了得網工業技術_衛星通信繫統工程設計與應用

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本書繫統地介紹了衛星通信繫統的基礎理論、設備組成、工程設計、現有的和研發中的各種業務的應用繫統。全書分基礎、工程設計和應用三個篇章。**部分包含基礎理論和組成實體兩部分。第二部分包含繫統工程概論，衛星通信繫統總體設計，通信衛星發射、測控、定點和驗收，衛星通信繫統運營與管理。第三部分包含現有固定通信、移動通信、移動廣播電視等各種繫統功能和應用案例；還包含發展中的全球個人通信繫統、美國轉型衛星通信繫統、歐洲全球天基綜合通信網；*後探討了中國天基綜合信息網的發展思路。

內容簡介

本書繫統地介紹了衛星通信繫統的基礎理論、設備組成、工程設計、現有的和研發中的各種業務的應用繫統。全書分基礎、工程設計和應用三個篇章。部分包含基礎理論和組成實體兩部分。第二部分包含繫統工程概論，衛星通信繫統總體設計，通信衛星發射、測控、定點和驗收，衛星通信繫統運營與管理。第三部分包含現有固定通信、移動通信、移動廣播電視等各種繫統功能和應用案例；還包含發展中的全球個人通信繫統、美國轉型衛星通信繫統、歐洲全球天基綜合通信網；後探討了中國天基綜合信息網的發展思路。

作者簡介

多年從事衛星通信廣播繫統的建設和運營工作,參加過《當代中國的航天事業》、《中國大百科全書-航空航天卷》和《中國郵電百科全書》有關通信衛星內容的編寫等工作。

1 衛星通信概述
1.1 衛星通信基本概念
1.1.1 衛星通信定義
1.1.2 衛星通信組成
1.1.3 衛星通信特點
1.1.4 衛星通信分類
1.2 衛星通信發展歷史
1.2.1 衛星通信試驗階段
1.2.2 衛星通信實用階段
1.3 衛星通信發展現狀
1.3.1 衛星固定業務
1.3.2 衛星移動業務
1.3.3 衛星廣播業務
1.3.4 衛星移動廣播業務1 衛星通信概述

1.1 衛星通信基本概念

1.1.1 衛星通信定義

1.1.2 衛星通信組成

1.1.3 衛星通信特點

1.1.4 衛星通信分類

1.2 衛星通信發展歷史

1.2.1 衛星通信試驗階段

1.2.2 衛星通信實用階段

1.3 衛星通信發展現狀

1.3.1 衛星固定業務

1.3.2 衛星移動業務

1.3.3 衛星廣播業務

1.3.4 衛星移動廣播業務

1.3.5 衛星跟蹤與數據中繼業務

1.4 衛星通信發展趨勢

1.4.1 各種業務發展趨勢

1.4.2 衛星通信發展總趨勢

參考文獻

2 衛星軌道與星座

2.1 衛星軌道

2.1.1 人造衛星軌道運動方程

2.1.2 軌道根數與各種參數關繫求算

2.1.3 人造衛星軌道攝動

2.1.4 典型衛星軌道

2.2 衛星星座

2.2.1 衛星星座的基本概念和參數

2.2.2 圓極/圓近極軌道星座

2.2.3 圓赤道軌道星座和地球靜止軌道星座

2.2.4 正交圓軌道星座

2.2.5 傾斜圓軌道星座

2.2.6 橢圓軌道星座

2.3 衛星星座組網

2.3.1 單層衛星星座組網

2.3.2 多層衛星星座組網

參考文獻

3 衛星通信線路頻率

3.1 衛星通信頻率劃分

3.1.1 無線電頻段劃分

3.1.2 通信業務無線電頻率分配

3.2 衛星通信頻率選擇

3.2.1 應用條件

3.2.2 電波傳播和噪聲

3.2.3 星體及星內設備

3.2.4 地面接收設備

3.2.5 繫統費用

3.2.6 衛星廣播三種頻段優劣性比較

參考文獻

4 衛星通信體制和網絡

4.1 衛星通信體制

4.1.1 衛星通信體制概述

4.1.2 信道編碼

4.1.3 載波調制

4.1.4 信道編碼與調制方式典型性能

4.1.5 多址技術

4.1.6 信道分配

4.1.7 寬帶通信體制

4.2 衛星通信網絡

4.2.1 衛星通信網絡概述

4.2.2 接入網組網方式

4.2.3 單星組網方式

4.2.4 星座組網方式

參考文獻

5 衛星通信安全性與可靠性

5.1 衛星通信保密技術

5.1.1 信息與信道保密技術

5.1.2 密碼保密技術

5.1.3 數據加密模型

5.1.4 序列密碼和分組密碼

5.1.5 雙密鑰密碼

5.1.6 數字簽名

5.1.7 保密繫統評價準則

5.1.8 鏈路加密和端到端加密

5.1.9 衛星通信加密方案示例

5.1.10 計算機網絡的安全體繫結構

5.2 衛星通信抗干擾技術

5.2.1 衛星通信干擾源

5.2.2 上行鏈路對衛星轉發器干擾

5.2.3 下行鏈路對地球站接收干擾

5.2.4 干擾方式和干擾信號樣式

5.2.5 星上透明轉發器抗干擾技術

5.2.6 星上處理轉發器抗干擾技術

5.2.7 衛星廣播電視繫統抗干擾技術

5.2.8 衛星廣播電視繫統上行站抗干擾技術

5.3 衛星通信可靠性

5.3.1 可靠性基本知識

5.3.2 組合繫統可靠性

5.3.3 線路可用度

參考文獻

6 通信衛星

6.1 通信衛星概述

6.1.1 定義和分類

6.1.2 組成和功能

6.1.3 通信衛星技術性能

6.2 通信轉發器繫統

6.2.1 轉發器分類

6.2.2 透明轉發器

6.2.3 處理轉發器

6.2.4 轉發器技術參數

6.3 通信天線繫統

6.3.1 天線分類

6.3.2 單波束天線

6.3.3 賦形波束天線

6.3.4 多波束天線

6.3.5 自適應調零天線

6.3.6 天線技術參數

6.4 有效載荷和衛星軌道位置技術參數

6.5 星載無線電測控繫統

6.5.1 星載無線電測控繫統簡介

6.5.2 星載無線電測控繫統技術參數

6.6 通信衛星平臺

6.6.1 靜止軌道衛星平臺簡介

6.6.2 東方紅衛星繫列平臺

參考文獻

7 地球站

7.1 任務與分類

7.2 衛星通信業務地球站

7.2.1 固定業務地球站

7.2.2 固定業務VSAT站

7.2.3 移動業務關口站

7.2.4 移動業務用戶站

7.2.5 廣播業務上行站

7.2.6 廣播業務接收站

7.2.7 軍事通信地球站

7.3 衛星測控管理地球站

7.3.1 航天器測控站

7.3.2 商用通信衛星測控管理站

7.3.3 軍用通信衛星業務測控站

7.4 地球站設備技術性能

7.4.1 地球站設備組成

7.4.2 天饋及伺服分繫統

7.4.3 射頻設備分繫統

7.4.4 中頻基帶分繫統

7.4.5 網絡監控管理分繫統

7.4.6 用戶接口

參考文獻

8 衛星通信與測控鏈路計算

8.1 設備和信道參數

8.1.1 天線增益

8.1.2 接收繫統熱噪聲

8.1.3 接收繫統優值

8.1.4 等效全向輻射功率

8.1.5 輸出和輸入回退

8.1.6 天線指向誤差損耗

8.1.7 載波帶寬

8.2 地球站與衛星幾何參數

8.2.1 非靜止衛星相對地球站的仰角方位角和距離

8.2.2 靜止衛星相對地球站的仰角方位角和距離

8.2.3 雙靜止衛星與地球站間夾角

8.3 空間傳輸損耗參數

8.3.1 自由空間傳輸損耗

8.3.2 降雨損耗

8.3.3 極化失配損耗

8.4 衛星通信鏈路方程

8.4.1 無線電通信鏈路方程

8.4.2 衛星通信上下行鏈路方程

8.4.3 衛星通信全鏈路方程

8.4.4 門限值和備餘量

8.4.5 再生式轉發器鏈路方程

8.5 衛星通信鏈路算例

8.5.1 衛星廣播地球站節目傳輸繫統鏈路計算

8.5.2 DIRECTV-12衛星Ka頻段廣播鏈路計算

8.6 衛星測控鏈路方程

8.6.1 衛星測控繫統體制

8.6.2 衛星測控上下鏈路方程

8.6.3 上/下行信道門限電平

8.6.4 上/下行信道功率分配

8.7 衛星測控鏈路算例

8.7.1 衛星發射軌道測量船測控鏈路計算

8.7.2 DIRECTV-14衛星測控鏈路計算

參考文獻

9 衛星通信繫統工程

9.1 工程繫統與繫統工程

9.1.1 工程繫統與繫統工程

9.1.2 工程繫統的基本特性

9.1.3 繫統工程的基本特點

9.1.4 繫統工程的管理項目

9.2 通信衛星經濟效能因子

9.2.1 通信衛星經濟效能因子基本概念

9.2.2 經濟效能因子與分繫統關繫

9.2.3 經濟效能因子與衛星通信工程關繫

9.2.4 經濟效能因子與通信衛星發展趨向關繫

9.3 通信衛星綜合性能評比法

9.3.1 目標函數

9.3.2 約束條件

9.3.3 方案特征

9.3.4 原始數據

9.3.5 數學模型

9.3.6 計算結果

9.3.7 方案決策

9.3.8 數據來源說明

9.4 通信衛星設計

9.4.1 設計準則

9.4.2 設計用參數說明

9.4.3 設計示例

參考文獻

10 衛星通信繫統工程設計

10.1 衛星通信工程建設組織模式

10.1.1 衛星通信工程建設組織模式分類

10.1.2 商用衛星通信工程建設組織模式

10.1.3 專用衛星通信工程建設組織模式

10.1.4 試驗衛星通信工程建設組織模式

10.2 衛星通信工程總體設計程序

10.2.1 衛星通信工程總體設計分類

10.2.2 衛星通信工程全繫統總體設計程序

10.2.3 衛星通信工程空間段總體設計程序

10.2.4 衛星通信工程VSAT繫統總體設計程序

10.3 衛星通信工程總體方案設計

10.3.1 衛星通信工程全繫統總體方案設計

10.3.2 衛星通信工程空間段總體方案設計

10.3.3 衛星通信工程VSAT繫統總體方案設計

10.4 衛星通信工程產品研制程序

10.4.1 通信衛星研制程序

附錄A英文縮略語

前言

前言
本書繫統地介紹了衛星通信繫統的發展概況、基礎理論、繫統技術、工程設計、衛星發射和運營管理以及現有的和研發中的各種業務的有代表性衛星通信繫統。全書共19章，除第1章為衛星通信概述外，其餘18章共分如下三部分：
部分為衛星通信繫統基礎理論和技術篇。它從第2章到第7章，包含衛星軌道與星座；衛星通信線路頻率；衛星通信體制和網絡；衛星通信安全性（保密、抗干擾）與可靠性（含可用度）；通信衛星；地球站。此部分是衛星通信工程設計的理論和技術基礎。
第二部分為衛星通信繫統工程設計程序和方法篇。它從第8章到第11章，包含衛星通信和測控鏈路計算；衛星通信繫統工程；衛星通信繫統工程設計；通信衛星發射和管理。
其中衛星通信和測控鏈路計算是分析和確定衛星通信繫統工程設計中總體參數和星地接口參數的主要手段，其計算又與部分各章有關軌道和星座選擇、通信線路頻率選擇、通信體制與網絡選擇、安全性與可靠性要求、通信衛星和地球站性能參數要求等密切相關。前言

本書繫統地介紹了衛星通信繫統的發展概況、基礎理論、繫統技術、工程設計、衛星發射和運營管理以及現有的和研發中的各種業務的有代表性衛星通信繫統。全書共19章，除第1章為衛星通信概述外，其餘18章共分如下三部分：

部分為衛星通信繫統基礎理論和技術篇。它從第2章到第7章，包含衛星軌道與星座；衛星通信線路頻率；衛星通信體制和網絡；衛星通信安全性（保密、抗干擾）與可靠性（含可用度）；通信衛星；地球站。此部分是衛星通信工程設計的理論和技術基礎。

第二部分為衛星通信繫統工程設計程序和方法篇。它從第8章到第11章，包含衛星通信和測控鏈路計算；衛星通信繫統工程；衛星通信繫統工程設計；通信衛星發射和管理。

其中衛星通信和測控鏈路計算是分析和確定衛星通信繫統工程設計中總體參數和星地接口參數的主要手段，其計算又與部分各章有關軌道和星座選擇、通信線路頻率選擇、通信體制與網絡選擇、安全性與可靠性要求、通信衛星和地球站性能參數要求等密切相關。

其中衛星通信繫統工程闡述了繫統工程的定義、特點和在工程管理中的作用，並利用繫統工程的思想和方法，對通信衛星提出了評價準則——經濟效能因子概念，對自旋穩定衛星和三軸穩定衛星提出了采用多目標函數綜合性能評比法對其評價，還提出了通信衛星設計準則和設計方法。

其中衛星通信繫統工程設計中包含衛星通信工程建設組織模式（包括商用衛星通信工程、專用衛星通信工程、試驗衛星通信工程三種組織模式）；總體設計程序（包括衛星通信工程全繫統、衛星通信工程空間段、衛星通信工程VSAT繫統三種總體設計程序）；總體方案設計（包括衛星通信工程全繫統、衛星通信工程空間段、衛星通信工程VSAT繫統三種總體方案設計）；衛星通信工程產品研制程序（包括通信衛星、運載火箭、測控地球站、通信地球站諸產品研制程序）等。後較詳細地介紹了我國自行研制、發射、測試、驗收和管理的某通信衛星繫統工程建設概況。

其中通信衛星發射和管理介紹了運載火箭、發射場和測控網等通信衛星發射設施，介紹了通信衛星發射軌道、發射程序、發射測控和在軌測試，後介紹了衛星發射和運行過程中故障對策。

第三部分為衛星通信業務應用篇。它從第12章到第19章，包含現有固定通信業務、移動通信業務、廣播電視業務、移動廣播電視業務、跟蹤與數據中繼通信業務和軍用衛星通信業務應用中有代表性的各種商用和軍用衛星通信繫統；還包含研究開發中的全球個人通信繫統和天基綜合信息網。

其中用於衛星固定通信業務的包含Intelsat衛星通信繫統及各有特色的IPSTAR、AmerHis、WINDS和Spaceway-3等寬帶多媒體衛星通信繫統；用於衛星移動通信業務的包含靜止軌道的Inmarsat、ACeS、Thuraya、ICO-G1、TerreStar和SkyTerra-1衛星通信繫統，低軌道的Iridium、Globalstar、ORBCOMM和Gonets衛星通信繫統；用於衛星廣播電視業務的包含美國、加拿大、歐洲地區和日本的衛星廣播電視繫統；用於衛星移動廣播電視業務的包含世廣衛星音頻廣播繫統、美國天狼星和XM衛星音頻廣播繫統、日本和韓國的MBSAT衛星音視頻廣播繫統；用於跟蹤與數據中繼衛星業務的包含美國的跟蹤與數據中繼衛星繫統（TDRSS）、歐空局的數據中繼衛星繫統（EDRSS）、日本的數據中繼與跟蹤衛星繫統（DRTSS）和俄羅斯的衛星數據中繼網（SDRN）。

其中軍事衛星通信繫統以美國軍事衛星通信體繫為代表，它包含窄帶衛星（UFO、MUOS）通信繫列、寬帶衛星（DSCS-3、GBS、WGS）通信繫列、防護衛星（Milstar、AEHF）通信繫列和新型的以激光互聯星座的轉型通信衛星（TSAT）繫統。

其中全球個人通信繫統是人類通信的目標，它用各種可能的網絡技術，實現任何人在任何時間、任何地點與任何人進行任何種類的信息交換。

其中天基綜合信息網是通過星間鏈路、星地鏈路、地面線路連接在一起的不同軌道、種類、性能的航天器（通信衛星、導航衛星、遙感衛星、載人飛船等）和臨近空間飛行器（飛艇、無人機、高超音速飛行器等）及相應地面設施和應用繫統按照空間信息資源的有效利用原則所組成的空間信息網。它是空間信息繫統的發展方向。文中闡述了該網絡的特點、體繫架構、網絡協議、關鍵技術等相關內容。文中介紹了歐洲正在規劃建立的面向全球通信的綜合空間基礎設施（Integrated Space Infrastructure for Global Communications），它是一個空間綜合信息網絡。它不僅要與未來的全球通信網絡完全融合，而且還要通過對全球環境與安全監測繫統（GMES）和伽利略（Galileo）導航繫統形成補充來提供增值服務。後提出了我國天基綜合信息網的構想。

本書在編寫過程中，作者參考了大量國內外著作和文獻，在此對這些參考文獻的作者表示感謝！

本書在編寫過程中，得到了編輯曲昕老師的精心校閱與幫助，在此深表謝意！

由於書中內容涉及的知識新而廣，作者水平有限，書中難免存在疏漏和錯誤，懇請廣大讀者和專家批評指正。

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