卫星数据中继系统

卫星数据中继系统是利用高轨道卫星对中、低轨道航天器等用户目标进行跟踪测轨和转发数据的空间信息传输系统。它具有轨道覆盖率大、传输的数据速率高、实时性强、同时服务的目标多等特点，是重要的空间信息传输基础设施。它在载人航天、卫星发射、卫星测控通信等任务中起着重要的信息桥梁作用。
全书共分11章。第1章主要介绍了卫星数据中继系统的基本概念、主要特点、工作频段以及所提供的业务服务。第2章主要介绍了卫星数据中继系统中的传输体制，包括多址方式、分配方式、编码方式、调制方式和扩频方式。第3章主要介绍了空间段数据传输涉及的通信协议，给出了常规在轨数据系统和高级在轨数据系统的数据结构以及空间数据安全的机制和实现方式。第4章在分析空间电波传播特性的基础上，论述了空间链路的性能参数、预算方程和设计的一般步骤，并给出了链路预算实例。第5章分析了中继卫星信道特性的不理想对数据传输的影响，给出了一些仿真结果。第6章在简要介绍卫星运行规律的基础上，重点讨论了中继卫星总体设计所要考虑的因素以及卫星平台、有效载荷和捕获跟踪系统的主要功能、基本组成及其工作原理，后介绍中继卫星有效载荷的标校方法。第7章重点介绍了地面终端站、多站测距系统、在轨测试系统、中继卫星天线标校系统和运行控制中心的主要功能、基本组成及其工作原理。第8章重点描述了用户终端的天线、射频、基带、接口等模块的功能、组成和工作原理。第9章分为星间链路捕获跟踪和全程链路建立两个部分。部分重点介绍了星间链路捕获跟踪的基本概念和策略，给出了一些仿真结果。第二部分重点介绍了全程链路建立的基本概念和一般过程，给出了全程链路信令传递的一般流程。第10章描述了地面站和用户终端的天线辐射特性、射频特性、信道特性、载波特性和数据链路性能的测试原理和方法以及中继卫星有效载荷在轨测试的原理和方法，并简要介绍测试过程中所使用的主要仪器仪表的基本工作原理。第11章介绍了激光卫星数据中继系统和传统的微波卫星数据中继系统的发展趋势和特点。
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和错误，敬请读者批评指正。

作者

2020年10月

《卫星数据中继系统》系统地介绍了卫星数据中继系统的基本概念和相关技术，包括系统组成、传输体制、通信协议、信道特性、链路预算以及星间链路捕获跟踪技术；着重描述了中继卫星、地面运控系统和用户终端的组成、功能和性能要求；并结合工程实际，给出了地面站性能测试、用户终端入网验证测试、中继卫星有效载荷在轨测试的一般原理和方法步骤。后，探讨了卫星数据中继系统的未来发展趋势。本书适合具有大学本科以上学历的通信技术人员阅读和参考。

何平江,1951年生，研究员，1976年毕业于南京通信工程学院，主要从事卫星通信中继系统总体技术研究工作，先后担任多个卫星通信系统工程副总设计师，曾获国家科技进步一等奖1项、省部级科技进步奖多项，享受政府特殊律贴。

第1章概论

1.1卫星数据中继系统基本概念

1.1.1卫星数据中继与卫星通信的区别

1.1.2链路和多址的概念

1.1.3基本组成和工作过程

1.1.4卫星数据中继系统的主要特点

1.2系统工作使用的频率

1.2.1无线电频谱划分

1.2.2频段选择应考虑的因素

1.2.3我国卫星数据中继系统的工作频段

1.3卫星数据中继系统业务和应用

1.3.1系统提供的业务服务

1.3.2卫星数据中继系统的应用

1.4卫星数据中继系统发展现状

1.4.1国外发展现状

1.4.2国内发展现状

参考文献

第2章数据传输体制

2.1多址方式

2.1.1概述

2.1.2频分多址方式

2.1.3时分多址方式

2.1.4码分多址方式

2.1.5空分多址方式

2.2信道分配方式

2.2.1预分配方式

2.2.2按需分配方式

2.3信道纠错编码方式

2.3.1差错控制编码的基本概念

2.3.2BCH码

2.3.3RS码

2.3.4CRC码

2.3.5卷积码

2.3.6卷积 RS级联码

2.3.7Turbo码

2.3.8低密度奇偶校验码

2.3.9数据序列加扰

2.4数字信号调制方式

2.4.1基本概念

2.4.2二相相移键控调制方式

2.4.3四相相移键控调制方式

2.4.4八进制相移键控调制方式

2.4.5正交幅度调制方式

2.5自适应编码调制

2.5.1概述

2.5.2自适应编码调制的一般原理

2.5.3ETSI卫星数字视频广播标准

2.5.4卫星数据中继系统ACM技术的应用

2.6直接序列扩频调制

2.6.1扩展频谱的基本概念

2.6.2直接序列扩频通信系统原理

2.6.3直接序列扩频系统的性能

2.6.4伪随机噪声序列

2.6.5直接序列扩频在卫星数据中继系统中的应用

参考文献

第3章空间数据系统的通信协议

3.1概述

3.1.1空间数据系统的构成

3.1.2空间数据系统咨询委员会

3.1.3CCSDS建议书

3.1.4多路复用和虚信道的基本概念

3.2常规在轨数据系统

3.2.1分包遥测

3.2.2分包遥控

3.3高级在轨数据系统

3.3.1概述

3.3.2CPN端到端业务

3.3.3空间链路子网业务

3.4空间数据的安全防护

3.4.1数据安全性要求

3.4.2数据安全机制

3.4.3数据安全机制的实现方式

3.5空间链路协议在卫星数据中继系统的应用

3.5.1概述

3.5.2基于分包遥控的CADU数据结构

3.5.3基于AOS的CADU数据结构

3.5.4自定义的CADU结构

参考文献

第4章空间链路预算

4.1概述

4.1.1空间链路组成

4.1.2链路预算的目的

4.1.3链路预算考虑的因素

4.2链路预算中的基本概念

4.2.1速率与带宽

4.2.2噪声与干扰

4.2.3载波与噪声比

4.2.4时间百分比性能指标

4.3空间电波传播特性

4.3.1自由空间传播损耗

4.3.2大气传播损耗

4.3.3减轻大气影响的措施

4.4链路性能参数

4.4.1地面站主要性能参数

4.4.2用户终端主要性能参数

4.4.3中继卫星有效载荷主要性能参数

4.5基本链路方程

4.5.1卫星链路

4.5.2透明转发卫星链路

4.5.3再生处理转发卫星链路

4.5.4干扰计算

4.5.5链路辐射限制

4.6链路预算和设计考虑

4.6.1一般任务和步骤

4.6.2链路预算示例

参考文献

第5章信道特性对信号传输的影响

5.1概述

5.1.1信道的概念

5.1.2信道模型分类

5.1.3信号失真分类

5.2线性失真的影响

5.2.1群时延频率特性

5.2.2幅度频率特性

5.3非线性失真的影响

5.3.1非线性失真的概念

5.3.2非线性信道特性

5.3.3非线性信道的影响

5.4其他失真的影响

5.4.1相位噪声

5.4.2同相/正交信道不平衡

5.4.3多种失真同时存在的影响

参考文献

第6章中继卫星

6.1卫星轨道

6.1.1黄道与春分点

6.1.2地心赤道坐标系

6.1.3轨道根数

6.1.4卫星运动的基本规律

6.1.5卫星轨道摄动

6.1.6日凌和星蚀

6.2中继卫星轨道设计

6.2.1轨道选择

6.2.2变轨设计

6.2.3发射窗口

6.2.4静止轨道位置保持

6.3中继卫星总体设计

6.3.1总体设计的一般要求

6.3.2中继卫星任务分析

6.3.3有效载荷总体设计

6.3.4卫星平台总体设计

6.4中继卫星各分系统设计

6.4.1测控分系统

6.4.2电源分系统

6.4.3姿态与轨道控制分系统

6.4.4推进分系统

6.4.5热控分系统

6.4.6结构分系统

6.4.7天线分系统

6.4.8转发器分系统

6.4.9捕获跟踪分系统

6.5中继卫星星间天线在轨标校

6.5.1单通道调制器相位误差标校

6.5.2星间天线框架角误差标校

参考文献

第7章地面运行控制系统

7.1功能和组成

7.1.1主要功能

7.1.2系统组成

7.2地面终端站

7.2.1概述

7.2.2天线与跟踪指向分系统

7.2.3KSA/SSA数据传输分系统

7.2.4SMA数据传输分系统

7.2.5TT&C分系统

7.2.6多站测距分系统

7.2.7时频分系统

7.2.8测试标校分系统

7.2.9监视与控制分系统

7.3多站测距系统

7.3.1概述

7.3.2测距转发站

7.3.3距离测量误差和精度估计

7.4中继卫星在轨测试系统和标校系统

7.4.1概述

7.4.2模拟测试站

7.4.3在轨测试系统

7.4.4星间天线在轨标校系统

7.5运行控制中心

7.5.1概述

7.5.2计划管理和数据分发

7.5.3卫星和地面站操作控制

7.5.4运行模式和运行流程

参考文献

第8章用户终端

8.1概述

8.1.1用户终端的功能和分类

8.1.2用户终端的一般组成

8.1.3用户终端的一般要求

8.2天线模块

8.2.1反射面天线

8.2.2宽波束天线

8.2.3相控阵天线

8.3收发射频模块

8.3.1功能与组成

8.3.2S频段信道单元

8.3.3Ka频段信道单元

8.3.4低噪声放大器

8.3.5高功率放大器

8.4基带处理模块

8.4.1功能与组成

8.4.2前向基带处理单元

8.4.3返向基带处理单元

8.5综合接口模块

8.5.1功能与组成

8.5.2信源信宿接口

8.5.3遥测遥控接口

8.5.4监控接口

8.5.5指向角计算模块

参考文献

第9章星间链路捕获和建立

9.1星间链路目标捕获与跟踪

9.1.1概述

9.1.2中继卫星捕获跟踪用户目标

9.1.3用户目标捕获跟踪中继卫星

9.2星间链路信号捕获与跟踪

9.2.1概述

9.2.2伪码捕获

9.2.3伪码跟踪

9.2.4载波捕获与跟踪

9.2.5中继卫星星间链路伪码捕获与跟踪

9.3全程链路建立

9.3.1链路建立准备

9.3.2链路建立与释放

9.3.3信令信号

9.3.4信令传递流程

参考文献

第10章数据链路性能测试

10.1地面站性能测试

10.1.1天线辐射特性测试

10.1.2射频特性测试

10.1.3信道特性测试

10.1.4载波特性测试

10.2用户终端验证测试和开通测试

10.2.1用户终端验证测试

10.2.2用户终端开通测试

10.3中继卫星有效载荷在轨测试

10.3.1概述

10.3.2在轨测试准备

10.3.3测试原理和方法

10.4测量仪表

10.4.1概述

10.4.2频谱分析仪

10.4.3矢量信号分析仪

10.4.4矢量网络分析仪

10.4.5功率计

10.4.6模拟信号发生器

10.4.7误码分析仪

参考文献

第11章卫星数据中继系统发展趋势

11.1激光卫星数据中继系统

11.1.1系统组成

11.1.2空间环境对激光卫星中继通信的影响

11.1.3激光卫星中继通信的关键技术

11.1.4激光卫星中继通信在轨试验验证

11.1.5激光卫星中继通信发展趋势

11.2未来发展趋势

11.2.1卫星数据中继系统提供导航增强服务

11.2.2研发新一代数据中继卫星

11.2.3未来发展的特点和趋势

参考文献

《卫星数据中继系统》系统介绍了卫星数据中继系统的基本概念和相关技术，是适合具有大学本科及以上学历的通信技术人员的学术专著。