本书主要介绍空间信息传输与处理的基本技术，包括空间信息传输与处理的特殊性、卫星轨道设计、卫星信道特性、星上处理与交换技术、卫星通信系统的资源管理和移动性管理、对地观测系统中的合成孔径成像技术、卫星导航基本技术、深空通信等。此外，还结合空间信息技术的最新发展，介绍一些前沿技术，为从事该领域研究工作的研究生和工程技术人员提供一定的参考。

近年来空间信息技术发展迅速，美国、中国、俄罗斯、欧盟、日本等不断提出空间互联网计划，解决剩余 30 多亿人的上网问题。我国推出了多个与空间信息技术相关的国家科技重大专项，包括高分辨对地观测系统专项、载人航天与探月工程专项、北斗卫星导航系统专项以及即将启动的天地一体化信息网络专项。移动通信卫星“天通一号”、宽带通信卫星“中星 16 号”、导航定位卫星“北斗系列”、对地观测卫星“高分系列”等成功发射，我国“一带一路”的建设跨越区域广，离不开空间信息技术的支持。2003年我国提出了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》，加速以卫星通信广播、卫星导航、卫星遥感应用为核心的卫星应用产业发展。2010年10月我国颁布了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提出做大做强航空产业、积极推进空间信息基础设施建设，促进卫星及其应用产业发展。这些政策和措施大大促进了空间信息技术的发展，各科研院所、高校都投入了大量精力研究空间信息网络的关键技术，包括星座及编队构形设计、信道模型及信道估计、星上处理、星间链路、路由交换、资源管理和移动性管理、深空信息传输及微弱信号接收、卫星导航定位以及星载SAR回波信号模拟和成像等。 作者所在的通信抗干扰技术国家级重点实验室长期从事相关的科研和教学工作，先后承担并完成与空间信息技术相关的项目30余项，包括国家自然科学基金、国家863计划项目、军事电子预研项目，以及与中国航天科技集团和中电集团所属研究院所的合作项目。 作者所在的电子科技大学从2010年开始开设“空间信息传输与处理”研究生课程，所采用的讲义得到了学生的好评。本课程使学生较为系统地掌握了空间信息传输与处理技术的基本原理，为国家培养了一批从事空间信息技术的专业人才。基于以上情况，作者在原有讲义基础上，结合近几年来空间信息技术的发展情况，组织编写了本书。 本书是电子科技大学的立项教材，得到了学校、研究生院，以及通信抗干扰技术国家级重点实验室的大力支持。 本书的体系逐层推进，从卫星轨道→链路设计→星座组网，从星间链路→星上处理→路由交换，从卫星通信→卫星导航→卫星遥感。涉及的技术包括：卫星轨道、星座及编队构形设计，链路预算及卫星信道模型，星上处理及路由交换，卫星网络接入协议及多址技术，资源管理和移动性管理，多星测控，深空信息跟踪、测量及高性能接收技术，卫星导航信号的捕获跟踪及多系统的选星算法，星载合成孔径雷达的回波信号模拟及高性能成像技术等。 本书由朱立东等编著，卓永宁编写了7.1～7.5节，吴廷勇编写了2.2节和5.1节，其余章节由朱立东编写，全书由朱立东统稿。吴诗其教授对本书进行了认真审定。在编写过程中得到了电子工业出版社韩同平编辑以及我的研究生的帮助，在此一并表示感谢！ 限于时间和水平，难免有错误和遗漏之处，希望读者不吝指正（zld@uestc.edu.cn）。 编 者 于电子科技大学

目 录 第1章 空间信息传输与处理概述 （1） 1.1 空间信息技术 （1） 1.1.1 空间信息技术的定义 （1） 1.1.2 空间信息传输链路的特点 （1） 1.1.3 空间信息技术的应用 （2） 1.1.4 空间信息传输处理的核心技术 （2） 1.1.5 中国空间信息技术的进展 （8） 1.2 空间信息网及组成 （8） 1.2.1 空间信息网结构 （8） 1.2.2 空间互联网 （9） 1.2.3 空间信息系统 （10） 1.3 空间信息传输技术 （10） 1.3.1 空间信息传输模型 （10） 1.3.2 空间信息传输关键技术 （11） 1.4 空间信息处理技术 （11） 1.5 空间信息技术的发展 （12） 1.5.1 卫星通信技术的发展 （12） 1.5.2 卫星导航定位技术的发展 （12） 1.5.3 卫星遥感技术的发展 （12） 1.5.4 地理信息系统技术的发展 （12） 习题一 （13） 本章参考文献 （13） 第2章 卫星轨道及编队构形设计 （15） 2.1 卫星轨道 （15） 2.1.1 卫星运动原理 （15） 2.1.2 卫星轨道摄动 （16） 2.1.3 地心坐标系与卫星轨道参数 （17） 2.1.4 卫星轨道分类 （19） 2.1.5 卫星的星下点轨迹 （21） 2.1.6 卫星覆盖特性计算 （21） 2.2 卫星星座 （23） 2.3 卫星编队构形设计 （24） 2.3.1 编队飞行卫星的概念及应用 （24） 2.3.2 编队卫星的相对运动分析 （26） 习题二 （30） 本章参考文献 （30） 第3章 卫星链路预算及信道模型 （32） 3.1 卫星链路传播特性 （32） 3.1.1 卫星链路传播问题 （32） 3.1.2 星间和星地链路传播特性 （32） 3.2 噪声和等效噪声温度 （35） 3.2.1 系统热噪声 （35） 3.2.2 噪声温度和噪声系数 （35） 3.3 卫星全链路质量分析及链路设计 （36） 3.3.1 链路预算分析 （36） 3.3.2 全链路传输质量 （37） 3.4 卫星移动通信链路特性 （38） 3.5 卫星信道模型及信道模拟器 （40） 3.5.1 卫星信道建模方法 （40） 3.5.2 信道建模常用概率密度函数 （41） 3.5.3 卫星移动通信信道模型 （42） 3.5.4 Ka频段宽带卫星信道模型 （46） 3.5.5 卫星信道模型的仿真实现 （49） 3.5.6 卫星信道模拟器 （51） 习题三 （52） 本章参考文献 （53） 第4章 星上路由交换与处理技术 （55） 4.1 星上交换 （55） 4.1.1 星上交换的意义 （55） 4.1.2 星上交换体制 （55） 4.2 卫星网络路由技术 （59） 4.2.1 卫星网络拓扑结构特点及控制 （59） 4.2.2 卫星网络路由概述 （59） 4.2.3 两种典型的路由算法 （62） 4.3 卫星转发器及星上处理 （64） 4.3.1 卫星转发器的组成 （64） 4.3.2 转发器的EIRP和G/T （65） 4.3.3 卫星转发器分类 （65） 4.3.4 星上处理 （65） 4.4 星上抗干扰技术 （67） 4.4.1 卫星通信面临的干扰威胁 （67） 4.4.2 星上抗干扰技术 （69） 习题四 （73） 本章参考文献 （74） 第5章 星间链路及星座组网技术 （75） 5.1 星间链路 （75） 5.1.1 星间链路的概念及组成 （75） 5.1.2 建立星间链路的意义 （75） 5.1.3 星间链路的种类 （75） 5.1.4 星间链路的传输介质及频段 （75） 5.1.5 星间链路的方位角和仰角 （76） 5.1.6 星间链路的几何动态特性 （77） 5.1.7 星间链路需要解决的问题 （80） 5.2 卫星通信系统的随机多址接入协议 （81） 5.2.1 时隙ALOHA （81） 5.2.2 扩频S-ALOHA （82） 5.3 卫星通信系统的多址方式 （83） 5.3.1 卫星频分多址（FDMA）技术 （83） 5.3.2 卫星时分多址（TDMA）技术 （84） 5.3.3 卫星码分多址（CDMA）技术 （85） 5.4 卫星移动通信系统的资源管理及移动性管理 （86） 5.4.1 资源管理 （87） 5.4.2 移动性管理 （88） 5.5 多星测控 （91） 5.5.1 测控系统概述 （91） 5.5.2 多星测控出现的问题及解决途径 （92） 5.5.3 新测控技术 （92） 5.5.4 星座卫星系统测控 （92） 5.5.5 星座卫星系统的多星测控途径 （93） 习题五 （93） 本章参考文献 （93） 第6章 深空通信技术 （96） 6.1 深空通信概述 （96） 6.2 深空通信系统的组成及工作原理 （98） 6.3 深空通信的跟踪、测量技术 （100） 6.4 深空通信的主要技术 （101） 6.5 深空微弱信号接收技术 （103） 6.5.1 单台接收机的相干接收技术 （103） 6.5.2 天线组阵技术 （105） 6.5.3 组阵相关算法 （109） 习题六 （110） 本章参考文献 （110） 第7章 卫星导航定位技术 （111） 7.1 概述 （111） 7.2 卫星导航定位基础 （112） 7.3 双静止轨道卫星定位系统 （115） 7.4 GPS导航定位系统 （117） 7.4.1 GPS系统结构 （117） 7.4.2 GPS系统工作原理 （117） 7.4.3 绝对定位和相对定位 （118） 7.5 低轨卫星导航定位系统 （121） 7.6 卫星导航定位系统的选星算法 （122） 7.6.1 单一卫星导航定位系统的选星 （122） 7.6.2 卫星融合系统的选星 （124） 7.7 卫星导航信号捕获技术 （126） 7.7.1 串行搜索 （126） 7.7.2 并行频率搜索 （127） 7.7.3 并行码相位搜索 （127） 7.7.4 捕获算法比较 （128） 习题七 （130） 本章参考文献 （130） 第8章 星载合成孔径雷达技术 （132） 8.1 合成孔径雷达工作原理 （132） 8.2 星载合成孔径雷达回波信号模型及回波模拟 （133） 8.2.1 点目标回波信号模型 （133） 8.2.2 点目标回波信号模拟 （136） 8.2.3 面目标回波信号模拟 （138） 8.3 卫星编队构形对空间分辨率的影响 （141） 8.3.1 单星SAR空间分辨率 （141） 8.3.2 直线型编队构形对空间分辨率的影响 （142） 习题八 （150） 本章参考文献 （151）

朱立东，电子科技大学通信抗干扰国家级实验室，教授，主编了教育部普通高等教育十一五国家级规划教材《卫星通信导论》。