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第1章 绪论1

1.1深空探测2

1.2深空测控通信8

参考文献12

第2章 深空测控通信系统概述15

2.1深空测控通信系统的组成16

2.2航天器测控通信系统33

2.2.1数据管理分系统34

2.2.2航天器射频分系统36

2.3地面测控通信系统42

2.3.1地面深空测控站42

2.3.2深空任务飞行控制中心48

2.3.3地面通信网络51

参考文献52

第3章 深空测控通信基础知识53

3.1天文知识54

3.1.1太阳系54

3.1.2太阳56

3.1.3行星际空间57

3.1.4行星58

3.1.5小行星和彗星64

3.1.6月球64

3.1.7火星68

3.2时间系统70

3.2.1世界时70

3.2.2原子时71

3.2.3测控通信时间术语72

3.2.4历元73

3.3坐标系73

3.3.1天球坐标系73

3.3.2地球坐标系78

3.3.3月球坐标系80

3.3.4太阳坐标系82

3.3.5航天器本体坐标系83

3.4无线电知识83

3.4.1电磁辐射83

3.4.2电磁频谱84

3.4.3射频86

3.4.4多普勒效应91

3.4.5相位92

3.5深空测量基础93

3.6深空通信基础96

3.6.1锁相与相干97

3.6.2进入双向模式造成数据丢失98

3.6.3调制和解调、载波和副载波99

3.6.4信标100

3.6.5符号、比特和编码101

3.6.6多路复用技术101

3.7深空测控通信术语102

参考文献103

第4章 系统设计过程与方法105

4.1航天任务系统设计过程106

4.1.1 NASA航天任务设计108

4.1.2 ESA航天任务设计125

4.1.3中国航天任务设计132

4.2系统设计的方法135

4.2.1要求的确定136

4.2.2决策和评估准则140

4.2.3最优化和缩小规模选择140

4.2.4鲁棒性和灵活性141

4.2.5风险评估和缓解142

4.2.6确定设计余量144

4.2.7分析和权衡研究145

4.2.8技术性能测量147

4.3系统设计的约束149

4.4测控通信系统设计概念152

4.5测控通信系统设计过程154

4.5.1确定测控通信系统结构154

4.5.2测控通信链路设计157

参考文献158

第5章 天地测控通信系统链路设计161

5.1测控通信链路的构成162

5.2链路设计基本原理163

5.2.1链路方程163

5.2.2副载波调制信号频谱164

5.2.3不同副载波波形的功率分配167

5.3链路指标分配170

5.3.1跟踪门限与带宽170

5.3.2精度门限172

5.3.3数据门限174

5.4链路预算方法177

5.4.1接收功率计算177

5.4.2噪声温度计算179

5.4.3接收系统品质因数183

5.5链路余量183

5.5.1载波捕获余量183

5.5.2载波跟踪余量184

5.5.3测速余量185

5.5.4测距余量185

5.5.5遥测和遥控余量185

附录5.1多音调相信号频谱结构推导186

附录5.2跟踪正弦信号的经典锁相环（PLL）信噪比推导193

附录5.3正态误差函数表196

参考文献197

第6章 链路损耗计算199

6.1大气损耗计算200

6.1.1空气和水汽损耗202

6.1.2电离层闪烁损耗208

6.1.3雨衰损耗211

6.1.4雾、云损耗219

6.1.5实测大气引起的衰减221

6.2设备损耗计算224

6.2.1指向误差对天线增益的影响224

6.2.2发射/接收馈线损耗227

6.2.3极化损耗227

6.2.4接收信号处理引起的损耗228

参考文献229

第7章 链路噪声温度分析与估算231

7.1噪声温度的概念232

7.2外部噪声温度的测量和计算234

7.2.1大气噪声234

7.2.2黑体噪声236

7.2.3太阳噪声242

7.2.4银河系噪声246

7.2.5类噪声干扰247

7.3系统噪声温度250

7.3.1接收机有效输入噪声温度250

7.3.2系统噪声温度的测量251

7.3.3不同参考点系统噪声温度的归算251

7.4航天器上应答机工作模式对转发噪声的影响253

7.4.1测距通道采用非相干AGC控制的情况253

7.4.2测距通道相干AGC控制255

7.4.3测距通道前采用限幅器的情况256

7.4.4采用射频非相干AGC控制258

7.4.5采用射频相干AGC控制259

7.4.6不同模式对噪声影响的比较259

参考文献260

第8章 天地—体化链路设计与试验验证263

8.1天地—体化链路设计264

8.1.1任务概述265

8.1.2测控通信要求267

8.1.3地面测控通信设施272

8.1.4航天器测控通信分系统设计279

8.1.5天地—体化链路性能分析290

8.2天地—体化链路射频与调制规范308

8.3系统验证310

8.3.1地面验证310

8.3.2在轨航天器验证315

参考文献317

第9章 未来深空测控通信技术发展319

9.1天线组阵技术321

9.2深空光通信326

9.3行星际网络技术330

9.4自主与认知技术332

9.5网络编码技术335

9.6太赫兹通信技术336

参考文献336

附录A 链路计算参数概率密度函数339

名词索引341