用于深空的自主軟件無線電接收機

前言

進入21世紀以來，隨著美國機遇號、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注的焦點。美國宣布將在2015年前后將宇航員重新送上月球，在那里建立永久性基地；在2030年之后，美國宇航員將前往遙遠的火星探險。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。我國于2000年發(fā)布的《中國的航天》白皮書中指出，深空探測是指對太陽系內(nèi)除地球外的行星及其衛(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宇宙的探測。它是繼衛(wèi)星應用、載人航天之后的又一航天技術發(fā)展領域。月球探測和火星探測將是21世紀空間探測的重點領域。我國探月工程計劃的啟動是中國走向深空探索的第一步，標志著我國深空探測的開始，也是未來進行更遠深空探測的必然要求。隨著我國經(jīng)濟和科技實力的不斷增強，進一步開展深空探測，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。北京跟蹤與通信技術研究所作為我國測控領域的技術總體單位，廣大科技人員長期跟蹤國際深空測控領域的技術動態(tài)和發(fā)展方向，并對深空測控通信技術進行了預先研究。此次我所組織翻譯的“JPL深空通信與導航叢書”是美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）編著的一套關于深空探測器測控通信技術的專著，該套叢書總結了美國NASA近50年來深空測控通信工程技術的經(jīng)驗，是從總體上了解和掌握深空測控通信技術不可多得的教材。同時，書中提供的參考文獻為讀者進一步深入研究和學習提供了幫助。相信該叢書的翻譯出版不僅對深空測控領域的科研、工程和教學人員具有較高的參考價值，而且對于我國未來深空測控通信系統(tǒng)的總體設計和建設以及相關技術的研究都具有一定的指導意義。

內(nèi)容概要

　　《用于深空的自主軟件無線電接收機》是由美國Jon Hamkins和Marvin K．Simorl在近幾年自主軟件無線電接收機研究成果的基礎上編寫而成的。全書共分11章。第1章介紹了自主軟件無線電接收機的特點、信號模型、與常規(guī)軟件無線電接收機的區(qū)別；第2章簡要介紹了一種常規(guī)軟件無線電接收機—— Electra無線電接收機；第3～10章分別介紹了自主軟件無線電接收機各個參數(shù)的估計或分類方法，這些參數(shù)包括調(diào)制指數(shù)、頻率、數(shù)據(jù)格式和脈沖波形、信噪比、數(shù)據(jù)速率、載波同步、調(diào)制類型、符號同步；第11章介紹了怎樣將各個功能模塊的算法組合成一個實用的、能夠?qū)嶋H運行的自主軟件無線電接收機?！队糜谏羁盏淖灾鬈浖o線電接收機》可供從事軟件無線電接收機研究和設汁的工程技術人員參考，也可作為其他從事電子系統(tǒng)工作的工程技術人員的參考書。

作者簡介

譯者：北京跟蹤與通信技術研究所 閆春生 解說詞：李平 編者：(美國)哈姆肯斯 (Hamkins.J.) (美國)西蒙  (Simon.M.K.)

書籍目錄

第1章 概述1.1 緒論1.1.1 信號模型1.1.2 接收信號的分析1.2 無線電接收機結構1.2.1 常規(guī)無線電接收機1.2.2 Electra1.2.3 自主無線電接收機1.3 自主無線電接收機的估計器和分類器1.3.1 載波相位跟蹤1.3.2 調(diào)制分類1.3.3 信噪比估計1.3.4 頻率跟蹤1.4 一種迭代的信息傳遞結構1.4.1 來自符號時鐘估計器的信息1.4.2 來自相位跟蹤器的信息1.4.3 來自調(diào)制分類器的信息1.4.4 來自解碼器的信息1.5 一個演示驗證實驗參考文獻第2章 Electra無線電接收機2.1 Electra接收機的前端處理2.1.1 AGC2.1.2 ADC2.1.3 數(shù)字下變頻和抽取2.2 E1ectra解調(diào)2.2.1 頻率捕獲和載波跟蹤環(huán)2.2.2 導航：多普勒相位測量2.2.3 符號時鐘恢復2.2.4 維特比節(jié)點同步和符號SNR估計2.3 Electra數(shù)字調(diào)制器參考文獻第3章 調(diào)制指數(shù)估計3.1 相干估計3.1.1 BPSK3.1.2 M—PSK3.2 非相干估計3.3 在調(diào)制、數(shù)據(jù)速率、符號時鐘和SNR未知情況下的估計3.4 載波頻率未知情況下的非相干估計第4章 頻率校正4.1 殘留載波的頻率校正4.1.1 信道模型4.1.2 在AWGN信道上的最優(yōu)頻率估計4.1.3 瑞利衰落信道的最優(yōu)頻率估計4.1.4 開環(huán)頻率估計4.1.5 閉環(huán)頻率估計4.2 已知數(shù)據(jù)調(diào)制信號的頻率校正4.2.1 信道模型4.2.2 開環(huán)頻率估計4.2.3 閉環(huán)頻率估計4.3 未知數(shù)據(jù)調(diào)制信號情況下的頻率校正4.3.1 開環(huán)頻率估計4.3.2 閉環(huán)頻率估計參考文獻第5章 數(shù)據(jù)格式和脈沖波形分類5.1 BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式相干分類器5.1.1 BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式的最大似然相干分類器5.1.2 簡化的BPSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式分類器5.1.3 相干BPSK調(diào)制的誤分類概率5.2 QlPSK調(diào)制數(shù)據(jù)格式相干分類器5.2.1 QPSI

章節(jié)摘錄

插圖：除了能減輕任務調(diào)度和配置負擔外，自主無線電接收機還能夠從容地處理一些不可預知的或異常的事件。例如，在進入、降落和著陸（EDL）過程中，由于火箭點火、降落傘打開、防護罩拋出和觸地時的跳躍，航天器將產(chǎn)生非常劇烈的多普勒變化。即使所有計劃的事件都成功完成，由于大氣不可預計的特性也可能產(chǎn)生多普勒不確定性。理想情況下，無論每個EDL事件是否成功，通信鏈路都應該能夠工作。但是，這些不確定性通常要求有較大的鏈路余量，例如，“火星探索漫游器”的鏈路余量有時超過10dB。實際上，自主無線電接收機能夠降低對鏈路余量的要求，因為它能夠以近乎最佳的方法處理劇烈的多普勒變化。然而，目前NASA飛行中的航天器還不具備這一靈活的技術。其中最典型的例子是，NASA的工程師們在2000年發(fā)現(xiàn)，于1997年發(fā)射的“卡西尼”號探測器上的接收機將在“惠更斯”探測器降落到“土衛(wèi)六”上時失去作用，因為該接收機不能恰當?shù)卮_定惠更斯探測器多普勒的大小。增加同步環(huán)的環(huán)路帶寬能夠很容易地解決這個問題，但是，遺憾的是“卡西尼”探測器上的環(huán)路帶寬是硬件固定的。耗費了大量時間，做了大量工作，NASA和歐空局通過略微改變原定軌道解決了這一問題。但是，這種解決方式需要成立一支龐大的、費用昂貴的國際恢復小組，就怎樣克服無線電接收機的嚴重缺陷提出恰當?shù)慕ㄗh。

編輯推薦

《用于深空的自主軟件無線電接收機》由清華大學出版社出版。

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