深空通信

前言

20世紀50年代，人類利用航天技術開辟了探索外層空間的新時代，進入21世紀，人類迎來了深空探測活動的新熱潮。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活動，探測了太陽系的7顆行星和太陽、彗星、小行星以及月球，并實現(xiàn)了在火星、金星、土衛(wèi)六等天體上的軟著陸。已有4個探測器飛出了太陽系。與此同時，我國的深空探測活動也進入了嶄新的發(fā)展階段。2000年和2006年，中國政府分別發(fā)布《中國的航天》白皮書。2007年2月，標志著中國政府未來空間科學發(fā)展藍圖《“十一五”空間科學發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布實施，指出未來15年，我國在環(huán)月探測的基礎上，積極進行月球探測和以火星為主線的深空探測。同年10月，《航天“十一五”規(guī)劃》發(fā)布實施，將載人航天工程、月球探測工程等列入重大科技工程。同年11月，我國首次月球探測工程取得圓滿成功，實現(xiàn)了中華民族的千年奔月夢想，開啟了中國人走向深空探索宇宙奧秘的時代，標志著我國已經(jīng)進入世界具有深空探測能力的國家行列。深空通信一般是指地球上的實體與處于月球及月球以遠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系以外星球間的通信。深空通信是維系人類與深空探測器的紐帶，是實現(xiàn)深空探測的基礎和重要保證。美國、蘇聯(lián)是最早開展深空探測和深空通信的國家，歐洲航天局也于21世紀提出了未來20年空間科學發(fā)展的“宇宙全景計劃”，深空通信技術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、基本技術以及深空通信領域研究的熱點問題，力求做到內容全面、技術新穎、理論聯(lián)系實際，同時兼顧基礎性、先進性和普遍性，本書以美國NASA的深空網(wǎng)以及歐洲航天局的深空探測資料為基礎，經(jīng)過全面分析和系統(tǒng)歸納，盡可能將深空通信領域的主要技術進展和研究成果呈現(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知識，包括深空通信的相關概念、深空通信的主要術語和技術指標、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、系統(tǒng)組成和深空通信的幾種基本技術。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)絡鏈路結構、當前的發(fā)展狀況，以及在數(shù)據(jù)傳輸過程中對可靠性產(chǎn)生影響的因素，并介紹分析了幾種國際上對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章圍繞當今主流的2種深空天線系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)要求和制約因素，全面描述了所選的系統(tǒng)結構，分析和討論了系統(tǒng)設計的關鍵技術，概述了天線系統(tǒng)改善方案以及微衛(wèi)星技術中的天線組陣。第4章主要介紹了一種應用于深空通信的GMSK解調器以及為通信和導航實現(xiàn)混合GMSK調制和PN測距的方法。

內容概要

　　《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,以及深空通信領域研究的熱點問題,基本反映了深空通信發(fā)展的現(xiàn)狀。全書共分為9章,內容包括概論、深空通信鏈路、深空通信天線、深空通信調制、深空通信的差錯控制編碼、深空通信的高效信道編碼、深空光通信、深空網(wǎng)絡、深空通信前景與展望?！　　渡羁胀ㄐ拧犯拍钋逦⒂蓽\入深、循序漸進,可作為高等學校通信、電子和信息類各專業(yè)高年級本科生和研究生的教材或教學參考書,也可作為具有相應水平從事空間探測、航天測控等領域的工程技術人員和管理人員的參考讀物。

作者簡介

周賢偉，四川成都邛崍市人，博士后。1986年畢業(yè)于西南師范大學獲學士學位，1992年畢業(yè)于鄭州大學獲碩士學位，1999年畢業(yè)于西南交通大學獲博士學位，2001年出站于北京交通大學信息與通信工程學科博士后科研流動站。國家自然科學基金委員會第十二屆專家評審組成員，《電波科學學報》編委?！?在IEEE Transactions on Consumer Electronics、《電子學報》等重要刊物發(fā)表學術論文50余篇，其中多篇被SCI和EI收錄。主持并承擔國家自然科學基金項目、國家“863”項目、軍隊預研項目、博士后科研基金、國家中小企業(yè)創(chuàng)新基金及企業(yè)項目：申請國家發(fā)明專利10余項；譯著《OpenCable體系結構》1部。目前感興趣的研究方向主要有認知無線電、下一代互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡安全。

書籍目錄

第1章 概論1.1 深空通信的基礎知識1.1.1 深空通信的相關概念1.1.2 深空通信的主要術語和技術指標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”號階段1.2.3 “海盜”號階段1.2.4 “旅行者”號階段1.2.5 “伽利略”號階段1.2.6 “卡西尼”號階段1.2.7 深空通信發(fā)展趨勢1.3 深空通信的主要特點1.4 深空通信系統(tǒng)的組成1.4.1 無線電跟蹤系統(tǒng)1.4.2 遙測系統(tǒng)1.4.3 指令系統(tǒng)1.4.4 航天器無線電頻率子系統(tǒng)1.5 深空通信的基本技術1.5.1 天線技術1.5.2 Ka頻段通信技術1.5.3 數(shù)字化接收機技術1.5.4 HEMT放大器技術1.5.5 數(shù)據(jù)壓縮技術1.5.6 調制技術1.5.7 信道編碼技術1.5.8 深空光通信技術1.5.9 深空網(wǎng)絡技術小結參考文獻第2章 深空通信鏈路2.1 深空通信鏈路的重要性2.2 深空通信的鏈路結構及優(yōu)化2.2.1 鏈路結構及優(yōu)化簡介2.2.2 優(yōu)化方法分析2.2.3 分析結論及討論2.2.4 優(yōu)化理論應用2.3 用于深空網(wǎng)絡的深空通信鏈路分析工具2.3.1 天文動力學軌道建模2.3.2 通信建模2.3.3 自動分析2.3.4 結果小結2.4 通過Ka頻段對于空間傳輸速率的優(yōu)化2.4.1 簡介2.4.2 大氣噪聲溫度估算2.4.3 吞吐率與服務有效性比較小結參考文獻第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)結構3.4 系統(tǒng)設計的關鍵技術3.4.1 天線指向和表面粗糙度3.4.2 微波系統(tǒng)的設計3.4.3 頻率范圍和轉換系統(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)星技術中的天線組陣小結參考文獻第4章 深空通信調制4.1 一種應用于ESA深空任務的GMSK解調器4.1.1 技術背景4.1.2 IFMS中的ESA深空天線接收機4.1.3 在IFMS中實現(xiàn)相干解調器的理想方案和實用方案4.1.4 解調器結構4.1.5 調制器4.1.6 仿真與測試結果4.1.7 結論與總結4.2 應用于通信和導航的混合GMsK調制和PN測距4.2.1 技術背景4.2.2 SFCG帶寬標準4.2.3 高數(shù)據(jù)率與測距相結合4.2.4 波形4.2.5 信號處理4.2.6 信號頻譜結構4.2.7 信號參數(shù)選擇4.2.8 波形選擇4.2.9 結論小結參考文獻第5章 深空通信的差錯控制編碼5.1 信道編碼簡介5.2 差錯控制編碼的定義和基本符號5.2.1 卷積碼簡介5.2.2 RS碼簡介5.3 未來空間任務對信道編碼的要求5.3.1 信道編碼的應用場合5.3.2 新信道編碼的局限性5.3.3 信道編碼支持的調制方式5.3.4 編碼效率5.3.5 信道編碼的幀和碼字長度5.3.6 信道編碼的性能5.3.7 信道編碼的復雜度5.3.8 如何選擇編碼族5.3.9 專用傳輸碼5.3.1 0信道編碼的技術解決5.4 長糾刪碼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5.4.4 LEC編碼的一般要求5.4.5 LEC編碼的適用場合小結參考文獻第6章 深空通信的高效倍道編碼6.1 糾錯碼在深空通信中的發(fā)展簡介6.2 Turbo碼6.2.1 Turbo碼的設計與組成6.2.2 Turbo碼的實現(xiàn)6.2.3 應用情況6.3 低密度奇偶校驗碼6.3.1 LDPC碼的設計和構造6.3.2 LDPC碼的實現(xiàn)6.3.3 應用情況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 實用碼的性能6.5 深空通信糾錯碼的標準化6.5.1 Tutlb0碼的標準化6.5.2 LDPC碼的標準化6.6 未來的發(fā)展和面臨的問題小結參考文獻第7章 深空光通信7.1 概述7.1.1 激光通信的優(yōu)勢7.1.2 深空光通信的國內外發(fā)展動態(tài)7.2 深空光通信系統(tǒng)組成7.3 激光源7.3.1 星間通信對激光源的要求7.3.2 激光源技術的發(fā)展7.4 探測器7.4.1 星間激光通信對探測器的要求7.4.2 光探測器的發(fā)展7.5 光學系統(tǒng)7.5.1 光學天線7.5.2 中繼光學系統(tǒng)……第8章 深空網(wǎng)絡第9章 深空通信前景與展望參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概論無垠的太空是人類共同的財富，探索太空是人類的共同追求。探索和認識宇宙奧秘，開發(fā)和利用宇宙資源，探求人類進入新的活動疆域的可能與途徑，這已成為國際宇航界的三大任務，也是世界各國競相開展宇宙探測的動力之所在。人類的探測活動離不開通信技術的支持與保障，通信是維系人類與深空探測器的紐帶。深空通信一般是指地球上的實體與處于月球及月球以遠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系以外星球間的通信。本章主要以美國NASA的深空網(wǎng)和深空探測為背景，首先介紹深空通信的基礎知識，包含深空通信的相關概念、深空通信的主要術語和技術指標以及宇宙空間環(huán)境情況，然后介紹深空通信的發(fā)展概況、主要特點和系統(tǒng)組成，最后簡要介紹深空通信的幾種基本技術。1.1　深空通信的基礎知識1.1.1　深空通信的相關概念外層空間（Outer Space）是地球稠密大氣層之外的宇宙范圍，簡稱外空或空間（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Paradise Lost中提出。

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《深空通信》是由國防工業(yè)出版社出版的。

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