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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