自1899年古列爾莫·馬可尼的無線電通信試驗(yàn)獲得成功，以及1945年Arthur C. Clarke提出地球外中繼思想，衛(wèi)星通信至今已經(jīng)經(jīng)過了多次技術(shù)的更新?lián)Q代。空間探測(cè)與衛(wèi)星通信領(lǐng)域涉及的多項(xiàng)技術(shù)不但有力地支持了通信技術(shù)的發(fā)展，也極大地促進(jìn)了陸地移動(dòng)通信、電信業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等的長(zhǎng)足發(fā)展，并在衛(wèi)星電視廣播、遠(yuǎn)程教學(xué)和醫(yī)療、全球軍事通信、緊急救援系統(tǒng)、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅司唧w的應(yīng)用和拓展。近年來，我國(guó)空間通信及衛(wèi)星技術(shù)不斷發(fā)展，如我國(guó)的天鏈一號(hào)衛(wèi)星和二號(hào)衛(wèi)星、天通一號(hào)衛(wèi)星、北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)、實(shí)踐十三號(hào)Ka頻段大容量衛(wèi)星和多個(gè)型號(hào)的高分衛(wèi)星相繼成功發(fā)射和運(yùn)行，天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)成功交會(huì)對(duì)接，嫦娥計(jì)劃有條不紊地進(jìn)行，未來的火星探測(cè)任務(wù)順利實(shí)施，這些都一步一步夯實(shí)了我國(guó)空間科學(xué)技術(shù)大國(guó)和強(qiáng)國(guó)的地位。未來的通信衛(wèi)星不但可以成為空間中繼器、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行組網(wǎng)，還能成為空間站的組成部件，完成復(fù)雜的空間任務(wù)。未來的偵察衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和資源衛(wèi)星將提供地球及其周圍空間更加翔實(shí)的圖像和數(shù)據(jù)信息。未來的大型衛(wèi)星可能以模塊化的方式在軌道上組合，而不是依賴大推力的火箭單次發(fā)射，衛(wèi)星壽命將更長(zhǎng)，并可更換和增加模塊。未來的小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星的發(fā)射成本將更加低廉，功能也更加豐富多樣，成為類似于無人機(jī)的低成本多應(yīng)用平臺(tái)。未來的空間旅游將成為可能，普通人接受一些基本的訓(xùn)練就可以像開車一樣在太空遨游。未來的深空探測(cè)將到達(dá)更遠(yuǎn)的地方，探尋人類與宇宙的起源，探索更多未知的宇宙空間。本書分為三篇，共二十章，第一篇（第1～12章）主要介紹衛(wèi)星通信理論與技術(shù)，第二篇（第13～17章）主要介紹衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)，第三篇（第18～20章）主要關(guān)注未來的空間探測(cè)與行星際互聯(lián)。第1章介紹了衛(wèi)星通信的背景、歷史、特點(diǎn)和通信頻段；第2章介紹了軌道理論、衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星發(fā)射和運(yùn)載工具；第3章介紹了衛(wèi)星的電源子系統(tǒng)，姿態(tài)和軌道控制子系統(tǒng)，遙測(cè)、跟蹤、遙控和監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，通信子系統(tǒng)，熱量、溫度控制子系統(tǒng)；第4章介紹了星-地鏈路的預(yù)算方法，包括無線電波的基本傳輸理論、通信系統(tǒng)噪聲、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器等；第5章介紹了大氣中的各種效應(yīng)及其對(duì)衛(wèi)星鏈路的影響，如雨和冰的影響、大氣吸收、云和霧引起的衰減、對(duì)流層和電離層閃爍、法拉第旋轉(zhuǎn)等，并給出了一些常用的減小大氣效應(yīng)影響的對(duì)策；第6章介紹了衛(wèi)星鏈路中采用的差錯(cuò)控制編碼理論；第7章介紹了衛(wèi)星多址技術(shù)；第8章介紹了GEO軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，如國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)、瑟拉亞衛(wèi)星系統(tǒng)、亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)、北美移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)以及TerreStar系統(tǒng)；第9章介紹了國(guó)外跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，以及我國(guó)的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)；第10章介紹了DBS衛(wèi)星系統(tǒng)；第11章介紹了VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)；第12章介紹了衛(wèi)星通信新技術(shù)，包括新型星上通信載荷技術(shù)、新型物理層技術(shù)、先進(jìn)天線技術(shù)和更高頻段的衛(wèi)星通信技術(shù)；第13章介紹了衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)方法，區(qū)域性和全球覆蓋星座設(shè)計(jì)，單層、多層衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)；第14章介紹了典型LEO、MEO軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，如Iridium系統(tǒng)和Odyssey系統(tǒng)等；第15章介紹了衛(wèi)星定位的原理、實(shí)用中的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS和北斗系統(tǒng)等）；第16章介紹了空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如基于CCSDS的協(xié)議體系、基于TCP/IP的協(xié)議體系和基于容延遲/中斷網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系等；第17章介紹了STK仿真軟件；第18章介紹了深空探測(cè)與深空測(cè)控、通信網(wǎng)涉及的先進(jìn)技術(shù)；第19章開展了星際網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、傳輸模式與星際互聯(lián)的討論；第20章闡述了DTN的設(shè)計(jì)思想、特性、路由策略和信息傳輸方式等。本書在對(duì)衛(wèi)星通信基本概念和基礎(chǔ)理論介紹的基礎(chǔ)上，圍繞衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，從衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、典型LEO和MEO衛(wèi)星系統(tǒng)、現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)等方面展開論述，結(jié)合衛(wèi)星通信仿真軟件STK，討論衛(wèi)星星座構(gòu)型和布局，并在論述空間信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)深空探測(cè)與深空測(cè)控、通信網(wǎng)和星際互聯(lián)等未來人類的空間探測(cè)構(gòu)想和體系開展分析，討論了星際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和空間DTN網(wǎng)絡(luò)等方面的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。本書得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（60672089、60772075、61071128、61661018）的支持，也得到了海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃高新技術(shù)項(xiàng)目（ZDYF2016010）、海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20166210、20166215）、海南省教育廳高等學(xué)�？茖W(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目 （Hnky2016ZD-5）和海南大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（kyqd1536）的支持。本書由海南大學(xué)李暉、王萍和陳敏共同編著。李暉編寫第1、3、10~13章和附錄，并完成全書的統(tǒng)稿工作；王萍編寫第2、4~9章；陳敏編寫第14~20章。研究生石堯、李鵬翔和楊亞飛對(duì)本書的內(nèi)容進(jìn)行了校正。由于作者水平有限，書中難免有欠妥之處，敬請(qǐng)讀者不吝賜教。
作 者2017年8月