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第1章 概论1

1.1 深空通信的基础知识1

1.1.1 深空通信的相关概念1

1.1.2 深空通信的主要术语和技术指标3

1.1.3 宇宙空间环境7

1.2 深空通信的发展概况14

1.2.1 起源阶段14

1.2.2 “水手”号阶段21

1.2.3 “海盗”号阶段22

1.2.4 “旅行者”号阶段23

1.2.5 “伽利略”号阶段24

1.2.6 “卡西尼”号阶段27

1.2.7 深空通信发展趋势29

1.3 深空通信的主要特点29

1.4 深空通信系统的组成30

1.4.1 无线电跟踪系统31

1.4.2 遥测系统33

1.4.3 指令系统34

1.4.4 航天器无线电频率子系统36

1.5 深空通信的基本技术39

1.5.1 天线技术39

1.5.2 Ka频段通信技术43

1.5.3 数字化接收机技术45

1.5.4 HEMT放大器技术45

1.5.5 数据压缩技术46

1.5.6 调制技术46

1.5.7 信道编码技术48

1.5.8 深空光通信技术50

1.5.9 深空网络技术54

小结59

参考文献60

第2章 深空通信链路62

2.1 深空通信链路的重要性62

2.2 深空通信的链路结构及优化62

2.2.1 链路结构及优化简介62

2.2.2 优化方法分析63

2.2.3 分析结论及讨论65

2.2.4 优化理论应用71

2.3 用于深空网络的深空通信链路分析工具75

2.3.1 天文动力学轨道建模75

2.3.2 通信建模76

2.3.3 自动分析77

2.3.4 结果小结78

2.4 通过Ka频段对于空间传输速率的优化79

2.4.1 简介79

2.4.2 大气噪声温度估算80

2.4.3 吞吐率与服务有效性比较83

小结85

参考文献85

第3章 深空通信天线86

3.1 概述86

3.2 系统要求和制约因素87

3.3 系统结构88

3.4 系统设计的关键技术91

3.4.1 天线指向和表面粗糙度91

3.4.2 微波系统的设计96

3.4.3 频率范围和转换系统101

3.4.4 天线中的TT&C处理器系统102

3.5 天线系统改善方案104

3.5.1 DSA2中的波束校正方法104

3.5.2 采用26GHz的新频段104

3.5.3 新的参考频率105

3.5.4 新一代的TT&C处理器106

3.6 微卫星技术中的天线组阵106

小结107

参考文献107

第4章 深空通信调制109

4.1 一种应用于ESA深空任务的GMSK解调器109

4.1.1 技术背景109

4.1.2 IFMS中的ESA深空天线接收机110

4.1.3 在IFMS中实现相干解调器的理想方案和实用方案111

4.1.4 解调器结构112

4.1.5 调制器115

4.1.6 仿真与测试结果117

4.1.7 结论与总结118

4.2 应用于通信和导航的混合GMSK调制和PN测距119

4.2.1 技术背景119

4.2.2 SFCG带宽标准120

4.2.3 高数据率与测距相结合122

4.2.4 波形122

4.2.5 信号处理123

4.2.6 信号频谱结构127

4.2.7 信号参数选择129

4.2.8 波形选择133

4.2.9 结论135

小结135

参考文献136

第5章 深空通信的差错控制编码137

5.1 信道编码简介137

5.2 差错控制编码的定义和基本符号139

5.2.1 卷积码简介139

5.2.2 RS码简介142

5.3 未来空间任务对信道编码的要求143

5.3.1 信道编码的应用场合143

5.3.2 新信道编码的局限性144

5.3.3 信道编码支持的调制方式144

5.3.4 编码效率145

5.3.5 信道编码的帧和码字长度146

5.3.6 信道编码的性能146

5.3.7 信道编码的复杂度147

5.3.8 如何选择编码族149

5.3.9 专用传输码150

5.3.10 信道编码的技术解决150

5.4 长纠删码LEC150

5.4.1 空间通信的包定向编码151

5.4.2 传统的包纠删码152

5.4.3 包纠删码的新契机152

5.4.4 LEC编码的一般要求155

5.4.5 LEC编码的适用场合157

小结158

参考文献158

第6章 深空通信的高效信道编码162

6.1 纠错码在深空通信中的发展简介162

6.2 Turbo码164

6.2.1 Turbo码的设计与组成165

6.2.2 Turbo码的实现166

6.2.3 应用情况169

6.3 低密度奇偶校验码170

6.3.1 LDPC码的设计和构造170

6.3.2 LDPC码的实现172

6.3.3 应用情况177

6.4 性能分析178

6.4.1 所有类型码的泛界178

6.4.2 Turbo码的一致界179

6.4.3 Turbo码与LDPC码的迭代译码阈值179

6.4.4 实用码的性能180

6.5 深空通信纠错码的标准化180

6.5.1 Turbo码的标准化180

6.5.2 LDPC码的标准化182

6.6 未来的发展和面临的问题183

小结184

参考文献184

第7章 深空光通信188

7.1 概述188

7.1.1 激光通信的优势189

7.1.2 深空光通信的国内外发展动态189

7.2 深空光通信系统组成192

7.3 激光源194

7.3.1 星间通信对激光源的要求194

7.3.2 激光源技术的发展194

7.4 探测器195

7.4.1 星间激光通信对探测器的要求195

7.4.2 光探测器的发展195

7.5 光学系统196

7.5.1 光学天线197

7.5.2 中继光学系统198

7.6 ATP系统199

7.6.1 粗跟踪系统200

7.6.2 精跟踪系统200

7.6.3 超前瞄模块200

7.6.4 ATP控制器201

7.7 调制编码技术201

7.7.1 深空激光链路的特点202

7.7.2 不同星间激光链路对应的调制方式202

7.7.3 IM/DD系统及调制方式203

7.7.4 相干光通信系统207

7.7.5 深空光通信调制编码结合应用208

7.7.6 MLCD系统209

小结213

参考文献213

第8章 深空网络217

8.1 概述217

8.2 深空网络的部署和运作218

8.2.1 深空网络的部署218

8.2.2 深空网络的运作220

8.3 深空网络的构建221

8.3.1 行星际因特网的体系结构221

8.3.2 深空网络的演变222

8.4 深空网络的路由223

8.4.1 命名与寻址规则223

8.4.2 骨干网络224

8.4.3 行星网络224

8.5 DS-TP：深空传输协议224

8.5.1 协议的选择224

8.5.2 相关的方案225

8.5.3 DS-TP的具体内容227

8.5.4 对DS-TP的理论评价230

8.5.5 DS-TP和FR-TP的比较236

8.5.6 结论240

小结240

参考文献240

第9章 深空通信前景与展望242

9.1 概述242

9.2 深空通信关键技术的发展趋势244

9.2.1 工作频段提高到Ka频段244

9.2.2 深空通信协议技术245

9.2.3 光通信技术248

9.2.4 天线组阵技术250

9.2.5 深空探测无线电测量新技术250

9.3 深空通信的前景252

9.3.1 构建行星际互联网络253

9.3.2 利用月球及其拉格朗日点开展深空探测255

9.3.3 从地基到地空基的通信网255

小结257

参考文献257