深空測控通信系統(tǒng)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著美國“機(jī)遇”號、“勇氣”號火星探測器成功登陸火星，“卡西尼”號探測器飛抵土星并成功釋放“惠更斯”號探測器著陸土衛(wèi)六，深空探測越來越成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。美國宣布在2015年前后將宇航員重新送上月球，并建立永久性基地；在2030年之后，美國宇航員將赴遙遠(yuǎn)的火星探險(xiǎn)。俄羅斯、歐洲.、日本等也有各自的深空探測計(jì)劃?？傊?，深空探測正在成為國際航天活動的新熱點(diǎn)。我國于2000年發(fā)布的《中國的航天》白皮書指出，深空探測是指對太陽系內(nèi)除地球以外的行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星等的探測，以及太陽系以外的銀河系乃至整個(gè)宇宙的探測。它是繼衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天之后的又一航天技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域。我國“嫦娥”一號繞月探測衛(wèi)星的成功發(fā)射和運(yùn)行，標(biāo)志著我國已經(jīng)邁出了深空探測的第一步。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力的不斷增強(qiáng)，進(jìn)一步開展深空探測，展開對火星、小行星和其他太陽系內(nèi)行星的探測將是我國未來深空探測的目標(biāo)。測控通信系統(tǒng)是深空探測系統(tǒng)的重要組成部分。它的功能、性能、規(guī)模、技術(shù)的先進(jìn)性與可靠性將直接影響深空探測任務(wù)完成的質(zhì)量和探測任務(wù)的成敗，關(guān)系宇航員的生存和生命安全。因此，它在深空探測任務(wù)中充當(dāng)著重要角色和發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在借鑒以往地球衛(wèi)星、載人航天和繞月探測測控通信技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著眼深空探測距離遠(yuǎn)、信號弱、時(shí)延大、導(dǎo)航要求高等特點(diǎn)，探索和研究適宜于深空探測的測控通信與導(dǎo)航技術(shù)將是我國航天測控領(lǐng)域一個(gè)重要工作方向。本書是我國深空測控通信領(lǐng)域近期內(nèi)容較新的一部專著，作者長期從事測控通信總體工作，具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。作者站在總體設(shè)計(jì)的高度，用統(tǒng)觀全局的眼光，從普及和專業(yè)兩個(gè)層面出發(fā)，由淺入深，由表及里，全面、系統(tǒng)地介紹了深空的定義、深空探測的類型、深空測控通信系統(tǒng)的組成、深空探測的時(shí)間和坐標(biāo)系統(tǒng)、深空控測的軌道動力學(xué)、深空網(wǎng)與深空任務(wù)操作等。

內(nèi)容概要

本書簡要地回顧了近半個(gè)世紀(jì)以來人類進(jìn)行月球和深空探測活動的歷程，以我國“嫦娥”一號繞月探測衛(wèi)星的成功發(fā)射和當(dāng)前世界新一輪月球和深空探測活動為背景，介紹了深空探測中測控通信系統(tǒng)的地位、作用和有關(guān)技術(shù)。    本書從深空測控通信系統(tǒng)的地位、作用和特點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了深空測控通信系統(tǒng)的組成，深空探測的時(shí)間和坐標(biāo)系統(tǒng)；深空探測的軌道動力學(xué)。詳細(xì)論述了深空無線電測量技術(shù)，其中包括高精度測距測速技術(shù)、AVLBI深空導(dǎo)航測量技術(shù)、同波束干涉測量技術(shù)、連線干涉儀、星間測量技術(shù)。分析了深空通信技術(shù)和深空網(wǎng)，重點(diǎn)介紹了調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮，以及深空網(wǎng)的基本概念、布局、頻段、站址選擇、地面深空測控設(shè)備和對我國深空網(wǎng)的建議。簡要地介紹了深空任務(wù)操作的基本概念、深空任務(wù)導(dǎo)航、深空探測器的遙操作、深空任務(wù)的交互支持概念與CCSDS建議、SLE、交互支持的應(yīng)用。最后以發(fā)展的眼光，展望了當(dāng)今深空測控通信領(lǐng)域的熱門技術(shù)，如天線組陣技術(shù)、光通信技術(shù)、行星際網(wǎng)絡(luò)和行星無線電科學(xué)探測技術(shù)等。    本書可以作為深空測控通信工程技術(shù)人員和科技管理人員的教材，也可以供深空探測領(lǐng)域其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 概論　1.1 深空探測　　1.1.1 深空探測的含義　　1.1.2 深空探測的歷程　　1.1.3 深空探測活動的構(gòu)成　1.2 深空測控通信系統(tǒng)的地位、作用和特點(diǎn)　　1.2.1 深空測控通信系統(tǒng)的地位、作用　　1.2.2 深空測控通信系統(tǒng)的特點(diǎn)　1.3 深空測控通信系統(tǒng)的組成　　1.3.1 深空測控站　　1.3.2 信號與數(shù)據(jù)處理中心　　1.3.3 任務(wù)操作控制中心　　1.3.4 地面通信網(wǎng)絡(luò)第2章 深空探測時(shí)間與坐標(biāo)系統(tǒng)　2.1 深空測控時(shí)間系統(tǒng)　　2.1.1 常用時(shí)間系統(tǒng)　　2.1.2 典型時(shí)間系統(tǒng)問的轉(zhuǎn)換　2.2 深空探測坐標(biāo)系統(tǒng)　　2.2.1 協(xié)議慣性參考系　　2.2.2 協(xié)議地球參考系　　2.2.3 參考架之間的轉(zhuǎn)換　2.3 行星和月球探測的坐標(biāo)系統(tǒng)　　2.3.1 IAU行星固連坐標(biāo)系的定義　　2.3.2 行星／月球固連坐標(biāo)系到空固坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣TB及其時(shí)間導(dǎo)數(shù)　　2.3.3 著陸航天器的空固位置、速度和加速度矢量　　2.3.4 IAU月固坐標(biāo)系的定義　　2.3.5 月面坐標(biāo)系第3章 深空探測的軌道動力學(xué)　3.1 太陽系行星的特征　　3.1.1 月球運(yùn)行規(guī)律　　3.1.2 火星運(yùn)行規(guī)律　　3.1.3 太陽系行星的引力范圍　3.2 太陽系行星探測軌道設(shè)計(jì)　　3.2.1 月球探測軌道　　3.2.2 火星探測軌道　　3.2.3 小行星探測軌道第4章 深空網(wǎng)　4.1 概述　4.2 深空網(wǎng)布局　4.3 深空網(wǎng)頻段　4.4 深空站站址　4.5 深空測控設(shè)備　　4.5.1 NASA的深空設(shè)備　　4.5.2 ESA的深空設(shè)備　　4.5.3 俄羅斯的深空設(shè)備　　4.5.4 日本的深空設(shè)備　　4.5.5 印度的深空設(shè)備　　4.5.6 目前深空設(shè)備的特點(diǎn)　4.6 對我國深空網(wǎng)的建議　　4.6.1 我國深空測控網(wǎng)布局建議　　4.6.2 深空站的設(shè)計(jì)建議第5章 深空探測器無線電測量技術(shù)　5.1 高精度測距測速　　5.1.1 測距　　5.1.2 測速　5.2 AVLBI深空導(dǎo)航技術(shù)……第6章 深空通信技術(shù)第7章 數(shù)據(jù)壓縮第8章 深空操作第9章 深空測控通信技術(shù)的發(fā)展趁勢附錄A JPL的行星/月球歷表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章  概論本章主要介紹深空探測的含義、歷程和探測活動的構(gòu)成，在此基礎(chǔ)上結(jié)合作者的工程實(shí)踐和對深空探測的認(rèn)識與思考，重點(diǎn)介紹測控系統(tǒng)的地位、作用、特點(diǎn)和組成等，為后續(xù)論述奠定基礎(chǔ)。1.1深空探測進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著探測器成功登陸火星、土星，深空探測越來越成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。美國公布將在2015年前后將宇航員重新送上月球，并建立永久性基地；在2030年之后，美國宇航員將前往遙遠(yuǎn)的火星探險(xiǎn)。我國在2007年10月24日成功發(fā)射“嫦娥”一號月球探測衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)繞月探測，開啟了邁向深空探測的第一步。俄羅斯、歐洲等國家和組織也各有自己的探測計(jì)劃。隨著人類探索外太空活動的深入，深空探測正逐步成為航天活動的新熱點(diǎn)。1.1.1深空探測的含義在人類開展空間探測活動的近50年里，由于航天技術(shù)的快速發(fā)展，使人類探索宇宙的范圍正在不斷擴(kuò)展——從相距只有數(shù)十萬千米的月球，直至數(shù)億千米的火星，甚至到太陽系外圍的冥王星等。人類對整個(gè)太陽系，已經(jīng)展開了系統(tǒng)的探測，這些活動提高了人類對自身和宇宙的認(rèn)識，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。那么，在航天領(lǐng)域，近空與深空的劃分標(biāo)準(zhǔn)是什么？到底距離地球多遠(yuǎn)才算是深空呢？通常，“深空”是指月球和月球以外的宇宙空間。然而，對于深空的定義，目前國際宇航界仍存在爭論。1988年以前，把地球到月球的平均距離作為劃分“近空”和“深空”的分界線。隨著大推力運(yùn)載火箭的出現(xiàn)，人類可以發(fā)射更遠(yuǎn)距離的大橢圓軌道探測器，大橢圓軌道最遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了月球距離。根據(jù)這些變化，世界無線電大會（WARC）于1988年10月修改了深空分界線，把距離地球2×106km作為深空分界線標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)定自1990年3月16日生效。

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《深空測控通信系統(tǒng)》由國防工業(yè)出版社出版發(fā)行。

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