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马晶，谭立英，于思源著 著

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• 通信工程
• 马晶
• 谭立英
• 于思源
• 学术著作

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118103519

商品编码：29324839197

包装：平装-胶订

出版时间：2015-12-01

基本信息

书名：卫星光通信

定价：88.00元

作者：马晶,谭立英,于思源著

出版社：国防工业出版社

出版日期：2015-12-01

ISBN：9787118103519

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书可供卫星通信、光通信以及相关学科的科技工作者参考，也可作为大学高年级学生和研究生的教材或相关课程的参考书。

目录

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章 卫星光通信研究进展及应用背景
1.1 概述
1.2 卫星光通信研究进展
1.2.1 美国卫星光通信研究进展情况
1.2.2 欧洲卫星光通信研究进展情况
1.2.3 日本卫星光通信领域研究进展情况
1.2.4 中国卫星光通信领域研究概况
1.3 卫星光通信应用背景
参考文献
第2章 卫星光通信终端光学系统设计物理基础
2.1 概述
2.2 卫星光通信终端所处光学环境
2.2.1 星光背景噪声分析
2.2.2 各链路星光背景仿真实验
2.2.3 太阳背景噪声分析
2.3 卫星光通信终端所处温度场环境
2.3.1 在轨温度场环境特点
2.3.2 在轨温度场分布特性研究
2.3.3 在轨温度场对系统性能影响的研究
2.3.4 45°反射镜在轨温度场分布对系统性能影响的仿真分析
2.4 卫星光通信终端所处辐射场环境
2.4.1 在轨辐射场环境特点
2.4.2 器件抗辐射要求
参考文献
第3章 卫星光通信终端光学系统特点
3.1 概述
3.2 卫星光通信终端系统-
3.2.1 跟瞄子系统
3.2.2 通信子系统
3.2.3 其他子系统
3.3 光束发射子系统光学特点
3.3.1 光束发射子系统任务特点
3.3.2 光束发射子系统结构特点
3.3.3 光束发射子系统光学性能要求
3.4 跟瞄接收子系统光学特点
3.4.1 跟瞄接收子系统任务特点
3.4.2 跟瞄接收子系统结构特点
3.4.3 跟瞄接收子系统光学性能要求
3.5 通信接收子系统光学特点
3.5.1 通信接收子系统任务特点
3.5.2 通信接收子系统结构特点
3.5.3 通信接收子系统光学性能要求
参考文献-
第4章 卫星光通信终端光学子系统设计
4.1 概述
4.2 光学天线系统设计
4.2.1 光学天线基本技术指标
4.2.2 折射系统
4.2.3 反射系统
4.2.4 折反系统
4.3 光束发射子系统光学设计
4.3.1 光束发射子系统光学基本技术指标
4.3.2 像差对光束发射子系统性能的影响
4.4 跟瞄接收子系统光学设计
4.5 通信接收子系统光学设计
4.5.1 反射式光学发射天线中多个局部畸变对误码率的影响
4.5.2 透射式光学发射天线中多个局部畸变对误码率的影响
参考文献
第5章 光束捕获、跟踪和通信技术物理基础
5.1 概述
5.2 轨道确定与预测
5.2.1 利用地面观测数据确定轨道
5.2.2 利用GPS数据预测轨道
5.3 激光大气传输理论
5.3.1 大气对激光传输影响概述
5.3.2 大气激光衰减
5.3.3 大气激光折射
5.3.4 大气对光束发射的影响
参考文献
第6章 光束预瞄准和捕获扫描技术
6.1 概述
6.2 坐标系建立
6.2.1 星上瞄准坐标系的建立
6.2.2 瞄准机构方位轴坐标系
6.3 瞄准理论
6.4 提前瞄准
6.5 预瞄准和角度获取方法
6.5.1 基于GPS和星敏感器的卫星光通信跟踪瞄准角度预测方法-
6.5.2 基于星载GPS的星间激光通信快速收敛光束跟踪方法
6.6 捕获理论
6.7 影响捕获性能的因素分析
6.7.1 预瞄准误差
6.7.2 卫星平台振动
6.7.3 捕获探测性能
6.8 捕获扫描实现技术方法
6.8.1 扫描方式
6.8.2 扫描范围选取
6.8.3 扫描重叠角设置
6.9 大气对光束瞄准的影响
6.9.1 大气对光信号偏差检测的影响
6.9.2 大气对通信信号探测的影响
6.9.3 大气影响补偿方法
参考文献
第7章 光束跟踪和振动补偿技术
7.1 概述-
7.2 跟踪理论
7.2.1 单向跟踪
7.2.2 双向跟踪
7.3 影响跟踪和振动补偿因素分析
7.3.1 探测器的测角误差
7.3.2 系统误差
7.3.3 卫星平台振动
7.4 稳定跟踪控制及振动补偿方法
7.4.1 瞄准角度误差的约束条件
7.4.2 大均方差的约束条件
7.4.3 再生纵横单向凸图像形心方法
7.4.4 阈值分割法的选择
7.5 跟踪和振动补偿地面仿真模拟技术
7.5.1 实验方案
7.5.2 卫星平台振动的模拟
7.5.3 实验装置
7.5.4 实验过程描述
7.5.5 实验结果与分析
参考文献
第8章 激光通信技术
8.1 概述
8.2 卫星激光通信链路性能需求分析
8.2.1 星地激光通信链路
8.2.2 星问激光通信链路
8.2.3 深空探测激光通信链路
8.2.4 天地一体化信息网络激光通信链路
8.3 直接探测通信技术
8.3.1 直接探测原理
8.3.2 APD(雪崩光电二极管)探测器
8.4 相干探测通信技术
8.4.1 空间背景光噪声影响
8.4.2 相干通信技术
8.4.3 相干接收技术
8.4.4 相干探测的信噪比
8.4.5 多普勒频移对相干通信的影响
8.5 鲁棒自差接收方法
8.6 光纤耦合效率
8.6.1 光纤耦合的基本理论
8.6.2 光纤耦合影响的理论模型
8.6.3 耦合效率和优耦合参数
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《星辉之下：解锁无线通信的未来》 引言 在人类探索宇宙的宏伟征程中，信息的传递一直是连接地球与遥远彼岸的生命线。从早期地面站之间笨拙的信号交换，到如今能够实时传输高清视频、进行复杂科学实验的跨星际通信，无线通信技术的发展从未停歇。而当我们将目光投向地球之外，特别是那些覆盖全球、无远弗届的低轨卫星星座，便能预见一个全新的信息时代正在悄然来临。本书《星辉之下：解锁无线通信的未来》将带领读者深入探索这一激动人心的领域，揭示卫星光通信这一前沿技术如何重塑我们连接世界、探索宇宙的模式，并展望其在未来社会发展中的无限可能。 第一章：星辰大海的呼唤——为何需要卫星通信 人类对信息的需求是与生俱来的，而随着社会的发展，这种需求呈现出爆炸式增长。传统的地面通信网络，如光纤和基站，在覆盖人口密集区域时表现出色，但其固有缺点也日益凸显： 地域限制与“数字鸿沟”： 广袤的沙漠、崎岖的山脉、偏远的岛屿，甚至海洋深处，这些区域的通信覆盖常常是空白或极度昂贵的。这导致了“数字鸿沟”的出现，使得生活在这些地区的人们无法平等地获取信息、接受教育、参与全球经济活动。 灾难恢复的脆弱性： 地震、洪水、台风等自然灾害，以及战争冲突，都可能轻易摧毁地面通信基础设施，导致通信中断，阻碍救援工作，加剧灾难的影响。 移动通信的挑战： 飞机、船舶、高铁等高速移动平台，在传统网络中往往面临信号不稳定、切换频繁的问题，影响用户体验。 太空探索的需求： 随着人类对月球、火星乃至更遥远星系的探索不断深入，对可靠、高速、低延迟的星际通信提出了前所未有的要求。 正是在这样的背景下，卫星通信的概念应运而生。通过部署在地球轨道上的通信卫星，可以实现全球范围内的信息覆盖，跨越地理障碍，提供不受地面基础设施限制的连接。然而，传统的射频通信方式在速率、容量和安全性方面已逐渐显露出瓶颈。低轨卫星星座的出现，更是将卫星通信推向了一个新的高度，为解决上述挑战提供了革命性的方案。 第二章：跃入低轨——低轨卫星星座的崛起 与传统的地球静止轨道（GEO）卫星不同，低轨卫星（LEO）以其更贴近地球的轨道高度，带来了前所未有的优势： 低延迟： LEO卫星距离地面更近，信号往返的时间大大缩短，这意味着更低的通信延迟。对于实时交互应用，如在线游戏、远程手术、自动驾驶等，低延迟至关重要，而GEO卫星的延迟则难以满足这些需求。 更高的带宽和容量： 由于轨道高度较低，LEO卫星可以部署数量庞大的星座，形成密集覆盖。每个卫星都可以拥有更高的频谱效率，并通过星间链路（Inter-Satellite Links, ISLs）实现数据的高速传输，从而提供远超传统卫星通信的带宽和容量。 更低的发射成本： 相比于将卫星送往GEO轨道所需的巨大能量，LEO卫星的发射成本相对较低，使得大规模部署成为可能。 更小的天线尺寸： LEO卫星终端设备的天线尺寸也更加小巧，方便用户携带和使用。 本书将深入剖析LEO卫星星座的设计理念、部署策略，以及其如何通过“通信即服务”（Communications as a Service, CaaS）模式，为全球用户提供高品质的通信服务。我们将探讨SpaceX的Starlink、OneWeb、Amazon Kuiper等主要星座的特点，以及它们在技术实现上的差异与创新。 第三章：光芒万丈——光通信的技术革新 如果说LEO卫星星座是“载体”，那么光通信技术则是驱动这一载体实现高速、海量信息传递的“引擎”。传统的卫星通信主要依赖射频（RF）技术，而光通信则利用激光束在空间中传输信息，其优势显著： 极高的带宽和速率： 光波的频率远高于射频波，这意味着其可以承载的信息量呈指数级增长。光通信能够轻松实现Gbps甚至Tbps级别的传输速率，远超当前射频通信的能力。 更高的安全性： 激光束方向性强，信号聚焦，不易被窃听或干扰，从而提供了更高的通信安全性。 更小的天线尺寸： 相比于射频通信需要较大的天线来聚焦信号，光通信所需的光学元件更小巧，这对于空间有限的卫星和终端设备来说是巨大的优势。 不受频谱限制： 射频频谱资源日益拥挤且受管制，而光通信不受此限制，具有更大的自由度。 本书将详细阐述卫星光通信的核心技术，包括： 激光通信系统： 从激光器的选择、光束的瞄准与跟踪，到光路的优化设计，我们将揭示如何在高动态的太空环境中实现稳定可靠的光信号传输。 星间链路（ISLs）： 这是LEO卫星星座实现“全域互联”的关键。我们将深入探讨ISLs如何使卫星之间直接通信，形成一张覆盖全球的“太空互联网”，从而降低对地面站的依赖，进一步提升通信效率和韧性。 地面站的光通信接口： 如何将卫星上的光信号高效、可靠地传输到地面，以及地面终端的设计和部署。 先进的光调制与解调技术： 如何在有限的信号能量下，实现更高的数据速率和更低的误码率。 第四章：连接世界，点亮未来——卫星光通信的应用场景 卫星光通信并非仅限于太空探索，其广泛的应用前景将深刻改变我们生活的方方面面： 全球无缝高速互联网接入： 为偏远地区、农村地区提供与城市同等的互联网体验，弥合数字鸿沟。 航空与海事通信的革新： 为飞机、船舶提供稳定、高速的宽带连接，提升乘客体验，支持更复杂的通信需求。 应急通信与灾难响应： 在地面通信设施损毁的情况下，提供可靠的备用通信通道，支持救援指挥和信息发布。 物联网（IoT）的全面扩展： 为海量分布式的物联网设备提供连接，实现更智能化的城市管理、农业生产、环境监测等。 5G/6G网络的延伸与增强： 将卫星通信作为地面5G/6G网络的补充，实现真正的“万物互联”，覆盖更广阔的区域。 高精度定位与导航： 结合通信与定位功能，为自动驾驶、无人机、精准农业等提供更精确的服务。 科学研究与数据传输： 为太空望远镜、地球观测卫星等提供高速数据回传通道，加速科学发现。 国家安全与军事通信： 提供安全、可靠、全球覆盖的通信能力，支持远程指挥、情报收集等任务。 本书将通过生动的案例分析，展示卫星光通信在不同领域的实际应用，并探讨其可能带来的颠覆性影响。 第五章：挑战与展望——迈向星际互联的新纪元 尽管卫星光通信前景光明，但其发展仍面临诸多挑战： 技术成熟度与成本： 尽管技术进步迅速，但大规模商业化部署的成本仍然是关键因素。 空间碎片与轨道管理： 随着LEO星座数量的增加，空间碎片问题和轨道碰撞风险日益突出，需要国际合作来共同应对。 产业链协同与标准制定： 建立完善的产业链，统一技术标准，是推动产业健康发展的关键。 政策法规与频谱分配： 国际性的政策协调与频谱分配，是卫星通信服务全球化的重要保障。 安全与隐私： 尽管光通信本身安全性较高，但整体系统的安全防护仍然需要高度重视。 本书将深入分析这些挑战，并结合行业发展趋势，对卫星光通信的未来进行展望。我们相信，通过持续的技术创新、国际合作和政策支持，卫星光通信必将迎来一个更加辉煌的未来，为人类构建一个真正互联互通的地球，乃至更广阔的宇宙。 结语 《星辉之下：解锁无线通信的未来》不仅仅是一本关于技术发展的书籍，它更是关于人类探索未知、连接世界、追求进步的宏大叙事。通过对卫星光通信的深入剖析，我们希望能够激发读者对未来通信技术的好奇心，理解这项技术如何正在悄无声息地改变我们的世界，并为即将到来的星际互联新纪元做好准备。当我们仰望星空，不再只是看到遥不可及的光点，而是预见到一个充满无限信息与可能性的连接网络。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我对“信息”的传播有了全新的认识。我一直以为，信息就是我们手机里发送的文字、图片，或是网络上的视频。但是，读了这本书之后，我才明白，真正意义上的信息，其承载和传递方式，可以如此的“轻盈”而又“强大”。那些在太空中闪烁的光点，并非是简单的信号灯，而是承载着人类文明的无数信息载体。我开始理解，为什么需要用光来通信，为什么需要卫星来扮演“信使”的角色。书中的一些关于大气层影响、空间环境对通信的影响的讨论，让我深切体会到，在浩瀚的宇宙中进行通信，并非易事，需要克服多少意想不到的困难。那些关于信号衰减、噪声干扰的分析，让我对通信的鲁棒性有了更深的认识。我开始意识到，每一次我们能够顺畅地发送一条消息，或是观看一段流畅的视频，背后都凝聚着无数科研人员的心血和智慧。这本书不仅仅是关于一种通信技术，它更像是一部关于人类如何突破自然界限、连接彼此的史诗。它让我对那些默默奉献的科学家和工程师们肃然起敬，他们的努力，让我们得以在这个日益互联互通的世界里，享受科技带来的便利。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一扇窗，让我得以窥探那些悬浮在地球之上、闪耀着科技之光的人造卫星，以及它们如何通过光的脉冲编织出无形的通信网络。在阅读的过程中，我仿佛化身为一名在浩瀚宇宙中穿梭的探索者，亲眼见证了那些精密的仪器如何在严酷的环境下工作，如何将地球上的信息传递给遥远的太空，又如何将来自星辰大海的奥秘带回。作者们用他们深厚的专业知识，将那些原本晦涩难懂的物理原理和工程技术，化作了一幅幅生动的画面。从光波的产生、传输，到信号的调制、解调，再到卫星的轨道设计、姿态控制，每一个环节都仿佛被拆解开来，呈现在我眼前。尤其让我印象深刻的是，书中对于光纤通信与卫星通信的对比分析，让我更清晰地理解了各自的优劣势以及在不同场景下的应用价值。那种在地面上铺设光缆的局限性，在与卫星通信的“天涯若比邻”的畅快淋漓相比，更能凸显出后者在广域覆盖和快速部署方面的巨大优势。这本书不仅仅是技术层面的介绍，更让我体会到了人类智慧的结晶，以及我们在探索和连接世界方面所付出的不懈努力。它让我对未来的通信方式充满了无限的遐想，或许不久的将来，我们就能享受到更加便捷、高效、覆盖全球的通信服务，而这一切，都离不开背后无数的科学研究和技术突破，这本书正是其中一个生动的注脚。

评分☆☆☆☆☆

第一次捧起这本书，我并没有期待它能带给我多么宏大的视角，只是抱着了解一些基本概念的心态。然而，随着翻页的深入，一种前所未有的震撼感逐渐涌上心头。作者们以一种极其严谨又不失人文关怀的笔触，为我描绘了一个我从未真正想象过的世界——一个由无数微小光点构成的、横跨地表的通信网络。我开始意识到，我们习以为常的无线通信，其背后可能隐藏着如此复杂而精妙的设计。书中的内容，像是为我打开了一个全新的知识宝库，让我得以触及那些隐藏在日常生活之下的科学奇迹。我学会了理解，为什么在某些极端环境下，传统的通信方式会失效，而卫星通信却能巍然不动；我领略了，那些在高空飞行的“眼睛”是如何通过精确的计算和巧妙的设计，实现信息的高速传输。那些关于激光的运用、编码的技巧、抗干扰的策略，都让我觉得既新奇又实用。更让我惊喜的是，书中并没有止步于技术细节，而是巧妙地融入了对这种技术应用前景的展望，让我看到了它在国家安全、环境保护、灾难救援等多个领域的巨大潜力。读完这本书，我对“连接”这个词有了更深刻的理解，它不再仅仅是简单的信息传递，而是一种跨越空间、跨越障碍的强大力量，而卫星通信，正是这种力量的重要载体。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我最大的感受，是一种前所未有的“身临其境”感。仿佛自己也化身成了卫星光通信系统中的一部分，亲身体验着光信号在宇宙中的穿梭。作者们用极其生动和形象的语言，将那些枯燥的技术原理讲解得深入浅出。我看到了光信号如何在地面站发射，如何被卫星接收，然后又如何在太空中转化为另一束光，飞向另一个遥远的接收站。书中的一些图示和案例分析，更是将抽象的概念具象化，让我能够清晰地想象出整个通信链路的运作过程。我开始理解，为什么卫星需要精确的轨道和稳定的姿态，为什么光信号的功率和频率需要被严格控制。那些关于不同调制方式的介绍，让我看到了技术在追求效率和可靠性方面的不断创新。同时，我也注意到了书中对成本、功耗以及安全性等方面的考量，这让我意识到，一项先进技术的实现，需要平衡的因素是多么的复杂。总而言之，这本书让我对卫星光通信这个领域，从一个模糊的概念，变成了一个清晰而完整的图像，让我对未来的通信发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，不仅仅是知识的灌输，更是一种思维方式的启迪。我原以为，通信技术的发展无非就是越来越快、越来越方便。然而，这本书让我看到了更深层次的逻辑和更宏大的图景。作者们通过对卫星光通信原理的深入剖析，让我认识到，技术的进步往往是多学科、多领域交叉融合的结果。那些看似简单的光信号，背后却蕴含着精密的物理学原理、严谨的工程学设计，以及对材料科学、计算机科学等诸多领域的深刻理解。每一次的信号传输，都是一场经过精心策划的“太空芭蕾”。书中关于信道编码、功率控制、多址接入等方面的讲解，让我看到了技术在解决实际问题时的智慧和创造力。我开始思考，在有限的频谱资源下，如何最大化通信效率？如何在复杂的电磁环境中，保证信号的可靠传输？这些问题，都可以在书中找到令人信服的答案。更让我惊叹的是，作者们在介绍复杂技术的同时，还穿插了一些历史的叙述和未来的预测，让我看到了这项技术是如何一步步发展至今，以及未来可能的发展方向。这种宏观与微观相结合的叙述方式，让我在学习技术知识的同时，也获得了对整个通信产业发展脉络的深刻认识。