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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LEC 150

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