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目 录1

1．现代小卫星技术发展现状1

1.1现代小卫星发展概况1

1.1.1 小卫星发展历史1

1.1.2 卫星重量与功耗发展趋势4

1.1.3现代小卫星的划分7

1.2国外小卫星发展现状9

1.2.1 美国9

1.2.1.1 多址通信卫星（MACSAT）9

1.2.1.2母子星与皮纳卫星10

1.2.1.3 军用卫星MightySat系列12

1.2.1.4从单星到星座15

1.2.2俄罗斯17

1.2.3 日本17

1.2.4 以色列18

1.2.5欧洲18

1.3中国小卫星发展现状23

1.4现代小卫星发展特点与趋势25

1.5国外部分小卫星统计26

2．轨道与空间环境31

2.1轨道特征31

2.2多普勒效应34

2.3空间环境影响36

3．小卫星系统41

3.1小卫星平台组成42

3.2星载计算机42

3.2.1 星载处理器与总线43

3.2.2操作系统46

3.2.3星载软件49

3.3姿态与轨道控制51

3.3.1 姿态控制51

3.3.1.1 任务与组成51

3.3.1.2 常用组件与控制流程53

3.3.2轨道控制56

3.4推进57

3.5测控60

3.5.1 星载测控分系统任务60

3.5.2测控系统体制比较61

3.5.3 USB-GPS组合测控63

3.6 电源64

3.6.1任务与组成64

3.6.1.1太阳能电池65

3.6.1.2 蓄电池组66

3.6.1.3 电源控制67

3.6.2 国内外小卫星电源发展情况68

12.4.1 热循环／真空测试 370

3.7热控71

3.8结构与机构73

6.9.6 业务种类 174

3.9法国Proteus小卫星平台76

3.9.1平台概述76

3.9.2分系统技术78

3.9.3 Proteus平台应用79

3.9.3.1 Jason-1卫星79

3.9.3.2 COROT卫星80

3.9.4平台的研制管理80

3.10美国Leostar平台81

6.12俄罗斯通信星座系统 183

3.11实践－5号小卫星及平台83

3.12有效载荷86

3.12.1通信87

3.12.2对地观测87

3.12.3导航定位89

3.12.4空间科学与技术试验89

4.测控系统90

4.1小卫星测控任务与特点90

4.2测控系统组成90

4.3 测控与CCSDS93

4.4星座测控特点与流程94

5.1运载火箭功能与组成96

5．运载与发射96

5.2搭载与一箭多星发射97

5.3小卫星运载火箭99

5.4国内外卫星运载火箭101

5.4.1 美国火箭系列101

5.4.2俄罗斯的小型运载火箭102

5.4.3 日本的J-2小型火箭102

5.4.4 中国长征系列火箭103

6．通信小卫星及其星座技术与应用106

6.1低轨卫星通信系统概述106

6.1.1 高、中、低轨道通信卫星的比较108

6.1.2低轨通信卫星星座系统分析111

6.2实时通信与存储转发通信116

6.2.1 实时通信116

6.2.2存储转发通信117

6.3轨道和星座的设计118

6.3.1轨道设计118

6.3.2星座设计120

6.3.3覆盖性能与比较121

6.4频率计划122

6.4.1频率分配原则122

6.4.2 WARC频谱划分123

6.5通信链路分析126

6.6通信体制分析129

6.6.1卫星通信多址体制129

6.6.2调制与编码方式130

6.7卫星移动通信系统标准提案131

6.7.1 SAT-CDMA RTT提案133

6.7.3 IOLLC卫星RTT提案136

6.7.2 INMARSAT Horizons提案136

6.7.4 ESA的SW-CDMA提案137

6.7.5 SW-CTDMA提案138

6.7.6 ICO RTT提案139

6.8 Iridium星座系统140

6.8.1 系统概述140

6.8.2 系统组成141

6.8.2.1 空间段141

6.8.2.3 关口站143

6.8.2.2 系统控制段143

6.8.2.4用户段及系统业务144

6.8.3系统运行情况145

6.8.4 系统现状147

6.9.1 系统描述149

6.9.1.1 空间段149

6.9 Globalstar星座系统149

6.9.1.2 星座卫星151

6.9.1.3 用户终端153

6.9.1.4 关口站155

6.9.1.5地面管理控制中心156

6.9.1.6 卫星管理控制中心158

6.9.1.7 计费运营159

6.9.2频率和覆盖分析159

6.9.2.1 频率分配159

6.9.2.2 卫星天线波束结构161

6.9.2.3地面覆盖162

6.9.2.4 定位163

6.9.2.5 信道特性164

6.9.2.6链路分析165

6.9.3码分多址体制168

6.9.3.1 分集合并169

6.9.3.2抗衰落169

6.9.3.3 捕获170

6.9.3.4 前向信道170

6.9.3.5反向信道171

6.9.3.6端对端性能171

6.9.4地面接口172

6.9.4.1 通信网接口172

6.9.4.2登录与鉴权173

6.9.5 呼叫处理173

6.10.1 系统概述175

6.10 MUBLCOM星座系统175

6.10.2 系统特性176

6.10.3 系统测试与实施177

6.11 Orbcomm星座系统178

6.11.1 系统组成179

6.11.2通信链路与频谱180

6.11.3 系统基本业务181

6.11.4短数据市场分析182

6.12.1.1 系统概述183

6.12.1 Gonets系统183

6.12.1.2 系统组成184

6.12.1.3系统通信业务185

6.12.1.4 系统地面段的构成186

6.1 2.1.5 系统主要特性187

6.12.2 Signal系统188

6.12.2.1 系统概述188

6.12.2.2 系统构成188

6.12.2.3 多址接入190

6.12.3 俄罗斯MKTC系统191

6.12.4 Intersputnik研制的GEO小卫星192

6.13小卫星通信系统关键技术分析196

7．对地观测小卫星技术与应用199

7.1对地观测小卫星技术199

7.2民用遥感小卫星系统201

7.2.1 美国201

7.2.1.1 地球观测系统计划202

7.2.1.2 NEMO计划205

7.2.1.3 新型商业遥感小卫星208

7.2.2欧洲210

7.2.3 中国卫星遥感技术发展211

7.2.3.1 风云气象卫星211

7.2.3.2全球防灾减灾卫星系统212

7.2.3.3 台湾地区“中华卫星”213

7.2.4商业遥感卫星发展趋势214

7.3军用侦察卫星215

7.3.1成像侦察卫星216

7.3.2 电子侦察卫星217

7.3.3海洋监视卫星219

7.3.4 气象卫星和测地卫星223

7.3.5导弹预警卫星224

7.3.6核爆炸探测卫星226

7.4对地观测载荷技术227

7.4.1 CCD扫描摄像机228

7.4.2 小卫星SAR229

7.4.2.1 MEDSAT卫星SAR系统229

7.4.2.2 SkyMed/COSMO卫星SAR231

7.4.2.3小型多模态SAR232

7.5美国Starlite卫星233

7.6韩国Ⅰ号多用途卫星235

7.7美国信号情报卫星241

8.1 卫星定位技术的发展和现状248

8.1.1 子午仪卫星系统248

8．导航定位小卫星技术与应用248

8.1.2全球定位系统GPS250

8.1.3 俄罗斯GLONASS导航系统251

8.1.4欧洲伽利略导航卫星系统251

8.1.5 中国双星定位系统252

8.1.6通信星座系统辅助定位功能252

8.2坐标系统和时间系统253

8.3定位技术体制的比较254

8.3.1多普勒技术254

8.3.2伪码测距技术258

8.3.3定位体制比较260

8.4卫星星座的定位原理261

9．小卫星空间科学试验与应用264

9.1 TechSat21计划与编队卫星266

9.1.1太阳能电池技术270

9.1.2轨道保持和燃料271

9.1.3升级与适应能力271

9.2.1 纳米卫星星座先驱计划272

9.2编队卫星星座应用272

9.2.2 ESA星簇二号虚拟卫星273

9.2.3编队卫星星座关键技术274

9.3空间技术试验275

9.4 Inspector卫星276

9.4.1和平号空间站Inspector卫星279

9.4.2 XSS-10 Inspector卫星280

9.4.3 DAPRA轨道快车计划281

9.4.4 Escort Inspector卫星281

9.4.5 Inspector皮卫星282

9.5“实践”系列科学技术试验卫星283

9.4.6空间站环境纳卫星283

9.6美国大学纳米卫星计划286

9.6.1计划内容286

9.6.2 电离层观测编队飞行286

9.6.3“三角星座”编队飞行287

9.6.4“绿宝石”星座编队飞行288

9.6.5“探路者”星座编队飞行289

9.6.6螺旋式叶片纳米卫星290

9.6.7纳米卫星发射装置291

10.1大学小卫星概述295

10．萨瑞大学小卫星295

10.1.1 第一颗大学小卫星UoSAT-1296

10.1.2 SSTL大学小卫星研制模式297

10.1.2.1 学生卫星模式297

10.1.2.2 小卫星商务模式299

10.2对地观测小卫星星座301

10.3区域通信小卫星星座304

10.3.1 星座系统组成306

10.3.3 星座卫星307

10.3.2发射与轨道保持307

10.3.4有效载荷308

10.3.5 地面控制站与用户终端309

10.3.6星座成本分析310

10.4 UoSAT-12小卫星310

10.4.1 小卫星平台311

10.4.2有效载荷313

10.4.2.1对地观测系统313

10.4.2.2卫星转发器314

10.4.3运行结果与状态报告318

10.5清华－1号小卫星320

10.5.1卫星平台320

10.5.2有效载荷323

11.1基于COTS技术的模块化纳米卫星325

11.1.1 SNAP-1卫星研制背景325

11．SNAP-1纳米卫星325

11.1.2设计原理326

11.1.3分系统设计327

11.1.3.1 电源327

11.1.3.2 VHF接收机328

11.1.3.3 姿态与轨道控制系统328

11.1.3.4冷气推进329

11.1.3.5星载计算机329

11.1.3.6机械结构330

11.1.3.7有效载荷330

11.1.4结果分析331

11.2姿控系统与试运行结果334

11.2.1姿态测量335

11.2.2 三轴稳定336

11.2.3在轨试运行338

11.3模块化可重用S频段发射机340

11.3.1数据处理单元342

11.3.3功放与带通滤波器343

11.3.4模块化设计343

11.3.2 I/Q调制器343

11.3.4.1 可在线重编程FPGA344

11.3.4.2 控制区域网CAN345

11.3.4.3 低成本无线RF器件345

11.4推进系统345

11.4.1卫星推进要求346

1 1.4.2 系统描述347

11.4.3推进剂的选择348

11.4.4设备描述349

11.4.5 系统集成与测试350

11.5 SNAP平台主要参数352

12．YamSat皮卫星354

12.1卫星计划354

12.1.1计划背景与内容354

12.1.2计划实施与经费356

12.1.3预期成果360

12.2卫星主要参数361

12.3.1微分光计362

12.3卫星功能模块362

12.3.2结构与机械364

12.3.3指令与数据处理365

12.3.4跟踪与测控366

12.3.5 电源366

12.3.6飞行软件367

12.3.7姿态测量与控制368

12.3.8热控369

12.4 卫星的集成与测试369

12.4.2地面系统到卫星的端到端测试371

12.4.3 天线测试372

12.4.4振动测试372

12.4.5质量特性测试373

12.5台湾地区生产的组件373

12.6卫星平台的改进376

13.1小卫星设计方法377

13.1.1 分系统分别设计方法377

13．小卫星设计技术377

13.1.2多任务模块化设计378

13.1.3低成本／高风险设计379

13.2现代小卫星设计新技术380

13.2.1 多功能结构380

13.2.2纳米技术与微机电系统381

13.2.3 小型化与一体化设计384

13.2.4分布式卫星系统386

13.2.5小卫星核心支撑技术386

13.3设计工具与仿真试验系统388

13.3.1 总体设计软件389

13.3.2热控分析软件及相关设备391

13.3.3控制系统半实物仿真试验系统393

13.3.4嵌入式星载计算机及星务管理仿真平台396

13.4小卫星系统可靠性分析398

13.5小卫星系统成本分析402

13.5.1有效载荷成本模型404

13.5.2卫星成本模型405

14．参考文献407

15．常用缩略语411