本书立足飞行器测控通信领域的现状和发展趋势，结合最新的飞行活动实践，在无线通信理论基础上，介绍无人机和航天器的测控通信的基本原理及应用。原理部分主要涉及飞行空间科学、无线传输技术、航天器轨道测量与跟踪、航天遥测遥控信息传输技术等方面，应用

部分包括无人机通信、天基测控通信、卫星通信、深空测控通信系统等方面。

本书可作为高等院校航空航天工程、飞行器控制与信息工程、通信工程、信息工程等专业

的本科生教材与研究生参考书，也可供相关领域的科技人员参考。

前言

在天空中自由飞行或利用飞行让生活变得更美好，是人类一直追求的梦想之一。实现这个梦想通常需要借助人造飞行器。目前的人造飞行器按飞行高度（飞行器离地面的垂直距离）大致可以分为航空器（高度离地面 0~20km）、临近空间飞行器（高度离地面 20~100km）和航天器（高度离地面超过 100km）三类。按飞行器是否载人，航空器可分为无人机和有人飞机，航天器可分为无人航天器和载人飞船。临近空间飞行器一般不载人。

尽管不同类型飞行器的特点各不相同，但无论哪种飞行任务都离不开飞行器跟人类或飞行器之间的信息交互。交互的信息种类有遥测、遥控、组网、遥感、探测、导航、定位、语音、图像、科学试验数据等。这些信息按功能可归为两类：一类是测控信息，主要包括地面对飞行器发送的测量、控制数据以及飞行器平台相应的运行和工作状态信息；另一类是载荷信息，主要指飞行器平台所获得或转发的工作数据信息。随着技术的发展，这两类信息无论是在设计处理还是传输应用上都已经有机地联系在一起。因此飞行系统中通常将信息数据的传输统称为测控通信，完成测控通信的飞行子系统即测控通信系统。测控通信系统由星载测控通信分系统、地面或空间测控通信分系统，以及将二者连接在一起的无线通信网络组成。测控通信设备包括无线电设备和光学设备，当前测控通信系统以采用无线电设备为主。

飞行器测控通信伴随飞行而生，并随飞行技术和信息技术的发展而不断发展。现代测控通信技术以空间科学、信息论和系统论为基础，涵盖电子、雷达、光学、通信、自动控制、计算机等多个学科领域。总体而言，测控通信可看作是无线通信技术在飞行领域的具体应用。虽然不同飞行系统的测控通信应用侧重有所不同，如航空无人机偏重通信应用，而航天任务在进入应用阶段之前主要是对航天器进行跟踪测量、监视和控制的测控，但实现这些功能所需的无线通信技术原理相同，各种飞行系统的测控通信分系统的基本结构也是大体一致的。

基于此，本书在介绍无线通信和测控通信网络的共性基础上，结合飞行活动和信息技术的最新发展，主要针对航空无人机和航天器，讨论飞行器测控通信的原理和应用问题。由于航天测控所需技术和测控网络结构相对复杂且更具代表性，本书重点以航天器的测控通信为介绍对象。

本书内容分为 3 个部分共 14 章，从基础、原理和应用角度介绍飞行器测控通信。第 1 部分为基础篇，包括第 1 章～第 6 章。其中第 1 章为绪论，第 2 章～第 5 章介绍测控通信涉及的天文基础和无线通信及通信网络基础知识。包括飞行器轨道、无线通信资源和系统、调制、信源编码及无线通信多址接入和通信网络协议等，构成了理解飞行器测控通信的基础。第 2 部分为原理篇，包括第 7 章～第 10 章。分别介绍航天轨道测量与跟踪、航天测控信息传输、以及卫星测控通信和无人机测控通信的基本原理，本部分是第 1 部分通信知识在飞行器测控通信领域的应用体现。第 3 部分为应用篇，包括第 11 章～第 14 章。分别介绍测控通信在航空无人机、近地空间飞行器、深空探测、天地一体化信息网络等飞行系统中的应用。

本书由贺涛执笔并统稿，刘磊参与了编写工作，李滚进行了全稿审定。电子科技大学研究生贾静玲、王聪、严博煜、史坚、樊会强、薛达在编写工作中做了重要贡献。王憨、廖劼、张晓驰、方明等参与了部分章节的材料整理工作，在此表示感谢。

本书得到了电子科技大学 核心课程建设项目 特色教材建设基金的资助，电子科技大学航空航天学院和国防工业出版社给予了大力支持和帮助，在此一并表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免有疏漏和错误之处，恳请读者批评指正。

作者

2025 年 10 月

目录

第 1 部分 基础篇

第 1 章 绪论

1.1 空间与飞行器

1.1.1 飞行空间

1.1.2 飞行器分类

1.2 测控通信

1.2.1 测控通信含义和功能

1.2.2 测控通信信息传输特点

1.3 测控通信系统

1.3.1 系统功能

1.3.2 系统结构

1.3.3 测量设备

1.3.4 系统分类

1.3.5 发展历史和趋势

习题

参考文献

第 2 章 空间科学基础

2.1 时间系统

2.1.1 常用时间系统

2.1.2 时间服务系统

2.2 空间坐标系

2.2.1 常用坐标系

2.2.2 坐标系转换

2.3 航迹

2.3.1 两点间的距离

2.3.2 地理信息和地图

2.4 轨道

2.4.1 天体力学及轨道方程

2.4.2 轨道参数

2.4.3 轨道分类及覆盖

习题

参考文献

第 3 章 无线通信基础（一） 无线通信资源与系统

3.1 无线通信的信息论基础

3.1.1 信息的概念

3.1.2 信息的度量

3.1.3 信号及其类型

3.2 无线通信资源

3.2.1 通信频段

3.2.2 无线信道

3.2.3 天线与传输距离方程

3.3 无线通信系统

3.3.1 通信系统模型

3.3.2 通信系统分类

3.3.3 通信系统性能指标

习题

参考文献

第 4 章 无线通信基础（二） 信号调制

4.1 模拟调制系统

4.1.1 幅度调制

4.1.2 角度调制与解调

4.1.3 模拟调制比较

4.2 数字基带传输系统

4.2.1 数字基带波形及功率谱

4.2.2 基带传输系统模型

4.2.3 基带传输系统性能

4.3 数字频带传输系统

4.3.1 传输系统模型

4.3.2 二进制数字调制

4.3.3 多进制调制

4.3.4 扩频调制

4.3.5 多载波调制

习题

参考文献

第 5 章 无线通信基础（三） 信源编码与信道编码

5.1 信源编码

5.1.1 模拟信号数字化

5.1.2 数据压缩编解码

5.2 信道编码

5.2.1 信道编码基本概念

5.2.2 线性分组码

5.2.3 卷积码

5.2.4 级联码、Turbo 码和 LDPC 码

5.2.5 飞行器测控通信中常用的纠错码

习题

参考文献

第 6 章 多址技术与网络协议

6.1 复用和多址技术

6.1.1 复用技术

6.1.2 多址技术

6.1.3 信道分配技术

6.2 卫星通信中的多址方式

6.2.1 固定多址接入

6.2.2 随机多址接入

6.2.3 非正交多址接入

6.3 网络传输协议

6.3.1 协议分层模型

6.3.2 空间通信协议

习题

参考文献

第 2 部分 原理篇

第 7 章 航天轨道测量与跟踪

7.1 测量元素及测量体制

7.1.1 测量元素

7.1.2 常用测量体制

7.2 航天测距

7.2.1 测距原理

7.2.2 航天测距体制

7.2.3 航天测距误差分析

7.3 航天测速

7.3.1 多普勒测速原理及方法

7.3.2 多普勒频率提取和测量

7.3.3 航天测速误差分析

7.4 航天测角

7.4.1 天线跟踪测角

7.4.2 干涉仪测角

7.4.3 航天测角误差分析

7.5 航天测量跟踪及主要设备

7.5.1 光学跟踪测量及设备

7.5.2 无线电跟踪测量及设备

习题

参考文献

第 8 章 航天测控信息传输

8.1 航天遥测信息传输

8.1.1 遥测信息特点及传输系统

8.1.2 典型遥测体制

8.2 遥控信息传输

8.2.1 遥控系统特点及传输系统

8.2.2 典型遥控体制

8.3 测控信息传输体制发展

8.3.1 高级在轨系统

8.3.2 邻近空间链路协议

8.4 统一载波测控信息传输体制

8.4.1 副载波调制解调

8.4.2 频分统一载波系统

8.4.3 时分统一测控系统

习题

参考文献

第 9 章 卫星通信原理

9.1 卫星通信概述

9.1.1 卫星通信方式

9.1.2 卫星通信特点

9.1.3 卫星通信发展历程

9.2 卫星通信系统

9.2.1 系统结构

9.2.2 系统分类

9.3 卫星通信技术

9.3.1 技术类型及参数

9.3.2 技术应用

9.4 卫星通信链路计算

9.4.1 卫星链路基本参数

9.4.2 链路计算实例

习题

参考文献

第 10 章 无人机测控通信原理

10.1 无人机通信

10.1.1 通信链路

10.1.2 通信资源

10.1.3 通信技术

10.2 测控通信系统

10.2.1 系统组成

10.2.2 测控信息传输

10.3 无人机组网通信

10.3.1 无人机自组网

10.3.2 无人机 蜂窝网组网

10.3.3 无人机 异构网融合组网

习题

参考文献

第 3 部分 应用篇

第 11 章 无人机测控通信应用

11.1 无人机军事应用

11.1.1 应用场景

11.1.2 应用实例

11.2 无人机民事应用

11.2.1 低空无人机通信系统

11.2.2 5G 网联无人机

11.3 应用实例

习题

参考文献

第 12 章 近地空间测控通信应用

12.1 航天器发射场测控通信

12.1.1 航天器发射场组成与测控通信系统功能

12.1.2 航天发射测控通信系统发展和实例

12.2 临近空间飞行器测控通信

12.2.1 临近空间和临近空间飞行器

12.2.2 临近空间测控通信系统特点及要求

12.2.3 临近空间测控通信网络组成及应用实例

12.3 卫星导航与定位系统

12.3.1 GPS 系统

12.3.2 北斗系统（BDS）

12.4 跟踪与数据中继卫星系统

12.4.1 系统组成

12.4.2 系统工作方式

12.4.3 系统特点与关键技术

习题

参考文献

第 13 章 深空测控通信应用

13.1 深空探测的基本概念

13.1.1 深空探测方法和现状

13.1.2 深空测控通信特点

13.2 深空测控通信系统

13.2.1 系统功能和组成

13.2.2 主要技术

13.3 深空测控通信技术发展

13.3.1 发展方向

13.3.2 天线组阵

13.3.3 深空光通信

13.3.4 行星际网络

13.4 深空测控通信实例

13.4.1 阿波罗计划

13.4.2 嫦娥四号 月球探测工程

13.4.3 中国深空测控网现状与未来

习题

参考文献

第 14 章 天地一体化信息网络

14.1 天地一体化信息系统组成

14.1.1 天地一体化信息网络架构

14.1.2 天地一体化信息网络功能架构

14.2 信息网络的技术特征

14.2.1 一体化信息网络的属性

14.2.2 建设一体化网络的关键技术

14.2.3 一体化信息网络未来发展趋势

14.3 天地一体化综合信息网络建设实例

14.3.1 美国 NASA 空间通信与导航网络（SCaN）

14.3.2 中国天地一体化飞行器测控通信网络

习题

参考文献