航天测量船卫星通信地球站技术

本书根据新一代航天远洋测量船船载卫星通信地球站工程设计、建设与实际应用，结合近几年有关船载卫星通信地球站课题开展的成果和一线岗位实际的工作经验，全面地对船载卫星通信地球站相关知识、通信信道终端、天线伺服控制以及设备系统管理等技术进行了介绍，具有较高的推广应用价值。本书主要内容包括卫星通信基础知识、信道传输技术及设备、站监控、通信链路计算、天线伺服、位置检测、驱动与传动、天线稳定及跟踪、船载天线故障预警与诊断技术等，同时介绍了船载卫星通信地球站常用仪器仪表的性能和基本操作，提供了船载卫星通信地球站系统设备维护和性能指标测试方法。

张建飞 浙江兰溪人，工学硕士，1987年毕业于国防科技大学。先后从事国防科研试验基地靶场计量、军事院校装备技术专业教学、航天测量船基地通信总体技术等工作。主要研究领域为远洋船舶通信系统、天线伺服跟踪控制等。合作编著《卫星通信设备维护手册》 《航天测量船综合信息传输平台技术》等教材，主编《航天测量船数字电视系统》 《航天测量船通信技术概论》等图书，发表科技论文50余篇。

第 1章　绪论 1
1．1 卫星通信简介 1
1．1．1 卫星通信基本概念 1
1．1．2 卫星通信系统的分类 2
1．1．3 卫星通信工作频段 3
1．1．4 卫星通信的特点 4
1．2 卫星通信地球站 5
1．2．1 卫通站的分类 7
1．2．2 卫通站设备组成 10
1．3 测量船船载移动卫通站 12
1．3．1 系统组成 12
1．3．2 内外关系 15
1．3．3 主要性能指标 16
1．3．4 主要特点 17
第 2章　卫星通信基础 18
2．1 电波传输 18
2．1．1 自由空间的电波传播 18
2．1．2 电波传播方式 21
2．1．3 电波传播中的衰落特性 22
2．1．4 卫星通信链路 25
2．1．5 卫星链路抗衰落技术 28
2．2 通信体制 30
2．2．1 多址联接技术 30
2．2．2 多址分配制度 31
2．2．3 调制解调方式 33
2．2．4 信源编码技术 34
2．2．5 差错控制编码技术 36
2．3 通信卫星 36
2．3．1 卫星运行轨道及分类 36
2．3．2 通信卫星的组成 38
2．3．3 卫星载波覆盖范围 40
2．3．4 地球静止卫星 41
第3章　天线与馈源技术 44
3．1 天线技术 44
3．1．1 天线的功能 44
3．1．2 卫通站天线的基本组成及其作用 44
3．1．3 卫星通信天线的常用类型 45
3．1．4 天线主要技术参数 49
3．1．5 测量船船载卫通天线简介 51
3．2 馈源技术 54
3．2．1 多模馈源喇叭 55
3．2．2 TE21模耦合器 56
3．3 天线极化技术 57
3．3．1 线极化 57
3．3．2 圆极化 58
3．3．3 天线极化转换工作原理 58
第4章　信道传输技术及设备 59
4．1 调制解调与编码技术 59
4．1．1 调制解调技术 59
4．1．2 信道编码技术 62
4．1．3 调制解调器简介 66
4．2 变频器 76
4．2．1 变频器的组成及分类 76
4．2．2 变频器的工作原理 79
4．2．3 上变频器 82
4．2．4 下变频器 85
4．3 微波功率放大器 89
4．3．1 微波功率放大器的作用及特点 90
4．3．2 微波功率放大器的组成 90
4．3．3 微波功率放大器原理及性能 91
4．4 低噪声放大器 93
4．4．1 低噪声放大器的作用 93
4．4．2 低噪声放大器的工作原理 94
4．4．3 低噪声放大器分系统的组成及控制 95
4．4．4 低噪声放大器简介 97
4．5 射频光纤传输系统 99
4．5．1 射频光纤传输系统在卫通站中的应用 99
4．5．2 工作原理 99
4．5．3 备份模式 100
4．5．4 参数指标 101
第5章　站监控技术 102
5．1 概述 102
5．2 系统组成及工作原理 103
5．2．1 系统组成 103
5．2．2 工作原理 104
5．2．3 工作模式 105
5．3 主要功能 105
5．3．1 站内监控软件的主要功能 105
5．3．2 集中监控软件的主要功能 106
5．3．3 技术指标要求 107
5．3．4 使用要求 107
5．4 监控项目 107
5．4．1 监控范围 107
5．4．2 监视控制项目 108
5．5 主要工作流程 108
5．5．1 站内监控流程 108
5．5．2 集中监控流程 109
5．6 站内监控设计 110
5．7 集中监控设计 112
5．8 网管信道分析 114
第6章　卫星通信链路计算 116
6．1 卫星通信电波传播特性 116
6．1．1 自由空间传播损耗 116
6．1．2 大气损耗 117
6．2 噪声系数和噪声温度 118
6．3 卫星链路计算 119
6．4 卫星链路计算实例 122
6．4．1 典型卫星参数 122
6．4．2 地球站有关参数 123
6．4．3 信道传输参数 123
6．4．4 链路计算过程及结果 123
第7章　天线伺服技术 127
7．1 天线伺服系统 127
7．1．1 伺服系统分类 128
7．1．2 基本组成和工作原理 131
7．1．3 伺服系统主要指标 133
7．2 船载卫通站伺服系统 134
7．2．1 稳定和跟踪体制 134
7．2．2 伺服系统跟踪基本原理 134
7．2．3 系统基本构成 135
第8章　位置检测系统 138
8．1 感应同步器 139
8．1．1 结构 139
8．1．2 工作原理 140
8．1．3 测量方法 141
8．2 轴角检测与编码技术 142
8．2．1 自整角机 142
8．2．2 旋转变压器 147
8．2．3 编码器 153
8．2．4 光电编码器 157
第9章　驱动与传动技术 160
9．1 步进伺服系统 160
9．1．1 概述 160
9．1．2 步进电动机的分类、结构及特点 161
9．1．3 步进电动机的工作原理、主要参数及选用 162
9．1．4 步进电动机的驱动与控制 165
9．2 直流伺服系统 168
9．2．1 直流电动机 168
9．2．2 直流伺服电动机 170
9．2．3 可控硅调压和脉宽调压 173
9．2．4 直流伺服电动机调速系统 178
9．3 交流伺服系统 180
9．3．1 交流电动机及其调速系统 181
9．3．2 异步交流伺服电动机的工作原理 185
9．3．3 永磁同步交流伺服电动机 187
9．3．4 双闭环消隙交流伺服驱动功放 189
9．4 伺服传动间隙的影响及其补偿 192
9．4．1 机械传动的间隙 192
9．4．2 传动间隙的影响 193
9．4．3 伺服系统的电消隙传动 193
9．5 典型的伺服驱动系统 196
第 10章　船摇隔离技术 201
10．1 船摇隔离及稳定 202
10．1．1 稳定精度的度量 202
10．1．2 隔离度表达式 202
10．2 外引导隔离技术 203
10．3 陀螺稳定平台 204
10．3．1 陀螺稳定环路 204
10．3．2 光纤陀螺仪 208
10．4 前馈隔离技术 209
10．4．1 前馈问题 209
10．4．2　前馈补偿 209
10．5 陀螺环路的预期特性 211
10．5．1 陀螺环路结构特性 211
10．5．2 前馈补结构特性 211
10．5．3 搜索位置环 212
第 11章　天线跟踪技术 213
11．1 概述 213
11．1．1 系统组成 213
11．1．2 跟踪方式 214
11．2 程序跟踪 214
11．2．1 天线角度预报 214
11．2．2 环路控制特点 215
11．3 步进跟踪 215
11．3．1 基本原理 215
11．3．2 同一步式跟踪 216
11．3．3 双向搜索步进跟踪 216
11．3．4 记忆极值式跟踪 217
11．4 圆锥扫描跟踪 218
11．4．1 概述 218
11．4．2 基本原理 218
11．4．3 圆锥扫描跟踪体制 218
11．5 单脉冲跟踪 219
11．5．1 概述 219
11．5．2 跟踪方式 220
11．5．3 测量船卫通站天线A-E-C三轴跟踪 223
11．5．4 单脉冲跟踪接收机 225
11．6 极化跟踪 230
11．6．1　极化变换器 231
11．6．2 A-E-C三轴座架下的极化跟踪特点 232
11．6．3 极化变换网络设计 232
11．6．4 天线高仰角跟踪有关问题 234
11．7 船载天线动态校相 236
11．7．1 基本原理 237
11．7．2 实现动态校相的技术方法 239
11．7．3 动态校相达到的效果 240
第 12章　天线伺服传动系统故障预警技术 242
12．1 测点布置及传感器 243
12．2 下位机监测软件 244
12．3 上位机数据库 248
12．4 上位机诊断软件 250
12．4．1 人工精密分析工具 251
12．4．2 智能诊断方法 262
第 13章　船载卫通站指标测试 267
13．1 伺服系统指标 267
13．1．1 船摇隔离度 267
13．1．2 跟踪精度 268
13．1．3 跟踪环路性能 269
13．1．4 动态捕获概率 270
13．2 伺服系统性能 271
13．2．1 天线驱动范围及限位功能 271
13．2．2 伺服整体驱动性能 271
13．2．3 天线动态性能 272
13．2．4 线极化面调整范围 274
13．2．5 码头捕获概率统计 275
13．3 跟踪接收机 276
13．3．1 输入频率及频率捕获范围 276
13．3．2 AGC控制范围及特性 278
13．3．3 (E和(C差斜率及交叉耦合 280
13．4 终端及信道分系统 281
13．4．1 系统电平调整 281
13．4．2 EIRP能力测试 283
13．4．3 上行功率电平稳定度测试 285
13．4．4 上行线路中频-射频幅度频率特性和群时延特性测试 286
13．4．5 杂散辐射（不含互调产物）测试 287
13．4．6 上行系统相位噪声测试 289
13．4．7 下行线路射频-中频负担频率特性和群时延特性测试 291
13．4．8 下行系统相位噪声测试 293
13．4．9 上星自环中继信道、用户信道误码率测试 294
13．4．10 双方对通用户信道、中继信道误码率 295
13．5 终端及信道分系统各环路 296
13．5．1 卫星模拟转发器射频环误码率 296
13．5．2 中频环误码率 297
13．5．3 基带环误码率 298
13．6 信道终端设备 298
13．6．1 低噪声放大器增益-频率特性测试 298
13．6．2 变频器幅度频率响应特性测试 300
13．6．3 变频器群时延特性测试 301
13．6．4 变频器相位噪声测试 303
13．6．5 高功放输出功率测试 304
13．6．6 高功放增益测试 305
13．6．7 高功放增益-频率特性测试 306
13．7 终端及信道分系统任务开通测试 307
13．7．1 系统误码率曲线测试 307
13．7．2 系统24h误码率测试 310
13．7．3 调制器输出频谱测试 311
13．7．4 HPA输出频谱测试 312
第 14章　船载卫通站常用仪器、仪表 314
14．1 频谱分析仪 314
14．1．1 工作原理 314
14．1．2 技术指标 316
14．1．3 基本操作 319
14．1．4 维护保养及注意事项 326
14．2 误码测试仪 327
14．2．1 工作原理 327
14．2．2 技术指标 329
14．2．3 基本操作方法 331
14．2．4 维护保养及注意事项 335
14．3 信号发生器 335
14．3．1 工作原理 336
14．3．2 技术指标 337
14．3．3 基本操作 339
14．3．4 维护保养及注意事项 342
14．4 数字示波器 343
14．4．1 工作原理 343
14．4．2 技术指标 345
14．4．3 基本操作 347
14．4．4 维护保养及其注意事项 350

附录A　缩略语 352
附录B　风力等级 362
附录C　涌浪等级 363
参考文献 364