目 录 1
1．现代小卫星技术发展现状 1
1.1现代小卫星发展概况 1
1.1.1 小卫星发展历史 1
1.1.2 卫星重量与功耗发展趋势 4
1.1.3现代小卫星的划分 7
1.2国外小卫星发展现状 9
1.2.1 美国 9
1.2.1.1 多址通信卫星（MACSAT） 9
1.2.1.2母子星与皮纳卫星 10
1.2.1.3 军用卫星MightySat系列 12
1.2.1.4从单星到星座 15
1.2.2俄罗斯 17
1.2.3 日本 17
1.2.4 以色列 18
1.2.5欧洲 18
1.3中国小卫星发展现状 23
1.4现代小卫星发展特点与趋势 25
1.5国外部分小卫星统计 26
2．轨道与空间环境 31
2.1轨道特征 31
2.2多普勒效应 34
2.3空间环境影响 36
3．小卫星系统 41
3.1小卫星平台组成 42
3.2星载计算机 42
3.2.1 星载处理器与总线 43
3.2.2操作系统 46
3.2.3星载软件 49
3.3姿态与轨道控制 51
3.3.1 姿态控制 51
3.3.1.1 任务与组成 51
3.3.1.2 常用组件与控制流程 53
3.3.2轨道控制 56
3.4推进 57
3.5测控 60
3.5.1 星载测控分系统任务 60
3.5.2测控系统体制比较 61
3.5.3 USB-GPS组合测控 63
3.6 电源 64
3.6.1任务与组成 64
3.6.1.1太阳能电池 65
3.6.1.2 蓄电池组 66
3.6.1.3 电源控制 67
3.6.2 国内外小卫星电源发展情况 68
12.4.1 热循环／真空测试 3 70
3.7热控 71
3.8结构与机构 73
6.9.6 业务种类 1 74
3.9法国Proteus小卫星平台 76
3.9.1平台概述 76
3.9.2分系统技术 78
3.9.3 Proteus平台应用 79
3.9.3.1 Jason-1卫星 79
3.9.3.2 COROT卫星 80
3.9.4平台的研制管理 80
3.10美国Leostar平台 81
6.12俄罗斯通信星座系统 1 83
3.11实践－5号小卫星及平台 83
3.12有效载荷 86
3.12.1通信 87
3.12.2对地观测 87
3.12.3导航定位 89
3.12.4空间科学与技术试验 89
4.测控系统 90
4.1小卫星测控任务与特点 90
4.2测控系统组成 90
4.3 测控与CCSDS 93
4.4星座测控特点与流程 94
5.1运载火箭功能与组成 96
5．运载与发射 96
5.2搭载与一箭多星发射 97
5.3小卫星运载火箭 99
5.4国内外卫星运载火箭 101
5.4.1 美国火箭系列 101
5.4.2俄罗斯的小型运载火箭 102
5.4.3 日本的J-2小型火箭 102
5.4.4 中国长征系列火箭 103
6．通信小卫星及其星座技术与应用 106
6.1低轨卫星通信系统概述 106
6.1.1 高、中、低轨道通信卫星的比较 108
6.1.2低轨通信卫星星座系统分析 111
6.2实时通信与存储转发通信 116
6.2.1 实时通信 116
6.2.2存储转发通信 117
6.3轨道和星座的设计 118
6.3.1轨道设计 118
6.3.2星座设计 120
6.3.3覆盖性能与比较 121
6.4频率计划 122
6.4.1频率分配原则 122
6.4.2 WARC频谱划分 123
6.5通信链路分析 126
6.6通信体制分析 129
6.6.1卫星通信多址体制 129
6.6.2调制与编码方式 130
6.7卫星移动通信系统标准提案 131
6.7.1 SAT-CDMA RTT提案 133
6.7.3 IOLLC卫星RTT提案 136
6.7.2 INMARSAT Horizons提案 136
6.7.4 ESA的SW-CDMA提案 137
6.7.5 SW-CTDMA提案 138
6.7.6 ICO RTT提案 139
6.8 Iridium星座系统 140
6.8.1 系统概述 140
6.8.2 系统组成 141
6.8.2.1 空间段 141
6.8.2.3 关口站 143
6.8.2.2 系统控制段 143
6.8.2.4用户段及系统业务 144
6.8.3系统运行情况 145
6.8.4 系统现状 147
6.9.1 系统描述 149
6.9.1.1 空间段 149
6.9 Globalstar星座系统 149
6.9.1.2 星座卫星 151
6.9.1.3 用户终端 153
6.9.1.4 关口站 155
6.9.1.5地面管理控制中心 156
6.9.1.6 卫星管理控制中心 158
6.9.1.7 计费运营 159
6.9.2频率和覆盖分析 159
6.9.2.1 频率分配 159
6.9.2.2 卫星天线波束结构 161
6.9.2.3地面覆盖 162
6.9.2.4 定位 163
6.9.2.5 信道特性 164
6.9.2.6链路分析 165
6.9.3码分多址体制 168
6.9.3.1 分集合并 169
6.9.3.2抗衰落 169
6.9.3.3 捕获 170
6.9.3.4 前向信道 170
6.9.3.5反向信道 171
6.9.3.6端对端性能 171
6.9.4地面接口 172
6.9.4.1 通信网接口 172
6.9.4.2登录与鉴权 173
6.9.5 呼叫处理 173
6.10.1 系统概述 175
6.10 MUBLCOM星座系统 175
6.10.2 系统特性 176
6.10.3 系统测试与实施 177
6.11 Orbcomm星座系统 178
6.11.1 系统组成 179
6.11.2通信链路与频谱 180
6.11.3 系统基本业务 181
6.11.4短数据市场分析 182
6.12.1.1 系统概述 183
6.12.1 Gonets系统 183
6.12.1.2 系统组成 184
6.12.1.3系统通信业务 185
6.12.1.4 系统地面段的构成 186
6.1 2.1.5 系统主要特性 187
6.12.2 Signal系统 188
6.12.2.1 系统概述 188
6.12.2.2 系统构成 188
6.12.2.3 多址接入 190
6.12.3 俄罗斯MKTC系统 191
6.12.4 Intersputnik研制的GEO小卫星 192
6.13小卫星通信系统关键技术分析 196
7．对地观测小卫星技术与应用 199
7.1对地观测小卫星技术 199
7.2民用遥感小卫星系统 201
7.2.1 美国 201
7.2.1.1 地球观测系统计划 202
7.2.1.2 NEMO计划 205
7.2.1.3 新型商业遥感小卫星 208
7.2.2欧洲 210
7.2.3 中国卫星遥感技术发展 211
7.2.3.1 风云气象卫星 211
7.2.3.2全球防灾减灾卫星系统 212
7.2.3.3 台湾地区“中华卫星” 213
7.2.4商业遥感卫星发展趋势 214
7.3军用侦察卫星 215
7.3.1成像侦察卫星 216
7.3.2 电子侦察卫星 217
7.3.3海洋监视卫星 219
7.3.4 气象卫星和测地卫星 223
7.3.5导弹预警卫星 224
7.3.6核爆炸探测卫星 226
7.4对地观测载荷技术 227
7.4.1 CCD扫描摄像机 228
7.4.2 小卫星SAR 229
7.4.2.1 MEDSAT卫星SAR系统 229
7.4.2.2 SkyMed/COSMO卫星SAR 231
7.4.2.3小型多模态SAR 232
7.5美国Starlite卫星 233
7.6韩国Ⅰ号多用途卫星 235
7.7美国信号情报卫星 241
8.1 卫星定位技术的发展和现状 248
8.1.1 子午仪卫星系统 248
8．导航定位小卫星技术与应用 248
8.1.2全球定位系统GPS 250
8.1.3 俄罗斯GLONASS导航系统 251
8.1.4欧洲伽利略导航卫星系统 251
8.1.5 中国双星定位系统 252
8.1.6通信星座系统辅助定位功能 252
8.2坐标系统和时间系统 253
8.3定位技术体制的比较 254
8.3.1多普勒技术 254
8.3.2伪码测距技术 258
8.3.3定位体制比较 260
8.4卫星星座的定位原理 261
9．小卫星空间科学试验与应用 264
9.1 TechSat21计划与编队卫星 266
9.1.1太阳能电池技术 270
9.1.2轨道保持和燃料 271
9.1.3升级与适应能力 271
9.2.1 纳米卫星星座先驱计划 272
9.2编队卫星星座应用 272
9.2.2 ESA星簇二号虚拟卫星 273
9.2.3编队卫星星座关键技术 274
9.3空间技术试验 275
9.4 Inspector卫星 276
9.4.1和平号空间站Inspector卫星 279
9.4.2 XSS-10 Inspector卫星 280
9.4.3 DAPRA轨道快车计划 281
9.4.4 Escort Inspector卫星 281
9.4.5 Inspector皮卫星 282
9.5“实践”系列科学技术试验卫星 283
9.4.6空间站环境纳卫星 283
9.6美国大学纳米卫星计划 286
9.6.1计划内容 286
9.6.2 电离层观测编队飞行 286
9.6.3“三角星座”编队飞行 287
9.6.4“绿宝石”星座编队飞行 288
9.6.5“探路者”星座编队飞行 289
9.6.6螺旋式叶片纳米卫星 290
9.6.7纳米卫星发射装置 291
10.1大学小卫星概述 295
10．萨瑞大学小卫星 295
10.1.1 第一颗大学小卫星UoSAT-1 296
10.1.2 SSTL大学小卫星研制模式 297
10.1.2.1 学生卫星模式 297
10.1.2.2 小卫星商务模式 299
10.2对地观测小卫星星座 301
10.3区域通信小卫星星座 304
10.3.1 星座系统组成 306
10.3.3 星座卫星 307
10.3.2发射与轨道保持 307
10.3.4有效载荷 308
10.3.5 地面控制站与用户终端 309
10.3.6星座成本分析 310
10.4 UoSAT-12小卫星 310
10.4.1 小卫星平台 311
10.4.2有效载荷 313
10.4.2.1对地观测系统 313
10.4.2.2卫星转发器 314
10.4.3运行结果与状态报告 318
10.5清华－1号小卫星 320
10.5.1卫星平台 320
10.5.2有效载荷 323
11.1基于COTS技术的模块化纳米卫星 325
11.1.1 SNAP-1卫星研制背景 325
11．SNAP-1纳米卫星 325
11.1.2设计原理 326
11.1.3分系统设计 327
11.1.3.1 电源 327
11.1.3.2 VHF接收机 328
11.1.3.3 姿态与轨道控制系统 328
11.1.3.4冷气推进 329
11.1.3.5星载计算机 329
11.1.3.6机械结构 330
11.1.3.7有效载荷 330
11.1.4结果分析 331
11.2姿控系统与试运行结果 334
11.2.1姿态测量 335
11.2.2 三轴稳定 336
11.2.3在轨试运行 338
11.3模块化可重用S频段发射机 340
11.3.1数据处理单元 342
11.3.3功放与带通滤波器 343
11.3.4模块化设计 343
11.3.2 I/Q调制器 343
11.3.4.1 可在线重编程FPGA 344
11.3.4.2 控制区域网CAN 345
11.3.4.3 低成本无线RF器件 345
11.4推进系统 345
11.4.1卫星推进要求 346
1 1.4.2 系统描述 347
11.4.3推进剂的选择 348
11.4.4设备描述 349
11.4.5 系统集成与测试 350
11.5 SNAP平台主要参数 352
12．YamSat皮卫星 354
12.1卫星计划 354
12.1.1计划背景与内容 354
12.1.2计划实施与经费 356
12.1.3预期成果 360
12.2卫星主要参数 361
12.3.1微分光计 362
12.3卫星功能模块 362
12.3.2结构与机械 364
12.3.3指令与数据处理 365
12.3.4跟踪与测控 366
12.3.5 电源 366
12.3.6飞行软件 367
12.3.7姿态测量与控制 368
12.3.8热控 369
12.4 卫星的集成与测试 369
12.4.2地面系统到卫星的端到端测试 371
12.4.3 天线测试 372
12.4.4振动测试 372
12.4.5质量特性测试 373
12.5台湾地区生产的组件 373
12.6卫星平台的改进 376
13.1小卫星设计方法 377
13.1.1 分系统分别设计方法 377
13．小卫星设计技术 377
13.1.2多任务模块化设计 378
13.1.3低成本／高风险设计 379
13.2现代小卫星设计新技术 380
13.2.1 多功能结构 380
13.2.2纳米技术与微机电系统 381
13.2.3 小型化与一体化设计 384
13.2.4分布式卫星系统 386
13.2.5小卫星核心支撑技术 386
13.3设计工具与仿真试验系统 388
13.3.1 总体设计软件 389
13.3.2热控分析软件及相关设备 391
13.3.3控制系统半实物仿真试验系统 393
13.3.4嵌入式星载计算机及星务管理仿真平台 396
13.4小卫星系统可靠性分析 398
13.5小卫星系统成本分析 402
13.5.1有效载荷成本模型 404
13.5.2卫星成本模型 405
14．参考文献 407
15．常用缩略语 411