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第1章 卫星通信概述1

1.1 卫星通信基本概念1

1.1.1 卫星通信定义1

1.1.2 卫星通信组成2

1.1.3 卫星通信特点2

1.1.4 卫星通信分类3

1.2 卫星通信发展历史4

1.2.1 卫星通信试验阶段4

1.2.2 卫星通信实用阶段4

1.3 卫星通信发展现状8

1.3.1 卫星固定业务8

1.3.2 卫星移动业务9

1.3.3 卫星广播业务10

1.3.4 卫星移动广播业务12

1.3.5 卫星跟踪与数据中继业务12

1.4 卫星通信发展趋势13

1.4.1 各种业务发展趋势13

1.4.2 卫星通信发展总趋势14

参考文献15

第一篇 卫星通信系统基础理论和技术篇16

第2章 卫星轨道与星座16

2.1 卫星轨道16

2.1.1 人造卫星轨道运动方程16

2.1.2 轨道根数与各种参数关系求算19

2.1.3 人造卫星轨道摄动24

2.1.4 典型卫星轨道26

2.2 卫星星座30

2.2.1 卫星星座的基本概念和参数30

2.2.2 圆极／圆近极轨道星座30

2.2.3 圆赤道轨道星座和地球静止轨道星座36

2.2.4 正交圆轨道星座37

2.2.5 倾斜圆轨道星座38

2.2.6 椭圆轨道星座41

2.3 卫星星座组网41

2.3.1 单层卫星星座组网41

2.3.2 多层卫星星座组网44

参考文献46

第3章 卫星通信线路频率47

3.1 卫星通信频率划分47

3.1.1 无线电频段划分47

3.1.2 通信业务无线电频率分配48

3.2 卫星通信频率选择54

3.2.1 应用条件55

3.2.2 电波传播和噪声56

3.2.3 星体及星内设备61

3.2.4 地面接收设备62

3.2.5 系统费用63

3.2.6 卫星广播三种频段优劣性比较63

参考文献64

第4章 卫星通信体制和网络65

4.1 卫星通信体制65

4.1.1 卫星通信体制概述65

4.1.2 信道编码65

4.1.3 载波调制69

4.1.4 信道编码与调制方式典型性能70

4.1.5 多址技术71

4.1.6 信道分配72

4.1.7 宽带通信体制74

4.2 卫星通信网络75

4.2.1 卫星通信网络概述75

4.2.2 接入网组网方式76

4.2.3 单星组网方式78

4.2.4 星座组网方式78

参考文献80

第5章 卫星通信安全性与可靠性81

5.1 卫星通信保密技术81

5.1.1 信息与信道保密技术81

5.1.2 密码保密技术83

5.1.3 数据加密模型83

5.1.4 序列密码和分组密码84

5.1.5 双密钥密码85

5.1.6 数字签名86

5.1.7 保密系统评价准则86

5.1.8 链路加密和端到端加密87

5.1.9 卫星通信加密方案示例88

5.1.10 计算机网络的安全体系结构89

5.2 卫星通信抗干扰技术91

5.2.1 卫星通信干扰源91

5.2.2 上行链路对卫星转发器干扰92

5.2.3 下行链路对地球站接收干扰92

5.2.4 干扰方式和干扰信号样式92

5.2.5 星上透明转发器抗干扰技术93

5.2.6 星上处理转发器抗干扰技术95

5.2.7 卫星广播电视系统抗干扰技术97

5.2.8 卫星广播电视系统上行站抗干扰技术101

5.3 卫星通信可靠性103

5.3.1 可靠性基本知识103

5.3.2 组合系统可靠性106

5.3.3 线路可用度109

参考文献113

第6章 通信卫星114

6.1 通信卫星概述114

6.1.1 定义和分类114

6.1.2 组成和功能114

6.1.3 通信卫星技术性能115

6.2 通信转发器系统118

6.2.1 转发器分类118

6.2.2 透明转发器119

6.2.3 处理转发器121

6.2.4 转发器技术参数125

6.3 通信天线系统132

6.3.1 天线分类132

6.3.2 单波束天线133

6.3.3 赋形波束天线133

6.3.4 多波束天线134

6.3.5 自适应调零天线134

6.3.6 天线技术参数135

6.4 有效载荷和卫星轨道位置技术参数137

6.5 星载无线电测控系统140

6.5.1 星载无线电测控系统简介140

6.5.2 星载无线电测控系统技术参数142

6.6 通信卫星平台143

6.6.1 静止轨道卫星平台简介143

6.6.2 东方红卫星系列平台145

参考文献146

第7章 地球站148

7.1 任务与分类148

7.2 卫星通信业务地球站149

7.2.1 固定业务地球站149

7.2.2 固定业务VSAT站153

7.2.3 移动业务关口站157

7.2.4 移动业务用户站158

7.2.5 广播业务上行站161

7.2.6 广播业务接收站167

7.2.7 军事通信地球站168

7.3 卫星测控管理地球站170

7.3.1 航天器测控站170

7.3.2 通信卫星测控管理站172

7.3.3 通信卫星业务测控站176

7.4 地球站设备技术性能177

7.4.1 地球站设备组成177

7.4.2 天馈及伺服分系统179

7.4.3 射频设备分系统180

7.4.4 中频基带分系统182

7.4.5 网络监控管理分系统183

7.4.6 用户接口185

参考文献186

第二篇 卫星通信系统工程设计程序和方法篇187

第8章 卫星通信与测控链路计算187

8.1 设备和信道参数187

8.1.1 天线增益187

8.1.2 接收系统热噪声188

8.1.3 接收系统优值188

8.1.4 等效全向辐射功率188

8.1.5 输出和输入回退189

8.1.6 天线指向误差损耗189

8.1.7 载波带宽190

8.2 地球站与卫星几何参数191

8.2.1 非静止卫星相对地球站的仰角方位角和距离191

8.2.2 静止卫星相对地球站的仰角方位角和距离192

8.2.3 双静止卫星与地球站间夹角192

8.3 空间传输损耗参数193

8.3.1 自由空间传输损耗193

8.3.2 降雨损耗193

8.3.3 极化失配损耗203

8.4 卫星通信链路方程204

8.4.1 无线电通信链路方程204

8.4.2 卫星通信上下行链路方程205

8.4.3 卫星通信全链路方程206

8.4.4 门限值和备余量211

8.4.5 再生式转发器链路方程211

8.5 卫星通信链路算例212

8.5.1 卫星广播地球站节目传输系统链路计算212

8.5.2 DIRECTV-12卫星Ka频段广播链路计算215

8.6 卫星测控链路方程216

8.6.1 卫星测控系统体制216

8.6.2 卫星测控上下链路方程217

8.6.3 上／下行信道门限电平218

8.6.4 上／下行信道功率分配221

8.7 卫星测控链路算例223

8.7.1 卫星发射轨道测量船测控链路计算223

8.7.2 DIRECTV-14卫星测控链路计算227

参考文献228

第9章 卫星通信系统工程229

9.1 工程系统与系统工程229

9.1.1 工程系统与系统工程229

9.1.2 工程系统的基本特性229

9.1.3 系统工程的基本特点230

9.1.4 系统工程的管理项目231

9.2 通信卫星经济效能因子232

9.2.1 通信卫星经济效能因子基本概念232

9.2.2 经济效能因子与分系统关系233

9.2.3 经济效能因子与卫星通信工程关系238

9.2.4 经济效能因子与通信卫星发展趋向关系240

9.3 通信卫星综合性能评比法241

9.3.1 目标函数241

9.3.2 约束条件242

9.3.3 方案特征242

9.3.4 原始数据242

9.3.5 数学模型244

9.3.6 计算结果244

9.3.7 方案决策245

9.3.8 数据来源说明245

9.4 通信卫星最优设计246

9.4.1 最优设计准则246

9.4.2 最优设计用参数说明248

9.4.3 最优设计示例250

参考文献252

第10章 卫星通信系统工程设计254

10.1 卫星通信工程建设组织模式254

10.1.1 卫星通信工程建设组织模式分类254

10.1.2 商用卫星通信工程建设组织模式254

10.1.3 专用卫星通信工程建设组织模式255

10.1.4 试验卫星通信工程建设组织模式256

10.2 卫星通信工程总体设计程序257

10.2.1 卫星通信工程总体设计分类257

10.2.2 卫星通信工程全系统总体设计程序257

10.2.3 卫星通信工程空间段总体设计程序258

10.2.4 卫星通信工程VSAT系统总体设计程序258

10.3 卫星通信工程总体方案设计260

10.3.1 卫星通信工程全系统总体方案设计260

10.3.2 卫星通信工程空间段总体方案设计260

10.3.3 卫星通信工程VSAT系统总体方案设计262

10.4 卫星通信工程产品研制程序264

10.4.1 通信卫星研制程序264

10.4.2 运载火箭研制程序265

10.4.3 测控地球站研制程序265

10.4.4 通信地球站研制程序266

10.5 卫星通信工程空间段建设实例267

10.5.1 通信卫星需求分析267

10.5.2 通信卫星技术要求267

10.5.3 通信卫星技术方案271

10.5.4 通信卫星在轨测试验收273

10.5.5 测控管理站技术要求277

10.5.6 测控管理站技术方案280

10.5.7 测控管理站测试验收285

参考文献285

第11章 通信卫星发射和管理287

11.1 通信卫星发射设施287

11.1.1 运载火箭287

11.1.2 发射场288

11.1.3 测控网288

11.2 通信卫星发射290

11.2.1 发射轨道290

11.2.2 发射程序291

11.2.3 发射测控292

11.2.4 在轨测试292

11.3 通信卫星管理294

11.4 通信卫星故障对策295

11.4.1 在轨故障分类295

11.4.2 在轨故障识别296

11.4.3 在轨故障处理对策296

参考文献297

第三篇 卫星通信业务应用篇298

第12章 卫星固定通信系统298

12.1 Intelsat卫星通信系统298

12.1.1 系统简介298

12.1.2 卫星通信网络298

12.1.3 卫星序列298

12.1.4 地球站类型304

12.1.5 空间因特网路由技术试验305

12.2 IPSTAR卫星通信系统305

12.2.1 系统简介305

12.2.2 IPSTAR通信体制307

12.2.3 IPSTAR卫星308

12.2.4 IPSTAR应用系统309

12.3 AmerHis卫星通信系统310

12.3.1 系统简介310

12.3.2 空间段311

12.3.3 地面段312

12.3.4 组播技术314

12.4 WINDS卫星通信系统315

12.4.1 系统简介315

12.4.2 空间段316

12.4.3 地面段318

12.5 Spaceway-3卫星通信系统318

12.5.1 系统简介318

12.5.2 空间段319

12.5.3 地面段321

参考文献321

第13章 卫星移动通信系统323

13.1 Inmarsat通信系统323

13.1.1 系统简介323

13.1.2 空间段323

13.1.3 地面段325

13.1.4 用户段326

13.1.5 下一代卫星通信系统330

13.2 ACeS卫星通信系统330

13.2.1 系统简介330

13.2.2 空间段332

13.2.3 地面段333

13.2.4 用户段334

13.3 Thuraya卫星通信系统336

13.3.1 系统简介336

13.3.2 空间段337

13.3.3 地面段338

13.3.4 用户段338

13.4 ICO-G1卫星通信系统339

13.4.1 系统简介339

13.4.2 空间段340

13.4.3 地面段340

13.4.4 用户段342

13.4.5 关键技术343

13.5 TerreStar卫星通信系统345

13.5.1 系统简介345

13.5.2 空间段347

13.5.3 地面段348

13.5.4 用户段348

13.6 Skyterra-1卫星通信系统348

13.6.1 系统简介348

13.6.2 空间段349

13.6.3 地面段351

13.6.4 用户段351

13.7 Iridium卫星通信系统352

13.7.1 系统简介352

13.7.2 空间段354

13.7.3 地面段358

13.7.4 用户段360

13.8 Globalstar卫星通信系统361

13.8.1 系统简介361

13.8.2 空间段363

13.8.3 地面段365

13.8.4 用户段366

13.9 ORBCOMM卫星通信系统367

13.9.1 系统简介367

13.9.2 空间段369

13.9.3 地面段370

13.9.4 用户终端371

13.9.5 应用案例372

13.10 Gonets卫星通信系统372

13.10.1 系统简介372

13.10.2 空间段373

13.10.3 地面段375

13.10.4 用户段375

13.10.5 使用特性376

参考文献376

第14章 卫星广播电视系统378

14.1 卫星广播电视概述378

14.1.1 发展历程378

14.1.2 卫星电视直播业务分类379

14.1.3 国际电联Ku频段卫星广播业务规划380

14.2 卫星广播电视传输体制381

14.2.1 模拟卫星广播和数字卫星广播381

14.2.2 DVB-S标准383

14.2.3 DVB-S2标准384

14.2.4 DVB-RCS标准385

14.2.5 Digicipher-Ⅱ标准386

14.2.6 ABS-S标准386

14.2.7 SCPC与MCPC387

14.2.8 SKYPLEX387

14.3 美国和加拿大卫星广播电视系统388

14.3.1 系统简介388

14.3.2 卫星389

14.3.3 地面段395

14.3.4 用户接收终端395

14.3.5 美国、加拿大DBS卫星电视直播业务发展特点397

14.4 欧洲地区卫星广播电视系统398

14.4.1 系统简介398

14.4.2 ASTRA卫星399

14.4.3 Eutelsat卫星404

14.4.4 SKYPLEX广播服务409

14.4.5 用户接收终端409

14.4.6 欧洲地区卫星电视直播业务发展特点410

14.5 日本卫星广播电视系统410

14.5.1 系统简介410

14.5.2 卫星410

14.5.3 地面段411

14.5.4 用户接收终端412

14.5.5 日本卫星电视直播业务发展特点412

参考文献412

第15章 卫星移动广播电视系统414

15.1 世广卫星音频广播系统414

15.1.1 系统简介414

15.1.2 卫星415

15.1.3 地面控制网络417

15.1.4 上行站418

15.1.5 用户接收机420

15.2 美国天狼星和XM卫星音频广播系统421

15.2.1 天狼星卫星音频广播系统421

15.2.2 XM卫星音频广播系统422

15.2.3 天狼星、XM卫星音频广播系统性能比较426

15.3 MBSAT音视频广播系统427

15.3.1 系统简介427

15.3.2 卫星428

15.3.3 地面中继站430

15.3.4 接收机430

参考文献431

第16章 跟踪与数据中继卫星系统432

16.1 概述432

16.1.1 跟踪与数据中继卫星系统功用432

16.1.2 跟踪与数据中继卫星系统组成433

16.1.3 跟踪与数据中继卫星系统特点436

16.1.4 跟踪与数据中继卫星系统覆盖特性437

16.1.5 跟踪与数据中继卫星系统链路形式438

16.1.6 跟踪与数据中继卫星系统信号形式440

16.2 美国的跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）442

16.2.1 系统概述442

16.2.2 空间段444

16.2.3 地面段451

16.2.4 用户段452

16.3 欧空局的数据中继卫星系统（EDRSS）452

16.3.1 系统概述452

16.3.2 系统体系结构454

16.3.3 空间段455

16.3.4 地面段458

16.3.5 用户段458

16.3.6 星间链路激光通信试验459

16.4 日本的数据中继与跟踪卫星系统（DRTSS）460

16.4.1 系统概述460

16.4.2 空间段461

16.4.3 地面段463

16.4.4 用户段464

16.5 俄罗斯的卫星数据中继网（SDRN）465

16.5.1 系统概述465

16.5.2 空间段466

16.5.3 地面段469

16.6 跟踪与数据中继卫星系统国际联网互操作469

参考文献471

第17章 美国军事卫星通信体系473

17.1 传统卫星通信体系473

17.2 转型卫星通信体系473

17.3 窄带卫星通信系统475

17.3.1 系统简介475

17.3.2 UFO卫星476

17.3.3 MUOS卫星478

17.3.4 UFO和MUOS地球站479

17.3.5 UFO和MUOS用户终端479

17.4 防护卫星通信系统481

17.4.1 系统简介481

17.4.2 Milstar卫星482

17.4.3 AEHF卫星486

17.4.4 MILSTAR和AEHF用户终端487

17.5 宽带卫星通信系统488

17.5.1 系统简介488

17.5.2 DSCS-3卫星490

17.5.3 DSCS-3用户终端493

17.5.4 GBS有效载荷494

17.5.5 GBS应用系统494

17.5.6 WGS卫星496

17.5.7 WGS系统宽带业务499

17.6 转型通信体系501

17.6.1 转型通信体系由来501

17.6.2 转型通信体系架构502

17.6.3 转型通信体系实施503

17.6.4 转型卫星通信系统架构504

17.6.5 转型卫星通信系统TSAT星座504

17.6.6 转型卫星通信系统IP网络505

17.6.7 转型卫星通信系统用户终端505

参考文献506

第18章 全球个人通信系统509

18.1 全球个人通信网定义509

18.2 全球个人通信网主要特点509

18.3 全球个人通信网基本功能510

18.4 全球个人通信网架构511

18.5 智能个人通信网结构513

18.6 全球个人通信网中卫星通信网514

18.7 全球个人通信网关键技术515

参考文献516

第19章 天基综合信息网517

19.1 天基综合信息网概念517

19.1.1 天基综合信息网定义和特征517

19.1.2 天基综合信息网组成和应用517

19.2 天基综合信息网体系架构518

19.2.1 天基综合信息网空间段518

19.2.2 天基综合信息网地面段520

19.3 天基综合信息网空间通信网结构521

19.3.1 星座组网要求521

19.3.2 双层星座示例521

19.3.3 多层星座示例522

19.4 天基综合信息网用户飞行器524

19.4.1 空间层用户航天器524

19.4.2 临近空间层用户飞行器526

19.5 天基综合信息网协议结构527

19.5.1 CCSDS协议体系结构527

19.5.2 天基综合信息网协议配置示例528

19.6 天基综合信息网关键技术529

19.7 欧洲的全球天基综合通信网530

19.7.1 ISICOM目标和任务530

19.7.2 ISICOM用户定位531

19.7.3 ISICOM系统架构531

19.7.4 ISICOM核心基础结构532

19.8 我国天基综合信息网构想533

19.8.1 我国天基综合信息网的设计思想533

19.8.2 空间层通信网534

19.8.3 静止轨道星座535

19.8.4 低轨道星座537

19.8.5 空间层用户航天器538

19.8.6 临近空间层飞行器539

19.8.7 空间层时空基准539

参考文献539

附录A 英文缩略语541