的TY&C處理器系統(tǒng)3.5 天線系統(tǒng)改善方案3.5.1 DSA 2中的波束校正方法3.5.2 采用26GHz的新頻段3.5.3 新的參考頻率3.5.4 新一代的TT&C處理器3.6 微衛(wèi)星技術(shù)中的天線組陣小結(jié)參考文獻(xiàn)第4章 深空通信調(diào)制4.1 一種應(yīng)用于ESA深空任務(wù)的GMSK解調(diào)器4.1.1 技術(shù)背景4.1.2 IFMS中的ESA深空天線接收機(jī)4.1.3 在IFMS中實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)器的理想方案和實(shí)用方案4.1.4 解調(diào)器結(jié)構(gòu)4.1.5 調(diào)制器4.1.6 仿真與測(cè)試結(jié)果4.1.7 結(jié)論與總結(jié)4.2 應(yīng)用于通信和導(dǎo)航的混合GMsK調(diào)制和PN測(cè)距4.2.1 技術(shù)背景4.2.2 SFCG帶寬標(biāo)準(zhǔn)4.2.3 高數(shù)據(jù)率與測(cè)距相結(jié)合4.2.4 波形4.2.5 信號(hào)處理4.2.6 信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)4.2.7 信號(hào)參數(shù)選擇4.2.8 波形選擇4.2.9 結(jié)論小結(jié)參考文獻(xiàn)第5章 深空通信的差錯(cuò)控制編碼5.1 信道編碼簡(jiǎn)介5.2 差錯(cuò)控制編碼的定義和基本符號(hào)5.2.1 卷積碼簡(jiǎn)介5.2.2 RS碼簡(jiǎn)介5.3 未來(lái)空間任務(wù)對(duì)信道編碼的要求5.3.1 信道編碼的應(yīng)用場(chǎng)合5.3.2 新信道編碼的局限性5.3.3 信道編碼支持的調(diào)制方式5.3.4 編碼效率5.3.5 信道編碼的幀和碼字長(zhǎng)度5.3.6 信道編碼的性能5.3.7 信道編碼的復(fù)雜度5.3.8 如何選擇編碼族5.3.9 專用傳輸碼5.3.1 0信道編碼的技術(shù)解決5.4 長(zhǎng)糾刪碼LEC5.4.1 空間通信的包定向編碼5.4.2 傳統(tǒng)的包糾刪碼5.4.3 包糾刪碼的新契機(jī)5.4.4 LEC編碼的一般要求5.4.5 LEC編碼的適用場(chǎng)合小結(jié)參考文獻(xiàn)第6章 深空通信的高效倍道編碼6.1 糾錯(cuò)碼在深空通信中的發(fā)展簡(jiǎn)介6.2 Turbo碼6.2.1 Turbo碼的設(shè)計(jì)與組成6.2.2 Turbo碼的實(shí)現(xiàn)6.2.3 應(yīng)用情況6.3 低密度奇偶校驗(yàn)碼6.3.1 LDPC碼的設(shè)計(jì)和構(gòu)造6.3.2 LDPC碼的實(shí)現(xiàn)6.3.3 應(yīng)用情況6.4 性能分析6.4.1 所有類型碼的泛界6.4.2 Turbo碼的一致界6.4.3 Turbo碼與LDPC碼的迭代譯碼閾值6.4.4 實(shí)用碼的性能6.5 深空通信糾錯(cuò)碼的標(biāo)準(zhǔn)化6.5.1 Tutlb0碼的標(biāo)準(zhǔn)化6.5.2 LDPC碼的標(biāo)準(zhǔn)化6.6 未來(lái)的發(fā)展和面臨的問(wèn)題小結(jié)參考文獻(xiàn)第7章 深空光通信7.1 概述7.1.1 激光通信的優(yōu)勢(shì)7.1.2 深空光通信的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)7.2 深空光通信系統(tǒng)組成7.3 激光源7.3.1 星間通信對(duì)激光源的要求7.3.2 激光源技術(shù)的發(fā)展7.4 探測(cè)器7.4.1 星間激光通信對(duì)探測(cè)器的要求7.4.2 光探測(cè)器的發(fā)展7.5 光學(xué)系統(tǒng)7.5.1 光學(xué)天線7.5.2 中繼光學(xué)系統(tǒng)……第8章 深空網(wǎng)絡(luò)第9章 深空通信前景與展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概論無(wú)垠的太空是人類共同的財(cái)富，探索太空是人類的共同追求。探索和認(rèn)識(shí)宇宙奧秘，開發(fā)和利用宇宙資源，探求人類進(jìn)入新的活動(dòng)疆域的可能與途徑，這已成為國(guó)際宇航界的三大任務(wù)，也是世界各國(guó)競(jìng)相開展宇宙探測(cè)的動(dòng)力之所在。人類的探測(cè)活動(dòng)離不開通信技術(shù)的支持與保障，通信是維系人類與深空探測(cè)器的紐帶。深空通信一般是指地球上的實(shí)體與處于月球及月球以遠(yuǎn)的宇宙空間中的航天器之間的通信，包括各行星表面的區(qū)域通信以及地球與太陽(yáng)系以外星球間的通信。本章主要以美國(guó)NASA的深空網(wǎng)和深空探測(cè)為背景，首先介紹深空通信的基礎(chǔ)知識(shí)，包含深空通信的相關(guān)概念、深空通信的主要術(shù)語(yǔ)和技術(shù)指標(biāo)以及宇宙空間環(huán)境情況，然后介紹深空通信的發(fā)展概況、主要特點(diǎn)和系統(tǒng)組成，最后簡(jiǎn)要介紹深空通信的幾種基本技術(shù)。1.1　深空通信的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1　深空通信的相關(guān)概念外層空間（Outer Space）是地球稠密大氣層之外的宇宙范圍，簡(jiǎn)稱外空或空間（Space），又稱太空?！巴鈱涌臻g”一詞首次由Herbert George Wells于1901年提出，“空間”一詞則首次由John Milton于1667年在著名史詩(shī)Paradise Lost中提出。

編輯推薦

《深空通信》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。

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