航天通信跟踪技术导论

第一章 航天测控与通信的技术特点和研究内容
一、航天测控与通信(C&T)在航天任务中的地位
二、航天C&T的技术特点
三、本书研究的内容
第二章 航天C&T技术发展史
一、跟踪、遥测和遥控分离阶段
(一)跟踪技术(外测技术)
(二)遥测技术(内测技术)
(三)遥控技术
二、跟踪、遥测和遥控共用统一载波时期(TT&C-USB)
三、通信与测控(C&T)结合时期
四、测量带
五、通信跟踪网
第三章 遥测技术
一、常规PCM遥测系统的组成
二、遥测信号源的频谱特性、取样率和取样误差
三、信号取样值量化及量化误差
(一)整量化最大归一化误差
(二)整量化的均方误差
(三)量化信噪比(S/N)_q
四、PCM遥测基带信号的帧构造
五、PCM基带信号功率谱和占用带宽
六、PCM的不同波形及变换
七、调制与解调体制
(一)非相干二元移频键控(BFSK)调制与解调
(二)BFSK相干调制与解调
(三)二元(两相)移相键控(BPSK)调制与解调
(四)差分移相键控(DPSK)调制与解调
(五)四相移相键控(QPSK)调制与解调
(六)参差四相移相键控(SQPSK,staggered QPSK)调制与解调
(七)非平衡四相移相键控(UQPSK)调制与解调
(八)最小偏移键控(MSK)调制与解调
(九)各种调制方式的性能小结
八、PCM遥测系统的同步问题
(一)位同步信号的提取
(二)帧同步码和帧同步提取
(三)字同步信号提取
(四)副帧同步码选择和副帧同步检出
九、PCM遥测系统的误码率P_e和误差的关系
(一)信噪比和误差的关系
(二)相加性白色高斯噪声(AWGN)引起的误码率P_e和误差δ(或δ'%)的关系
(三)信噪比(SNR)测量
(四)误码率P_e(BER)测量
(五)误码率P_e的选择标准
十、分包遥测
(一)分包遥测产生的历史背景
(二)分包遥测和常规遥测相比较的技术进步点
(三)源包的数据构造
(四)其他形式的三种包构造
(五)转移帧(tranfer frame)
十一、分包遥测的信道编译码，帧同步码(ASM)和伪随机化
(一)信道编译码
(二)有信道编译码时的帧同步方法
(三)伪随机化
第四章 遥控(TLC/TC)技术
一、遥控和遥测的主要区别
二、常规遥控技术
(一)基带信号构造
(二)地面发送遥控命令的操作过程
(三)遥控信息的调制体制
(四)S/C接收遥控命令的过程
(五)遥控命令的可靠性要求
(六)遥控验证和保护
(七)S/C上命令的执行
三、CCSDS遥控
(一)应用进程层
(二)系统管理层
(三)分包层
(四)分段层
(五)转移层
(六)编码层
(七)物理层
四、CCSDS遥控和常规遥控比较的技术进步点
第五章 测角技术与角跟踪
一、单脉冲测角和角跟踪
(一)单脉冲测角原理
(二)跟踪系统中的平面角度计算单位
(三)测角系统的误差
二、干涉仪测角
(一)单基线干涉仪测角原理
(二)两条正交基线测角
(三)方向余弦表示法
(四)干涉仪测速
(五)干涉仪测角的优缺点
第六章 测速技术
一、单程多普勒频移测速
二、双程多普勒频移测速
三、NARSTER/GPS(导航星/全球定位系统)测速
四、多普勒频移径向测速引入的测速误差
(一)测速的系统误差
(二)测速的随机误差
第七章 测距技术
一、侧音测距系统
(一)侧音选择
(二)上行调制频谱
(三)侧音测距对应答机的要求
(四)下行调制特性
(五)测距过程和捕获程序
(六)侧音测距的精度
(七)侧音测距的误差源分解
二、伪随机码(PNC)序列测距系统
(一)适合测距用的伪随机码序列
(二)M序列的性质
(三)伪随机码测距方法
三、GPS(导航星全球定位系统)测距
(一)GPS定位方程
(二)GPS测距误差
(三)GPS定位精度
第八章航天器定位和定轨技术
一、测量坐标系
(一)地平坐标系
(二)地球固定坐标系
(三)惯性坐标系
二、航天器定轨技术
(一)几何法
(二)动力学法
(三)短弧法
三、开普勒轨道根数
四、由测站所在地平坐标系中获得的点位参数计算开普勒轨道根数
(一)由地平坐标系转换为固定地球坐标系
(二)由固定地球坐标系转换为惯性坐标系
(三)求轨道根数的顺序
(四)测站轨道预报时的根数顺序
第九章 通信与数据传输技术
一、地球静止气象卫星的数据构造和传输
二、近地轨道(LEO)遥感卫星的数据构造及通信
(一)光机扫描式成像
(二)推扫式扫描成像
(三)画幅式成像
三、AOS的数据构造及传输
(一)CCSDS基干网(CPN)
(二)AOS的8种业务
(三)AOSSLS的体系结构和协议数据单位(PDU)
第十章 系统技术
一、通信方程
二、通信方程中各项参数的计算
(一)通信斜距距离损耗(spaceloss)L_s
(二)接收系统等效噪声温度T_e
(三)∑L_i，包含的各项损耗
(四)航天C&T常用天线增益G_T/G_R计算
(五)EIRP计算
(六)G_R/Te计算
(七)波尔兹曼常数
三、分散式遥测、遥控和跟踪系统的设计思想
(一)分散式遥测系统
(二)分离式遥控系统
(三)分离式跟踪系统
四、统一载波测控系统
(一)USB的技术特点
(二)上行链路
(三)下行链路
(四)下行残余载波
(五)信号经过转发(弯管传输)后的信噪比
(六)载波功率分配和调相指数(x/y)计算
五、USB TT&C系统设计举例
(一)TT&C信道设计
(二)通信信道设计
第十一章 组网技术I——非深空c&T网
一、非深空和深空的界限
二、非深空航天器的当代应用类别及轨道
三、组网问题的提出
(一)一座C&T站和航天器的可通信面积
(二)C&T站最长可观测孤段长的计算
四、陆基(ground一based)非深空C&T网
(一)美国的陆基非深空C&T网
(二)前苏联和俄罗斯和非深空陆基C&T网
(三)欧洲空间局(ESA)的非深空陆基C&T网
(四)其他小型陆基C&T网
(五)陆基跟踪网的主要缺点
五、天基(space一based)非深空C&T网TDRSS
(一)TDRSS产生的历史背景
(二)TDRSS的体系结构
(三)跟踪与数据中继卫星的关链技术
第十二章 组网技术Ⅱ——深空C&T(通仪、跟踪)网
一、深空探测中的C&T特点
二、深空C&T遇到的主要技术困难
三、深空C&T站采用的特殊技术
(一)加大地球站的接收天线口径，增加微弱信号的收集面积
(二)增加深空航天器对地球通信的天线口径
(三)增加上行和下行的发射机功率
(四)采用信道编译码技术降低对E_b/N_o的要求
(五)采用信息源压缩技术
(六)提高载波频率
(七)采用低温制冷的低噪声放大器(LNA)
四、深空探测的调制体制和工作方式
(一)调制体制
(二)通信采用的存储转发工作方式
五、20世纪末的国际深空通信跟踪技术水平
(一)角跟踪
(二)距离测量和测距精度
(三)频率稳定度达到的水平
(四)导航能力
(五)遥测、遥控能力
(六)深空通信能力
六、国际深空C&T网
(一)美国深空C&T网(NASA DSN)
(二)俄国深空网
(三)ESA深空网
(四)单独深空站
七、陆基国际深空网的优缺点
第十三章 航天C&T的标准化
一、IRIG(inter-ranginginstrumentationgroup)靶场测量组标准
(一)IRIGFDM遥测标准
(二)IRIGTDM遥测标准
二、ESATT&C标准
三、CCSDS建议书
(一)常规在轨系统(COS)
(二)高级在轨系统(AOS)
第十四章未来的发展动向
一、航天器采用自主运行技术
二、航天器之间采用激光通信(lasercom)
三、发展CEI(连接端站干涉仪)高精度、实时测角技术
四、开发两倍GEO高度的GPS系统
五、航天器C&T的国际合作
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参考文献