●序
前言
第1章緒論1
1.1深空探測活動進展1
1.1.1太陽探測3
1.1.2以火星為主的行星探測3
1.1.3小天體探測4
1.2深空探測活動未來發展5
1.2.1美國5
1.2.2俄羅斯6
1.2.3歐洲空間局6
1.2.4日本6
1.3中國的深空探測活動7
1.3.1月球探測7
1.3.2火星探測8
1.4深空測控通信繫統8
1.4.1任務功能8
1.4.2深空測控通信的特點9
1.4.3深空網概述12
參考文獻17
第2章軌道動力學19
2.1太陽繫天體運動19
2.1.1太陽繫行星19
2.1.2太陽繫行星軌道參數19
2.1.3月球的運動規律20
2.1.4火星的運動規律21
2.1.5金星的運動規律23
2.2時間繫統23
2.2.1世界時24
2.2.2歷書時25
2.2.3原子時25
2.2.4力學時25
2.2.5坐標時26
2.2.6時間繫統轉換26
2.229
2.3坐標繫統29
2.3.1日心坐標繫29
2.3.2火心坐標繫31
2.3.3月心坐標繫32
2.3.4地心坐標繫36
2.3.5站心坐標繫45
2.3.6坐標繫統轉換47
2.4軌道動力學基礎48
2.4.1二體問題48
2.4.2多體問題55
2.5深空探測軌道設計62
2.5.1月球探測軌道設計62
2.5.2日地拉格朗日點探測器軌道設計66
2.5.3小天體探測軌道設計77
2.5.4火星探測軌道設計80
參考文獻86
第3章無線電測量87
3.1測距87
3.1.1基本原理87
3.1.2測距體制88
3.1.3測距模式102
3.1.4距離零值標校103
3.2測速107
3.2.1基本原理107
3.2.2測速模式108
3.2.3上行頻率補償112
3.3干涉測量114
3.3.1基本原理114
3.3.2干涉測量類型115
3.3.3測量流程119
3.3.4數據獲取123
3.3.5數據處理和校正124
3.4測量誤差分析128
3.4.1傳輸媒介對測量精度的影響128
3.4.2時標準確度造成的測量誤差134
3.4.3地面接收機引入的測量誤差135
3.4.4頻率源準確度和穩定度引入的測量誤差138
3.4.5其他測量誤差139
參考文獻139
第4章遙測、遙控與數據通信技術143
4.1信源編碼143
4.1.1無失真信源編碼143
4.1.2限失真信源編碼145
4.2信道編碼149
4.2.1基本概念與分類149
4.2.2級聯碼151
4.2.3LDPC碼153
4.2.4Turbo碼155
4.2.5信道編碼性能157
4.3數據分包與格式化160
4.3.1數據分包的特點160
4.3.2數據分包的分層結構161
4.3.3數據分包的格式化163
4.4調制與解調167
4.4.1常用信號調制體制167
4.4.2恆包絡連續相位數字調制171
4.4.3載波調制性能分析173
4.5遙測174
4.5.1深空遙測典型繫統174
4.5.2遙測繫統性能176
4.5.3極低損耗遙測解調技術182
4.6遙控187
4.6.1深空遙控典型繫統187
4.6.2低碼率指令接收技術189
4.7數據通信190
4.7.1深空數據通信典型繫統191
4.7.2微弱抑制載波信號捕獲技術192
參考文獻194
第5章深空探測器射頻繫統195
5.1繫統組成與性能195
5.1.1繫統組成195
5.1.2繫統性能197
5.2應答機199
5.2.1應答機的組成和工作原理199
5.2.2高靈敏度載波捕獲200
5.2.3低門限相干解調技術202
5.2.4轉發測距與再生測距204
5.2.5DOR音的生成與調制208
5.3功率放大器210
5.3.1固態功率放大器211
5.3.2行波管放大器214
5.3.3功率放大器的性能指標216
5.3.4兩種功率放大器的比較217
5.4探測器天線219
5.4.1探測器天線類型219
5.4.2天線設計220
5.4.3天線測量223
5.4.4天線誤差與損耗分析227
5.5探測器間通信鏈路229
5.5.1器間通信繫統設計229
5.5.2器間通信鏈路衰減計算230
5.6探測器射頻技術發展237
5.6.1軟件無線電技術237
5.6.2新型應答機技術238
5.6.3高頻段通信技術238
5.6.4新型器載天線技術239
5.6.5高穩振蕩器技術240
參考文獻241
第6章深空測控通信地面繫統243
6.1繫統概述243
6.1.1繫統組成243
6.1.2工作流程245
6.2大口徑天線252
6.2.1深空天線的構成252
6.2.2天線的標校268
6.2.3波束波導饋電繫統的跟蹤282
6.3超低噪聲溫度接收機286
6.3.1低溫射頻前端287
6.3.2超低溫制冷繫統291
6.3.3噪聲溫度測試298
6.4大功率發射機303
6.4.1大功率速調管303
6.4.2大功率高壓電源308
6.4.3大功率冷卻設備313
6.4.4大功率無源器件315
6.4.5實現更大輸出功率的途徑320
6.5高穩定度時間頻率基準321
6.5.1深空站時間頻率基準的組成321
6.5.2微波原子頻標原理322
參考文獻325
第7章射頻頻譜設計與干擾防護327
7.1深空測控通信電磁頻譜規劃327
7.1.1ITU有關頻率劃分規定327
7.1.2CCSDS航天測控通信頻段建議329
7.1.3SFCG深空測控通信頻率使用建議329
7.1.4NASA月球與深空導航通信頻譜結構332
7.2深空測控通信干擾保護335
7.2.1干擾影響分析335
7.2.2干擾保護標準336
7.2.3干擾判定準則341
7.2.4深空地面站選址電磁環境要求與協調區劃分342
7.3深空測控通信頻譜設計345
7.3.1測控通信頻段選擇345
7.3.2發射機帶外發射約束347
7.3.3接收機選擇性要求349
7.4典型電磁干擾計算350
7.4.1主要干擾類型350
7.4.2HDFS對深空站的干擾計算351
7.4.3地球軌道航天器網絡對深空鏈路的干擾計算352
參考文獻353
第8章深空探測遙操作355
8.1遙操作355
8.1.1基本概念355
8.1.2模式分類356
8.2深空探測典型遙操作繫統357
8.2.1蘇聯月球探測遙操作357
8.2.2美國火星探測遙操作359
8.2.3中國月球探測遙操作362
8.3巡視探測遙操作關鍵技術364
8.3.1巡視探測遙操作面臨的技術難題364
8.3.2視覺測量與環境重構技術366
8.3.3遙操作規劃技術371
8.3.4虛擬現實與人機交互技術375
8.3.5地面仿真與試驗驗證技術379
參考文獻383
第9章深空測控通信繫統設計385
9.1任務分析385
9.2繫統設計方法386
9.3鏈路設計387
9.3.1深空測控通信鏈路387
9.3.2測控通信門限的確定390
9.3.3接收功率計算394
9.3.4繫統噪聲溫度計算396
9.3.5鏈路裕量399
9.4鏈路損耗計算401
9.4.1大氣損耗的模型計算401
9.4.212GHz以下頻段外部損耗估算404
9.4.3雨衰損耗405
9.4.4雲霧損耗407
9.4.5實測數據的損耗統計方法409
9.5鏈路噪聲溫度估算411
9.5.1外部噪聲溫度的測量和計算411
9.5.2噪聲指數和天線噪聲418
9.5.3其他外部噪聲418
9.5.4地面站繫統噪聲溫度418
9.5.5繫統噪聲溫度的測量419
9.5.6不同參考點繫統噪聲溫度的歸算419
9.6其他因素對測控鏈路性能的影響420
9.6.1星載應答機工作模式對轉發噪聲的影響420
9.6.2不同副載波波形的功率分配423
9.6.3仰角對鏈路損耗的影響425
9.6.4極化損耗426
9.6.5指向誤差對天線增益的影響426
參考文獻427
第10章深空測控通信技術發展429
10.1自主與認知技術430
10.2天線組陣技術432
10.3深空光通信技術434
10.4行星際網絡技術436
參考文獻438
附錄A439
A1八大行星軌道參數439
A2IAU2000章動模型440
A3圓錐曲線軌道特性442
附錄B貝塞爾函數表443
附錄C正態誤差函數表449
附錄D鏈路計算參數概率密度函數451
附錄E天體的黑體亮溫度值453
附錄F縮略詞表455
