空间通信

以航天器为对象的无线电通信

空间通信是一种以航天器（或天体）为对象的无线电通信。航天器亦称空间飞行器或宇宙飞行器，它是在地球大气层以外的宇宙空间，基本按天体力学的规律运行的飞行器。空间通信的基本形式有地球站和航天器之间的通信，航天器相互之间的通信，通过航天器转发或反射电磁波进行的地球站之间的通信。航天器有人造地球卫星、空间探测器、载人飞船、航天站和航天飞机。地球站是指设在地球表面（包括陆地、水上和大气层中）的通信站。

历史

1945年，英国的A.C.克拉克提出利用静止轨道上的人造地球卫星进行全球通信的设想。1946年，美国陆军用调制的连续波和电传打字信号进行了月球反射试验,1957年美国海军用话音进行了月球反射试验,到1960年便利用月球反射在夏威夷与华盛顿之间进行了通信。1959年10月苏联“月球”3号探测器传回月球背面的第一张照片。1962年美、英、法利用“电星”1号低轨道卫星进行了横跨大西洋的通信试验。1963年美国和日本通过“中继”1号低轨道卫星第一次成功地进行了横跨太平洋的电视传输。1964年又用“辛康”3号静止卫星转播了东京举行的奥林匹克运动会的实况。1965年国际通信卫星组织利用“晨鸟”号静止通信卫星首次进行了商用通信。美国的“旅行者”1号探测器于1980年掠过土星，向地球发回了大量照片和资料。

中国在1970年4月发射了第一颗人造地球卫星“东方红”1号，它向地球发回了乐曲和遥测信号。1984年4月8日，中国发射了第一颗试验通信卫星并于4月16日定点于东经125°赤道上空，进行了通信、广播、电视传输等试验。

定义

空间通信是指航天器、天体与地球站相互之间的无线电联系。地球站包括地面、空中和海上的无线电通信站。空间通信的基本形式（图1）是：(a)表示航天器、天体与地球站之间的通信;(b)表示航天器之间的通信;(c)表示通过航天器、天体实现的地球站之间的通信;(d)表示通过多个航天器实现地球站之间的通信；(e)是(a)和(b)的结合。

地球站

地球站包括内容很多，有地面、空中和海上的无线电通信站。空间通信的基本形式（图1）是：（a）表示航天器、天体与地球站之间的通信；（b）表示航天器之间的通信；（c）表示通过航天器、天体实现的地球站之间的通信；（d）表示通过多个航天器实现地球站之间的通信；（e）是（a）和（b）的结合。

特点

空间通信距离远，信号弱，要保证有效地通信，地球站须有灵敏度极高的接收设备。空间目标是运动的，因而在必要时接收天线应对目标定向连续跟踪。航天器的发射机输出功率受到限制，地球站须使用大口径天线和低噪声放大器。深空通信中地面使用高增益的、指向可控的抛物面天线，最常用的天线口径为18米和27米。航天器的通信设备必须重量轻、体积小、抗辐射、寿命长,能经受冲击和振动,而且可靠性高。

空间通信使用的频段很宽，从超长波段到毫米波段，乃至激光。卫星通信常用的频段是1～15吉赫,并已开始使用更高频段。

主要业务

一个复杂的空间通信系统是上述各种通信形式的组合。主要业务有：

（1）跟踪定位：跟踪测量运动目标（航天器或移动地球站）以确定其轨道或位置。

（2）遥测：监测航天器、空间环境、航天员的生理和活动情况。

（3）遥控：发送指令，使航天器设备完成规定的动作。

（4）通信：地面人员与宇航员间，或通过航天器实行地球站间通信。

（5）电视：监视航天器工作和宇航员活动i观察地球和探测深空。

一个复杂的空间通信系统包含上述多种业务。空间通信使用的频段为超长波到毫米波和激光。它的基本设备为发射和接收设备，信号和数据处理设备，信号监测和控制设备等。要求空间通信设备体积小、重量轻、功耗小、高可靠和长寿命，能在恶劣环境（振动、加速度、高真空、低温、粒子辐射等）下工作，对地球站设备的要求是发射功率大，接收灵敏度高，能自动捕获跟踪、测量和控制目标，能快速或实时处理信息。

自1957年10月4日苏联发射了世界上第一个人造地球卫星以来，空间通信已广泛应用于各种卫星应用系统（通信、导航、测地定位、侦察、气象观测、地球资源探测等），各种载人飞船、航天站、航天飞机，各种行星、月球和星际探测器，以及各种航天测控通信网等。

分类

空间通信按传递信息的形式分为模拟通信和数字通信。

模拟通信传输的是模拟信息。数字通信对传递的各种信息进行数字编码，再调制到副载波上进行传递。

数字通信与计算机连接使用：如采用约定的编码方案，还易于实现保密通信，所以数字通信是现代空间通信的主要形式。

空间通信按照传递的信息内容分为话音通信、图像通信和遥测或指令信息传输等。地球与载人航天器之间的话音通信大多使用甚高频和超高频频段。

文字、图形、像片等图像信息传输分为电视图像传输和数字图像传输。航天中的电视一般采用窄带和低速扫描，也有用快扫描、高分辨率的电视线路的。数字图像传输把光学、红外或者微波成像器所拍摄的图像以数字数据的形式传给地球站。高分辨率图像多采用数字图像通信方式。

航天器与地球站的遥测数据或指令传输是空间通信的一个重要方面。如生物医学数据、各系统的性能和工作状态数据和各种试验结果数据以及各种遥控指令等。“陆地卫星”4号的通信系统由两个分系统组成:宽带数据系统和卫星遥测系统。前者用来传输图像数据，工作在Ku波段、X波段和S波段；后者工作在S波段,用于跟踪、指令和工程遥测（图2）。遥测系统由多用途模块组成。与跟踪和数据中继卫星系统通信时，使用高增益天线；与地球站通信时使用两副全向天线。卫星上的计算机用于控制卫星的功能和遥测工作方式并存贮指令。

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