空間通信

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空間通信(Space Communications)

　　空間通信是一種以航天器（或天體）為對象的無線電通信。航天器亦稱空間飛行器或宇宙飛行器，它是在地球大氣層以外的宇宙空間，基本按天體力學的規律運行的飛行器。空間通信的基本形式有地球站和航天器之間的通信，航天器相互之間的通信，通過航天器轉發或反射電磁波進行的地球站之間的通信。航天器有人造地球衛星、空間探測器、載人飛船、航天站和太空梭。地球站是指設在地球錶面（包括陸地、水上和大氣層中）的通信站。

　　空間通信距離遠，信號弱，要保證有效地通信，地球站須有靈敏度極高的接收設備。空間目標是運動的，因而在必要時接收天線應對目標定向連續跟蹤。航天器的發射機輸出功率受到限制，地球站須使用大口徑天線和低雜訊放大器。深空通信中地面使用高增益的、指向可控的拋物面天線，最常用的天線口徑為18米和27米。航天器的通信設備必須重量輕、體積小、抗輻射、壽命長,能經受衝擊和振動,而且可靠性高。

　　空間通信使用的頻段很寬，從超長波段到毫米波段，乃至激光。衛星通信常用的頻段是1～15吉赫,並已開始使用更高頻段。

　　空間通信按傳遞信息的形式分為模擬通信和數字通信。

　　模擬通信傳輸的是模擬信息。數字通信對傳遞的各種信息進行數字編碼，再調製到副載波上進行傳遞。

　　數字通信與電腦連接使用：如採用約定的編碼方案，還易於實現保密通信，所以數字通信是現代空間通信的主要形式。

　　空間通信按照傳遞的信息內容分為話音通信、圖像通信和遙測或指令信息傳輸等。地球與載人航天器之間的話音通信大多使用甚高頻和超高頻頻段。

　　文字、圖形、像片等圖像信息傳輸分為電視圖像傳輸和數字圖像傳輸。航天中的電視一般採用窄帶和低速掃描，也有用快掃描、高解析度的電視線路的。數字圖像傳輸把光學、紅外或者微波成像器所拍攝的圖像以數字數據的形式傳給地球站。高解析度圖像多採用數字圖像通信方式。

　　航天器與地球站的遙測數據或指令傳輸是空間通信的一個重要方面。如生物醫學數據、各系統的性能和工作狀態數據和各種試驗結果數據以及各種遙控指令等。“陸地衛星”4號的通信系統由兩個分系統組成:寬頻數據系統和衛星遙測系統。前者用來傳輸圖像數據，工作在Ku波段、X波段和S波段；後者工作在S波段,用於跟蹤、指令和工程遙測。遙測系統由多用途模塊組成。與跟蹤和數據中繼衛星系統通信時，使用高增益天線；與地球站通信時使用兩副全向天線。衛星上的電腦用於控制衛星的功能和遙測工作方式並存貯指令。

　　空間通信的環境十分複雜，和陸地中的有線網路有很大的不同，主要體現在以下幾個方面：

　　(1)大時延：衛星的傳播時延要比陸地的有線網路大很多，通常低軌衛星的單向傳播延遲為2O～25ms，中軌衛星系統為110～130ms，同步衛星則為250～280ms，而陸地上有線網路的單向傳播時延一般在5～25ms之間。

　　(2)高誤碼率：空間通信距離都很長，信號在傳輸途中會嚴重衰減，到達地面時的信號強度非常弱，並且通信鏈路經常會受到雲、霧、雨等天氣的影響，會產生很高的誤碼率。典型的衛星通道的誤碼率為1O ^{− 7}～10 ^{− 2}，遠高於地面網路的1O ^{− 10}。

　　(3)非對稱通道：下行鏈路帶寬(從衛星到地面站)通常要遠遠大於反向鏈路帶寬，有時候比例會達到1000：1。

　　(4)鏈路容量有限：與有線通道相比，無線通道可用帶寬較小。在空間通信領域中，鏈路容量往往受限於功率，比特效率對於數據傳輸開銷和鏈路容量來說都非常重要。