卫星通信导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:吴诗真等

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2006-8

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787121028458

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《星际之桥：构建你的无线地球》 目录 前言 第一章：信号的远征——理解电磁波的奥秘 1.1 光的舞蹈：电磁波谱的入门 1.2 无形之翼：波长的力量与频率的语言 1.3 穿越时空的信使：电磁波的传播特性 1.4 信号的旅程：从源头到接收的完整解析 第二章：太空的眼睛——地球轨道与航行之术 2.1 悬浮的舞台：地球的引力场与轨道力学 2.2 不同的视角：低地球轨道（LEO）的迅捷与覆盖 2.3 静止的守望者：地球静止轨道（GEO）的恒久与稳定 2.4 中间地带的优势：中地球轨道（MEO）的平衡之道 2.5 轨道的选择：任务需求与经济考量 第三章：天空的信标——航天器与载荷的智慧 3.1 宇宙中的家：航天器的结构与系统设计 3.2 接收与传递的心脏：天线的原理与类型 3.3 信息的编织者：调制解调器的艺术 3.4 能量的源泉：电力系统与推进器 3.5 智慧的内核：载荷的功能与任务载荷的部署 第四章：地球的回响——地面站与基础设施 4.1 信号的港湾：地面站的选址与建设 4.2 接收的耳朵：射电望远镜与接收天线 4.3 发送的嘴巴：发射机与功率放大器 4.4 信息的枢纽：网络连接与数据处理中心 4.5 运维的保障：站点的管理与维护 第五章：无线的未来——通信协议与网络架构 6.1 语言的规则：通信协议的设计与演进 6.2 数据的分配：多址接入技术 6.3 纠错的智慧：信道编码与差错控制 6.4 资源的共享：频谱分配与干扰管理 6.5 网络的互联：星地一体化与全球通信网络 第六章：超越视野——应用场景与发展前沿 7.1 连接世界的脉搏：全球通信网络 7.2 探索宇宙的奥秘：深空探测与科学研究 7.3 监测地球的呼吸：遥感与地球观测 7.4 驾驭天空的航线：航空通信 7.5 海洋的呼唤：海上通信 7.6 应急通信的生命线 7.7 正在发生的变革：低轨星座的崛起与未来展望 附录 常用术语表 参考文献 --- 前言 自人类仰望星空的那一刻起，对远方的探索与连接的渴望便从未停止。从最初的烽火狼烟，到跨越山川河流的电报，再到横跨大陆的电话，我们一直在寻求突破时空限制的通信方式。而当目光投向那片浩瀚无垠的宇宙，一个全新的维度在我们面前展开。在那里，我们不必依赖崎岖的地表网络，不必被地理障碍所束缚，而是可以借助那些在漆黑夜空中闪烁的光点——卫星，来编织一张覆盖全球的无线之网。 本书并非探讨某一特定领域的深入技术细节，而是旨在为读者描绘一幅宏大的图景：如何利用精巧的工程设计和物理学的原理，将地球上的信息传递到遥远的太空，再由太空的使者将其送达地球的每一个角落。我们将一同踏上一段探索“星际之桥”的旅程，理解那些看不见的信号如何在真空和大气层中穿梭，又如何在精密的系统设计下，最终转化为我们日常生活中触手可及的通信服务。 本书的读者对象是所有对现代通信技术，特别是那些借助太空力量的通信方式抱有好奇心的人们。无论你是通信领域的初学者，还是对科学技术充满热情的爱好者，亦或是希望从更广阔的视角理解我们所处信息时代的人，都能从本书中找到启迪。我们不要求你拥有深厚的物理学或工程学背景，而是希望通过清晰的语言和逻辑的引导，让你领略到这项技术所蕴含的魅力与智慧。 第一章：信号的远征——理解电磁波的奥秘 要理解太空中的通信，首先必须理解构成通信基础的“信号”本身。信号并非虚无缥缈，而是有其物质形态——电磁波。本章将为你揭开电磁波的神秘面纱，让你明白它是如何产生的，又是如何传播的。 1.1 光的舞蹈：电磁波谱的入门 我们所见的可见光，不过是电磁波谱中极小的一部分。从无线电波到伽马射线，它们都以相似的方式传播，但拥有截然不同的性质。我们将一起探索这个广阔的谱系，了解不同频段的电磁波各自扮演着怎样的角色，以及为何我们选择特定的电磁波段来进行远距离的无线通信。理解电磁波谱，就如同认识了信号世界的“字母表”，是解读一切无线通信的基础。 1.2 无形之翼：波长的力量与频率的语言 电磁波有两个至关重要的特性：波长和频率。它们之间存在着精妙的反比关系，共同决定了电磁波的能量和传播特性。波长短的信号穿透力强，但携带的信息量有限；波长长的信号携带信息量大，但容易受到环境干扰。我们将深入理解这两个参数的含义，以及它们在信号设计中的重要作用，就好比为信使选择合适的“衣着”和“脚步”去执行任务。 1.3 穿越时空的信使：电磁波的传播特性 电磁波能在真空中以光速传播，这是它最令人着迷的特性之一。然而，当它穿过大气层、遇到障碍物时，又会发生反射、折射、散射和衰减。本节将剖析这些传播过程，理解信号在到达目的地之前所经历的“磨难”，以及这些因素如何影响信号的强度和质量。这就像是为你的信使规划一条最平坦、最可靠的路线，并预见到可能遇到的“风雨”。 1.4 信号的旅程：从源头到接收的完整解析 从信息产生的那一刻起，到最终被接收端解读，信号完成了一场完整的旅程。我们将审视信息是如何被“编码”成适合传输的信号形式，信号又是如何被“调制”到特定的载波频率上，然后在空中传播，最后在接收端被“解调”并“解码”回原始信息。这个过程的每一个环节都充满了精巧的设计，确保信息能够忠实地传递，即使远隔万水千山。 第二章：太空的眼睛——地球轨道与航行之术 将信号送入太空，就需要将“发送者”——通信卫星，部署在合适的“舞台”上。这个舞台就是地球的轨道。不同的轨道高度和运行方式，赋予了卫星不同的“视野”和“职责”。 2.1 悬浮的舞台：地球的引力场与轨道力学 为什么卫星不会掉下来？为什么它们能稳定地绕地球运行？答案在于地球的引力场与卫星运动速度之间的精妙平衡。本节将为你介绍基础的轨道力学原理，理解万有引力是如何“抓住”卫星，而卫星的速度又是如何让它“逃脱”直接坠落。这就像是理解舞台本身的物理定律，为后续的“舞蹈”奠定基础。 2.2 不同的视角：低地球轨道（LEO）的迅捷与覆盖 低地球轨道（LEO）是距离地球最近的轨道之一，卫星运行速度极快，绕地球一周只需90分钟左右。这使得LEO卫星能够提供极高的传输速率和较小的信号延迟，适合对实时性要求极高的应用。然而，由于其覆盖范围有限，需要大量的卫星组成星座才能实现全球覆盖。我们将探讨LEO的优势与挑战。 2.3 静止的守望者：地球静止轨道（GEO）的恒久与稳定 地球静止轨道（GEO）是一个非常特殊的轨道。在此轨道的卫星，其绕地球运行的角速度与地球自转的角速度完全相同，且运行方向与地球自转方向一致。因此，从地面上看，GEO卫星仿佛“固定”在天空中的某一点。这极大地简化了地面接收天线的指向问题，非常适合广播电视、固定通信等需要长时间稳定覆盖的应用。 2.4 中间地带的优势：中地球轨道（MEO）的平衡之道 介于LEO和GEO之间的是中地球轨道（MEO）。MEO卫星的运行周期比LEO长，但比GEO短，轨道高度介于两者之间。MEO轨道结合了LEO的低延迟和GEO的较广覆盖范围的优点，常用于全球导航系统（如GPS、北斗）和一些宽带通信系统。 2.5 轨道的选择：任务需求与经济考量 每一种轨道都有其独特的优势和局限性。通信卫星选择哪种轨道，取决于其预期的任务目标、所需的覆盖范围、信号延迟的要求、以及建设和维护的经济成本。本节将综合分析，让你明白为何不同的通信任务会选择不同的“太空舞台”。 第三章：天空的信标——航天器与载荷的智慧 通信卫星并非简单的金属盒子，而是集成了复杂的科技系统，能够高效地接收、处理和转发信号。本章将深入剖析卫星的核心组成部分，了解它们是如何协同工作的。 3.1 宇宙中的家：航天器的结构与系统设计 从坚固的外壳到精密的内部电子设备，航天器需要承受严酷的太空环境。我们将了解航天器的主体结构，以及支撑其运行的各个子系统，包括姿态控制系统、热控系统、通信系统、电源系统和推进系统等。每一个系统都至关重要，共同构成了航天器的生命线。 3.2 接收与传递的心脏：天线的原理与类型 天线是卫星与地面之间通信的“耳朵”和“嘴巴”。它负责将空间中的电磁波能量聚焦或散播。我们将学习不同类型天线的原理，如抛物面天线、相控阵天线等，以及它们在接收和发射信号时的不同表现。一个好的天线设计，是信号强弱的关键。 3.3 信息的编织者：调制解调器的艺术 航天器内部的调制解调器（Modem）是信息的“翻译官”。它将地面发送的数字信号转换为适合在无线信道中传输的模拟信号（调制），并将接收到的模拟信号还原为数字信号（解调）。我们将了解调制解调的基本原理，以及如何通过不同的调制技术来提高信息传输的效率和可靠性。 3.4 能量的源泉：电力系统与推进器 卫星需要在太空中独立运行，因此强大的电力系统至关重要。太阳能帆板是主要的能量来源，而电池则负责储存能量。此外，推进器用于调整卫星的轨道和姿态，使其保持在预定的位置。我们将探讨这些动力系统的运作方式。 3.5 智慧的内核：载荷的功能与任务载荷的部署 通信卫星的核心功能由其“载荷”决定。通信载荷是完成信息转发的关键部分，包括转发器、滤波器等。不同的任务，还可以搭载其他类型的载荷，如地球观测设备、导航信号发生器等。我们将了解任务载荷的种类及其在卫星通信中的作用。 第四章：地球的回响——地面站与基础设施 信号飞向太空，最终还需要回到地面。地面站就是那个接收和发送信号的“耳朵”和“嘴巴”，是连接卫星与地面网络的重要枢纽。 4.1 信号的港湾：地面站的选址与建设 地面站的选址非常关键，需要考虑无线电干扰、地形、电力供应、以及与通信网络的连接便利性等因素。本节将介绍建设一个高效地面站所需的考量。 4.2 接收的耳朵：射电望远镜与接收天线 地面站通常配备有大型的碟形天线，能够精确地捕捉来自遥远卫星的微弱信号。我们将了解这些天线的结构和工作原理，以及如何通过复杂的跟踪系统来保持对卫星的精准锁定。 4.3 发送的嘴巴：发射机与功率放大器 地面站也需要将信号发送给卫星。强大的发射机和功率放大器能够将信号能量提升到足够的水平，以确保信号能够成功地到达卫星。 4.4 信息的枢纽：网络连接与数据处理中心 接收到的信号需要被处理和分发。地面站通常连接到庞大的地面通信网络，并通过数据处理中心将信息传递给最终用户。 4.5 运维的保障：站点的管理与维护 一个稳定运行的地面站需要持续的监控和维护，确保所有设备都能正常工作，并及时应对可能出现的故障。 第五章：无线的未来——通信协议与网络架构 即使拥有强大的硬件，信号也需要遵循一套“规则”才能有效地在复杂的网络中传输。本章将探讨通信协议和网络架构，它们是保证信息流畅传输的“软件”和“组织者”。 5.1 语言的规则：通信协议的设计与演进 通信协议是设备之间进行通信时必须遵守的一套规则和标准。就像人类交流需要语言和语法一样，设备通信也需要遵循特定的协议。我们将了解不同层级的通信协议，以及它们如何协同工作，确保数据能够被正确地发送、接收和解释。 5.2 数据的分配：多址接入技术 在卫星通信系统中，有限的频谱资源需要被多个用户共享。多址接入技术，如频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和正交频分多址（OFDMA）等，就是用来解决这个问题的。我们将学习它们的工作原理，理解如何在共享的信道中为每个用户分配独立的通信“时段”或“通道”。 5.3 纠错的智慧：信道编码与差错控制 信号在传播过程中难免会受到噪声和干扰，导致数据出错。信道编码技术就是在发送的数据中加入冗余信息，使得接收端能够检测并纠正错误。我们将了解常见的信道编码方法，以及它们如何提高通信的可靠性。 5.4 资源的共享：频谱分配与干扰管理 无线电频谱是宝贵的资源，需要进行有效的分配和管理，以避免不同通信系统之间的干扰。我们将探讨频谱管理的基本原则，以及如何通过技术手段来最大化利用频谱资源。 5.5 网络的互联：星地一体化与全球通信网络 现代通信网络越来越趋向于“星地一体化”，即将卫星通信与地面通信网络紧密结合，形成一个无缝覆盖的全球通信体系。我们将展望未来的网络架构，以及卫星通信将在其中扮演的角色。 第六章：超越视野——应用场景与发展前沿 卫星通信并非仅限于技术层面，它已经深刻地改变了我们的生活，并在不断拓展新的应用领域。 6.1 连接世界的脉搏：全球通信网络 从跨国电话到互联网接入，卫星通信是全球通信网络不可或缺的一部分，它弥合了地理上的鸿沟，连接起世界各地的人们。 6.2 探索宇宙的奥秘：深空探测与科学研究 无论是探测遥远的行星，还是观测宇宙深处的现象，深空探测器都需要依靠强大的通信系统将宝贵的数据传回地球，而这些通信往往依赖于大型的地面接收站和特殊的通信技术。 6.3 监测地球的呼吸：遥感与地球观测 卫星搭载的遥感设备能够以前所未有的广度和精度监测地球的环境、气候、资源和灾害，为环境保护、农业生产、城市规划等提供重要的信息支持。 6.4 驾驭天空的航线：航空通信 现代飞机需要与地面保持实时的通信，以确保飞行安全和航班效率。卫星通信为偏远空域提供了可靠的通信保障。 6.5 海洋的呼唤：海上通信 对于远洋船舶而言，卫星通信是保持与陆地联系，获取航海信息，甚至进行海上救援的生命线。 6.6 应急通信的生命线 在自然灾害或其他紧急情况下，地面通信设施可能被破坏。此时，卫星通信以其独立性和快速部署的优势，成为应急通信的关键手段。 6.7 正在发生的变革：低轨星座的崛起与未来展望 近年来，低地球轨道（LEO）通信星座的快速发展，为全球互联网接入、物联网通信等领域带来了革命性的变化。我们将展望低轨星座的未来发展趋势，以及它们将如何进一步塑造我们的通信格局。 附录 常用术语表 本书中出现的关键术语的定义，方便读者查阅和理解。 参考文献 提供进一步深入学习的参考资料。 --- 《星际之桥：构建你的无线地球》是一本旨在开启你对太空通信的认知之门的书。它不是一本技术手册，而是一次对连接未来的探索。我们希望通过本书，你能感受到人类智慧的伟大，以及科技如何以前所未有的方式，将我们与遥远的星空，与整个地球，紧密地联系在一起。

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整体来说，这本书带来的收获远超我最初的预期。它不仅仅是一本知识的集合，更像是一份行业从业者的“心法秘籍”。作者在章节的结尾，往往会加入一些“行业洞察”或“未来展望”的小节，这些内容虽然不是核心的理论推导，但却极大地拓宽了读者的视野，让我们思考这些技术的社会意义和未来发展方向。读完之后，我感觉自己对这个领域不再是零散的知识点拼接，而是有了一个系统、完整、且富有生命力的认知框架。它不仅教会了我如何理解和分析现有的通信系统，更激发了我对下一代技术创新的思考。这绝对是一本值得反复研读、并且能够伴随职业生涯成长的参考书，它的价值是长久且厚重的。

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这本书的配图质量和数量，是其他同类教材望尘莫及的。它不是那种为了凑页数而堆砌的低分辨率图示，而是经过精心设计、高度信息化的专业图表。无论是卫星的几何构型图、链路预算的流程图，还是波束赋形示意图，都采用了清晰的矢量图形，色彩运用得当，重点突出。特别是那些三维的轨道示意图和天线方向图，它们不再是静态的展示，而是仿佛能让你在脑海中“转动”起来，直观地理解空间关系和信号传播的路径。我曾经为理解某些复杂的空间几何关系而苦恼，但翻阅到这本书中对应的插图后，茅塞顿开。这种对视觉辅助工具的重视，无疑是现代工程教育的典范，它让抽象的理论瞬间具象化，是高效学习的强力催化剂。

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这本书的叙事逻辑和知识铺陈方式，简直是一场精心编排的学术马拉松。它并非一开始就直接抛出复杂的数学模型和高深的物理原理，而是采取了一种循序渐进的“攀登”策略。初读时，作者会用非常贴近生活的案例，比如早期的无线电通信，来类比和解释最基本的概念，比如信号的调制与解调，这对于我这种背景相对薄弱的初学者来说，简直是救命稻草。随着章节的深入，你会发现作者像一位技艺精湛的建筑师，在扎实的地基之上，一层一层地搭建起复杂的系统架构。每一个理论的引入，都有前因后果的铺垫，绝不是突兀的跳跃。尤其是当涉及到轨道力学和频率规划这些硬核内容时，作者巧妙地穿插了历史性的技术突破点，让这些冰冷的公式仿佛有了鲜活的生命和背后的故事。这种结构安排，极大地降低了学习曲线的陡峭感，使得知识的内化过程变得更加自然和深入。

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这本书的封面设计给我留下了非常深刻的第一印象。它采用了深邃的蓝色调，点缀着闪烁的星光，中央是一颗抽象的、由数据流构成的卫星图形。整体感觉既现代又富有科技感，那种穿越浩瀚宇宙的史诗感扑面而来。刚拿到手的时候，我几乎是迫不及待地翻开了扉页。内页的排版也相当考究，字体大小适中，段落间距留得恰到好处，阅读起来非常舒适，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。作者在章节标题的设计上也花了心思，比如“星际的低语”、“信道之舞”，这些富有诗意的命名，让人对即将接触的专业知识充满了好奇和期待，完全没有一般技术书籍那种枯燥乏味的刻板印象。这种视觉上的吸引力，无疑是提升阅读体验的第一步，它成功地在信息爆炸的时代抓住了读者的注意力，让人愿意沉下心来探索书中的奥秘。从装帧的质感到纸张的选择，都能感受到出版方在制作这本书时所倾注的匠心，这对于一本严肃的技术读物来说，是非常难能可贵的。

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我特别欣赏作者在处理专业术语时的严谨态度和清晰度。在涉及专业名词或首次出现的复杂概念时，作者总是会在紧随其后的地方，用粗体或者脚注的形式，给出非常精准且易于理解的定义。更棒的是，对于那些需要深入理解的数学推导部分，作者并没有选择直接丢给读者一堆公式了事，而是提供了详尽的步骤解析，甚至会解释为什么选择这种特定的数学工具来描述这种物理现象。这体现了作者深厚的教学功底——他不仅知道“是什么”，更知道“为什么是这样”。这种对细节的执着，让我在复习和查阅时，可以迅速定位到关键信息，极大地提高了学习效率。很多同类书籍在追求“全面”时往往牺牲了“清晰”，但这本书在广度和深度之间找到了一个近乎完美的平衡点，真正做到了“深入浅出”。

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考试了才看的……

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感兴趣看着玩儿。做教材还是不错的。

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