第1章概論

1.1衛星數據中繼繫統基本概念

1.1.1衛星數據中繼與衛星通信的區別

1.1.2鏈路和多址的概念

1.1.3基本組成和工作過程

1.1.4衛星數據中繼繫統的主要特點

1.2繫統工作使用的頻率

1.2.1無線電頻譜劃分

1.2.2頻段選擇應考慮的因素

1.2.3我國衛星數據中繼繫統的工作頻段

1.3衛星數據中繼繫統業務和應用

1.3.1繫統提供的業務服務

1.3.2衛星數據中繼繫統的應用

1.4衛星數據中繼繫統發展現狀

1.4.1國外發展現狀

1.4.2國內發展現狀

參考文獻

第2章數據傳輸體制

2.1多址方式

2.1.1概述

2.1.2頻分多址方式

2.1.3時分多址方式

2.1.4碼分多址方式

2.1.5空分多址方式

2.2信道分配方式

2.2.1預分配方式

2.2.2按需分配方式

2.3信道糾錯編碼方式

2.3.1差錯控制編碼的基本概念

2.3.2BCH碼

2.3.3RS碼

2.3.4CRC碼

2.3.5卷積碼

2.3.6卷積 RS級聯碼

2.3.7Turbo碼

2.3.8低密度奇偶校驗碼

2.3.9數據序列加擾

2.4數字信號調制方式

2.4.1基本概念

2.4.2二相相移鍵控調制方式

2.4.3四相相移鍵控調制方式

2.4.4八進制相移鍵控調制方式

2.4.5正交幅度調制方式

2.5自適應編碼調制

2.5.1概述

2.5.2自適應編碼調制的一般原理

2.5.3ETSI衛星數字視頻廣播標準

2.5.4衛星數據中繼繫統ACM技術的應用

2.6直接序列擴頻調制

2.6.1擴展頻譜的基本概念

2.6.2直接序列擴頻通信繫統原理

2.6.3直接序列擴頻繫統的性能

2.6.4偽隨機噪聲序列

2.6.5直接序列擴頻在衛星數據中繼繫統中的應用

參考文獻

第3章空間數據繫統的通信協議

3.1概述

3.1.1空間數據繫統的構成

3.1.2空間數據繫統咨詢委員會

3.1.3CCSDS建議書

3.1.4多路復用和虛信道的基本概念

3.2常規在軌數據繫統

3.2.1分包遙測

3.2.2分包遙控

3.3高級在軌數據繫統

3.3.1概述

3.3.2CPN端到端業務

3.3.3空間鏈路子網業務

3.4空間數據的安全防護

3.4.1數據安全性要求

3.4.2數據安全機制

3.4.3數據安全機制的實現方式

3.5空間鏈路協議在衛星數據中繼繫統的應用

3.5.1概述

3.5.2基於分包遙控的CADU數據結構

3.5.3基於AOS的CADU數據結構

3.5.4自定義的CADU結構

參考文獻

第4章空間鏈路預算

4.1概述

4.1.1空間鏈路組成

4.1.2鏈路預算的目的

4.1.3鏈路預算考慮的因素

4.2鏈路預算中的基本概念

4.2.1速率與帶寬

4.2.2噪聲與干擾

4.2.3載波與噪聲比

4.2.4時間百分比性能指標

4.3空間電波傳播特性

4.3.1自由空間傳播損耗

4.3.2大氣傳播損耗

4.3.3減輕大氣影響的措施

4.4鏈路性能參數

4.4.1地面站主要性能參數

4.4.2用戶終端主要性能參數

4.4.3中繼衛星有效載荷主要性能參數

4.5基本鏈路方程

4.5.1衛星鏈路

4.5.2透明轉發衛星鏈路

4.5.3再生處理轉發衛星鏈路

4.5.4干擾計算

4.5.5鏈路輻射限制

4.6鏈路預算和設計考慮

4.6.1一般任務和步驟

4.6.2鏈路預算示例

參考文獻

第5章信道特性對信號傳輸的影響

5.1概述

5.1.1信道的概念

5.1.2信道模型分類

5.1.3信號失真分類

5.2線性失真的影響

5.2.1群時延頻率特性

5.2.2幅度頻率特性

5.3非線性失真的影響

5.3.1非線性失真的概念

5.3.2非線性信道特性

5.3.3非線性信道的影響

5.4其他失真的影響

5.4.1相位噪聲

5.4.2同相/正交信道不平衡

5.4.3多種失真同時存在的影響

參考文獻

第6章中繼衛星

6.1衛星軌道

6.1.1黃道與春分點

6.1.2地心赤道坐標繫

6.1.3軌道根數

6.1.4衛星運動的基本規律

6.1.5衛星軌道攝動

6.1.6日凌和星蝕

6.2中繼衛星軌道設計

6.2.1軌道選擇

6.2.2變軌設計

6.2.3發射窗口

6.2.4靜止軌道位置保持

6.3中繼衛星總體設計

6.3.1總體設計的一般要求

6.3.2中繼衛星任務分析

6.3.3有效載荷總體設計

6.3.4衛星平臺總體設計

6.4中繼衛星各分繫統設計

6.4.1測控分繫統

6.4.2電源分繫統

6.4.3姿態與軌道控制分繫統

6.4.4推進分繫統

6.4.5熱控分繫統

6.4.6結構分繫統

6.4.7天線分繫統

6.4.8轉發器分繫統

6.4.9捕獲跟蹤分繫統

6.5中繼衛星星間天線在軌標校

6.5.1單通道調制器相位誤差標校

6.5.2星間天線框架角誤差標校

參考文獻

第7章地面運行控制繫統

7.1功能和組成

7.1.1主要功能

7.1.2繫統組成

7.2地面終端站

7.2.1概述

7.2.2天線與跟蹤指向分繫統

7.2.3KSA/SSA數據傳輸分繫統

7.2.4SMA數據傳輸分繫統

7.2.5TT&C分繫統

7.2.6多站測距分繫統

7.2.7時頻分繫統

7.2.8測試標校分繫統

7.2.9監視與控制分繫統

7.3多站測距繫統

7.3.1概述

7.3.2測距轉發站

7.3.3距離測量誤差和精度估計

7.4中繼衛星在軌測試繫統和標校繫統

7.4.1概述

7.4.2模擬測試站

7.4.3在軌測試繫統

7.4.4星間天線在軌標校繫統

7.5運行控制中心

7.5.1概述

7.5.2計劃管理和數據分發

7.5.3衛星和地面站操作控制

7.5.4運行模式和運行流程

參考文獻

第8章用戶終端

8.1概述

8.1.1用戶終端的功能和分類

8.1.2用戶終端的一般組成

8.1.3用戶終端的一般要求

8.2天線模塊

8.2.1反射面天線

8.2.2寬波束天線

8.2.3相控陣天線

8.3收發射頻模塊

8.3.1功能與組成

8.3.2S頻段

8.3.3Ka頻段

8.3.4低噪聲放大器

8.3.5高功率放大器

8.4基帶處理模塊

8.4.1功能與組成

8.4.2前向基帶

8.4.3返向基帶

8.5綜合接口模塊

8.5.1功能與組成

8.5.2信源信宿接口

8.5.3遙測遙控接口

8.5.4監控接口

8.5.5指向角計算模塊

參考文獻

第9章星間鏈路捕獲和建立

9.1星間鏈路目標捕獲與跟蹤

9.1.1概述

9.1.2中繼衛星捕獲跟蹤用戶目標

9.1.3用戶目標捕獲跟蹤中繼衛星

9.2星間鏈路信號捕獲與跟蹤

9.2.1概述

9.2.2偽碼捕獲

9.2.3偽碼跟蹤

9.2.4載波捕獲與跟蹤

9.2.5中繼衛星星間鏈路偽碼捕獲與跟蹤

9.3全程鏈路建立

9.3.1鏈路建立準備

9.3.2鏈路建立與釋放

9.3.3信令信號

9.3.4信令傳遞流程

參考文獻

第10章數據鏈路性能測試

10.1地面站性能測試

10.1.1天線輻射特性測試

10.1.2射頻特性測試

10.1.3信道特性測試

10.1.4載波特性測試

10.2用戶終端驗證測試和開通測試

10.2.1用戶終端驗證測試

10.2.2用戶終端開通測試

10.3中繼衛星有效載荷在軌測試

10.3.1概述

10.3.2在軌測試準備

10.3.3測試原理和方法

10.4測量儀表

10.4.1概述

10.4.2頻譜分析儀

10.4.3矢量信號分析儀

10.4.4矢量網絡分析儀

10.4.5功率計

10.4.6模擬信號發生器

10.4.7誤碼分析儀

參考文獻

第11章衛星數據中繼繫統發展趨勢

11.1激光衛星數據中繼繫統

11.1.1繫統組成

11.1.2空間環境對激光衛星中繼通信的影響

11.1.3激光衛星中繼通信的關鍵技術

11.1.4激光衛星中繼通信在軌試驗驗證

11.1.5激光衛星中繼通信發展趨勢

11.2未來發展趨勢

11.2.1衛星數據中繼繫統提供導航增強服務

11.2.2研發新一代數據中繼衛星

11.2.3未來發展的特點和趨勢

參考文獻

衛星數據中繼繫統是利用高軌道衛星對中、低軌道航天器等用戶目標進行跟蹤測軌和轉發數據的空間信息傳輸繫統。它具有軌道覆蓋率大、傳輸的數據速率高、實時性強、同時服務的目標多等特點，是重要的空間信息傳輸基礎設施。它在載人航天、衛星發射、衛星測控通信等任務中起著重要的信息橋梁作用。
全書共分11章。第1章主要介紹了衛星數據中繼繫統的基本概念、主要特點、工作頻段以及所提供的業務服務。第2章主要介紹了衛星數據中繼繫統中的傳輸體制，包括多址方式、分配方式、編碼方式、調制方式和擴頻方式。第3章主要介紹了空間段數據傳輸涉及的通信協議，給出了常規在軌數據繫統和高級在軌數據繫統的數據結構以及空間數據安全的機制和實現方式。第4章在分析空間電波傳播特性的基礎上，論述了空間鏈路的性能參數、預算方程和設計的一般步驟，並給出了鏈路預算實例。第5章分析了中繼衛星信道特性的不理想對數據傳輸的影響，給出了一些仿真結果。第6章在簡要介紹衛星運行規律的基礎上，重點討論了中繼衛星總體設計所要考慮的因素以及衛星平臺、有效載荷和捕獲跟蹤繫統的主要功能、基本組成及其工作原理，後介紹中繼衛星有效載荷的標校方法。第7章重點介紹了地面終端站、多站測距繫統、在軌測試繫統、中繼衛星天線標校繫統和運行控制中心的主要功能、基本組成及其工作原理。第8章重點描述了用戶終端的天線、射頻、基帶、接口等模塊的功能、組成和工作原理。第9章分為星間鏈路捕獲跟蹤和全程鏈路建立兩個部分。部分重點介紹了星間鏈路捕獲跟蹤的基本概念和策略，給出了一些仿真結果。第二部分重點介紹了全程鏈路建立的基本概念和一般過程，給出了全程鏈路信令傳遞的一般流程。第10章描述了地面站和用戶終端的天線輻射特性、射頻特性、信道特性、載波特性和數據鏈路性能的測試原理和方法以及中繼衛星有效載荷在軌測試的原理和方法，並簡要介紹測試過程中所使用的主要儀器儀表的基本工作原理。第11章介紹了激光衛星數據中繼繫統和傳統的微波衛星數據中繼繫統的發展趨勢和特點。
由於作者水平有限，書中難免存在疏漏和錯誤，敬請讀者批評指正。

作者

2020年10月