本书系统地介绍了国内外天地一体化信息网络的研究、建设、应用和发展概况；阐述了天地一体化信息网络的基本概念，并详细介绍了国内外卫星通信、导航、遥感和测控信息网络，以及临近空间和深空间信息网络的天地一体化建设与应用情况；论述了美国的转型通信体系、全球信息栅格、空间通信与导航网络和**PNT体系，以及欧洲的全球天基综合通信网络的研发和建设概况。在分析国内外天地一体化信息网络的基础上，本书提出了对我国天地一体化综合信息网络、天基智能综合信息网络和天地一体化飞行器测控通信网络的构想。

第 1章 天地一体化信息网络概述 001 1.1 天地一体化信息网络的概念 001 1.1.1 空间的定义 001 1.1.2 空间信息网络 002 1.1.3 地基信息网络 003 1.1.4 天地一体化信息网络 003 1.2 天地一体化信息网络的溯源和演进 005 1.2.1 天地一体化信息网络溯源 005 1.2.2 天基系统自身天地一体化信息网络 005 1.2.3 空天地一体化信息网络 006 1.2.4 太阳系天地一体化信息网络 006 1.3 空天地一体化信息网络 007 1.3.1 空天地一体化信息网络的定义和组成 007 1.3.2 空天地一体化信息网络的架构 009 1.4 天地一体化信息网络的特点和关键技术 013 1.4.1 天地一体化信息网络的特点 013 1.4.2 天地一体化信息网络的关键技术 015 1.5 我国建设天地一体化信息网络的重要意义 016 1.6 我国建设天地一体化信息网络的需求分析 018 1.6.1 天地一体化信息网络的军事需求 018 1.6.2 天地一体化信息网络的民用需求 019 1.6.3 天地一体化信息网络空间的探索需求 021 参考文献 021 第 2章 国外天地一体化卫星通信网络 023 2.1 卫星通信概述 023 2.1.1 卫星通信的定义 023 2.1.2 卫星通信系统的组成 024 2.1.3 卫星通信的特点 025 2.1.4 卫星通信的分类 026 2.1.5 卫星通信的现状 027 2.2 卫星通信网络 030 2.2.1 卫星通信网络概述 030 2.2.2 接入网的组网方式 032 2.2.3 星座通信网络 033 2.2.4 全球通信网络 034 2.3 国际通信卫星系统 035 2.3.1 系统简介 035 2.3.2 卫星通信网络 035 2.3.3 卫星序列 038 2.3.4 地球站的类型 041 2.3.5 与OneWeb合建全球无缝覆盖的高通量通信卫星宽带网络 041 2.4 国际海事卫星通信系统 043 2.4.1 系统简介 043 2.4.2 空间段 043 2.4.3 地面段 045 2.4.4 用户段 046 2.4.5 笫五代国际海事卫星通信系统 050 2.5 跟踪与数据中继卫星系统 053 2.5.1 TDRSS的功用 053 2.5.2 TDRSS的工作流程 055 2.5.3 TDRSS的特点 055 2.5.4 TDRSS的覆盖特性 056 2.5.5 美国TDRSS概况 057 2.5.6 美国TDRSS空间段 060 2.5.7 美国TDRSS地面段 068 2.5.8 美国TDRSS用户段 068 2.6 窄带卫星通信系统 070 2.6.1 系统简介 070 2.6.2 UFO卫星和MUOS卫星 072 2.6.3 特高频后继卫星通信系统地球站和MUOS地球站 075 2.6.4 特高频后继卫星通信系统用户终端和MUOS用户终端 076 2.7 宽带卫星通信系统 078 2.7.1 系统简介 078 2.7.2 DSCS-3卫星 081 2.7.3 DSCS-3用户终端 084 2.7.4 GBS有效载荷 084 2.7.5 GBS系统 086 2.7.6 WGS系统 087 2.7.7 WGS系统宽带通信业务 091 2.8 防护卫星通信系统 093 2.8.1 系统简介 093 2.8.2 军事星 094 2.8.3 AEHF卫星 098 2.8.4 用户终端 100 2.9 O3B卫星通信系统 101 2.9.1 O3b星座 101 2.9.2 O3b增强星座 102 2.9.3 O3b卫星通信系统的运行方式 103 2.9.4 O3b SES的运行方式 103 2.9.5 O3b卫星通信系统的应用业务 104 2.10 IRIDIUM卫星通信系统 104 2.10.1 系统简介 104 2.10.2 空间段 106 2.10.3 地面段 111 2.10.4 用户段 114 2.10.5 第二代铱系统 115 2.11 全球星卫星通信系统 119 2.11.1 系统简介 119 2.11.2 空间段 121 2.11.3 地面段 124 2.11.4 用户段 125 2.11.5 第二代系统 127 2.11.6 应用情况 128 2.12 ORBCOMM卫星通信系统 129 2.12.1 系统简介 129 2.12.2 空间段 131 2.12.3 地面段 132 2.12.4 用户段 134 2.12.5 应用领域 134 2.12.6 第二代ORBCOMM系统 135 2.12.7 AIS数据服务 136 2.13 信使卫星通信系统 137 2.13.1 系统简介 137 2.13.2 空间段 138 2.13.3 地面段 139 2.13.4 用户段 140 2.13.5 使用特性 141 参考文献 142 第3章 国外天地一体化卫星导航网络 147 3.1 卫星导航概述 147 3.1.1 卫星导航的定义 148 3.1.2 卫星导航系统的组成 148 3.1.3 卫星导航系统的特点 148 3.1.4 卫星导航系统的分类 149 3.1.5 卫星导航的应用 151 3.2 美国GPS 152 3.2.1 系统简介 152 3.2.2 空间段 153 3.2.3 地面段 154 3.2.4 用户段 155 3.2.5 系统应用 156 3.3 俄罗斯GLONASS 156 3.3.1 系统简介 156 3.3.2 空间段 157 3.3.3 地面段 158 3.3.4 用户段 158 3.3.5 系统应用 159 3.4 欧盟GALILEO卫星导航系统 159 3.4.1 系统简介 159 3.4.2 空间段 160 3.4.3 地面段 161 3.4.4 用户段 163 3.4.5 系统应用 164 3.5 GNSS地基增强系统 165 3.5.1 系统简介 165 3.5.2 系统构成 166 3.5.3 系统性能 166 3.5.4 系统应用 167 3.6 GNSS星基增强系统 168 3.6.1 系统简介 168 3.6.2 系统构成 168 3.6.3 系统性能 171 3.6.4 系统应用 172 参考文献 173 第4章 国外天地一体化卫星遥感网络 174 4.1 卫星遥感概述 174 4.1.1 卫星遥感的定义 174 4.1.2 卫星遥感的组成 174 4.1.3 卫星遥感调查的特点 176 4.1.4 卫星遥感的分类 176 4.1.5 卫星遥感的应用 177 4.2 卫星遥感网络的演变 179 4.2.1 发展历程 179 4.2.2 技术进步 181 4.3 美国地球观测系统的数据和信息系统 182 4.3.1 系统简介 182 4.3.2 EOSDIS的任务操作 185 4.3.3 EOSDIS科学操作 187 4.3.4 EOSDIS的公共服务 188 4.4 欧洲全球环境与**监测计划 190 4.4.1 GMES计划的体系结构 190 4.4.2 GMES计划的现场观测设施 191 4.4.3 GMES计划的数据集成和信息管理部分 191 4.4.4 GMES计划的应用与运营服务 191 4.4.5 “哨兵”卫星遥感系统的空间段 192 4.4.6 “哨兵”卫星遥感系统的地面段 195 4.5 高分辨率可见光卫星遥感系统 197 4.5.1 系统简介 197 4.5.2 空间段 197 4.5.3 地面段 199 4.5.4 用户段 200 4.5.5 系统应用 201 4.6 红外卫星遥感系统 201 4.6.1 系统简介 201 4.6.2 空间段 202 4.6.3 地面段 203 4.6.4 用户段 203 4.6.5 系统应用 204 4.7 高光谱分辨率卫星遥感系统 205 4.7.1 系统简介 205 4.7.2 空间段 206 4.7.3 地面段 207 4.7.4 用户段 207 4.7.5 系统应用 208 4.8 高精度立体测绘卫星遥感系统 209 4.8.1 系统简介 209 4.8.2 空间段 210 4.8.3 地面段 212 4.8.4 用户段 213 4.8.5 系统应用 213 4.9 高分辨率合成孔径雷达卫星遥感系统 214 4.9.1 系统简介 214 4.9.2 空间段 215 4.9.3 地面段 217 4.9.4 用户段 218 4.9.5 系统应用 218 4.10 高精度微波卫星遥感系统 219 4.10.1 系统简介 219 4.10.2 空间段 219 4.10.3 地面段 221 4.10.4 用户段 222 4.10.5 系统应用 223 4.11 地球同步轨道光学卫星遥感系统 223 4.11.1 系统简介 223 4.11.2 空间段 225 4.11.3 地面段 226 4.11.4 用户段 226 4.11.5 系统应用 226 4.12 遥感图像智能分类概要 227 4.12.1 遥感图像分类的概念 227 4.12.2 遥感图像分类发展的第 一阶段 228 4.12.3 遥感图像分类发展的第二阶段 229 4.12.4 遥感图像分类发展的第三阶段 229 参考文献 231 第5章 国外天地一体化深空探测网络 239 5.1 深空探测的发展概况 239 5.1.1 深空探测的发展历程 239 5.1.2 深空太阳系的探测成果 240 5.1.3 深空探测的发展规划 243 5.1.4 深空探测工程组成 244 5.1.5 深空探测器的类型 245 5.2 深空测控通信系统 249 5.2.1 深空测控通信的特点 249 5.2.2 深空测控通信系统的组成 251 5.2.3 探测器测控通信分系统 252 5.2.4 深空网 254 5.3 美、欧、俄深空网 256 5.3.1 美国NASA的深空网 256 5.3.2 欧空局深空网 258 5.3.3 俄罗斯深空网 258 5.4 深空测控通信的技术发展 259 5.4.1 深空探测的发展趋势 259 5.4.2 对未来深空测控通信技术的要求 260 5.4.3 自主与认知技术 261 5.4.4 天线组阵技术 263 5.4.5 深空光通信技术 265 5.5 深空互联网 266 5.5.1 深空互联网的由来 266 5.5.2 空间互联网架构 267 5.5.3 一种行星际互联网架构 271 5.5.4 太阳系互联网架构 274 5.5.5 CCSDS太阳系互联网架构 277 参考文献 283 第6章 国外天地一体化临近空间通信网络 285 6.1 临近空间通信概述 285 6.1.1 临近空间通信的定义和特性 285 6.1.2 临近空间飞行器的分类 287 6.1.3 临近空间通信系统的组成 289 6.1.4 临近空间飞行器的用途 291 6.2 临近空间飞行器的典型研制项目 293 6.2.1 “太阳神”系列无人机 293 6.2.2 “秃鹰”无人机 293 6.2.3 “西风”无人机 295 6.2.4 “鬼眼”无人机 295 6.2.5 “全球观测者”无人机 296 6.2.6 “天鹰”无人机 299 6.2.7 谷歌气球 299 6.3 临近空间通信网络 304 6.3.1 网络拓扑学 304 6.3.2 临近空间单飞行器通信网络 306 6.3.3 临近空间多飞行器通信网络 309 6.3.4 临近空间飞行器/陆地通信集成网络 311 6.3.5 临近空间飞行器/陆地通信/卫星集成网络 312 6.3.6 临近空间飞行器/导航网络 312 参考文献 313 第7章 国外天地一体化航天器测控通信网络 315 7.1 航天器测控概述 315 7.1.1 航天器测控的定义 315 7.1.2 航天器测控系统的组成 316 7.1.3 航天器测控的特点 317 7.1.4 航天器测控的分类 318 7.2 航天器地基测控网 319 7.2.1 美国地基测控网 319 7.2.2 欧盟地基测控网 322 7.2.3 俄罗斯地基测控网 324 7.3 航天器天基测控通信网 325 7.3.1 概述 325 7.3.2 美国天基测控通信网 326 7.3.3 欧盟天基测控通信网 328 7.3.4 俄罗斯天基测控通信网 329 7.4 航天器深空测控通信网 330 7.4.1 美国深空测控通信网 330 7.4.2 欧盟深空测控通信网 330 7.4.3 俄罗斯深空测控通信网 331 参考文献 333 第8章 国外天地一体化综合信息网络 335 8.1 美国转型通信体系 335 8.1.1 转型通信体系的由来 335 8.1.2 TCA架构 336 8.1.3 转型通信体系的实施 338 8.1.4 转型卫星通信系统架构 338 8.1.5 TSAT星座 338 8.1.6 转型卫星通信系统的IP网络 340 8.1.7 转型卫星通信系统的用户终端 340 8.2 美国全球信息栅格 341 8.2.1 信息栅格的概念 341 8.2.2 全球信息栅格的由来 342 8.2.3 全球信息栅格体系 344 8.2.4 全球信息栅格的信息能力 346 8.2.5 全球信息栅格通信体系参考模型 348 8.2.6 全球信息栅格信息传输和网络服务 349 8.3 美国NASA空间通信与导航网络 350 8.3.1 SCaN网络的综合任务 350 8.3.2 综合前/后的SCaN网络 352 8.3.3 SCaN综合网络的服务与管理 354 8.3.4 近地域能力增强 356 8.3.5 深空域能力提高 357 8.3.6 月球中继能力引入 358 8.3.7 火星中继能力改进 359 8.4 美国**PNT体系结构 360 8.4.1 研究背景和方法 360 8.4.2 研究范围和组成要素 361 8.4.3 研究愿景和策略 362 8.4.4 体系结构开发和评估 363 8.4.5 典型PNT体系结构的开发简介 364 8.4.6 目标PNT体系结构 369 8.5 欧洲全球天基综合通信网络 370 8.5.1 ISICOM计划的目标和任务 370 8.5.2 ISICOM计划的用户定位 371 8.5.3 ISICOM系统架构 372 8.5.4 ISICOM的核心基础结构 373 参考文献 374 第9章 我国天地一体化信息网络 377 9.1 天地一体化卫星通信网络 377 9.1.1 卫星通信网络发展概述 377 9.1.2 “中星”高通量卫星通信系统 380 9.1.3 “天通”卫星移动通信系统 384 9.1.4 “天链”跟踪与数据中继卫星系统 389 9.1.5 “海星通”全球宽带卫星通信网络 390 9.1.6 Inmarsat卫星通信在中国 392 9.2 天地一体化卫星导航网络 395 9.2.1 卫星导航概述 395 9.2.2 北斗系统介绍 396 9.2.3 北斗三号系统的特点 398 9.2.4 北斗系统的发展趋势 399 9.3 天地一体化卫星遥感网络 400 9.3.1 卫星遥感网络发展概述 400 9.3.2 陆地观测卫星遥感系统 401 9.3.3 气象卫星遥感系统 415 9.3.4 海洋卫星遥感系统 423 9.4 天地一体化深空探测网络 427 9.4.1 我国深空探测概述 427 9.4.2 “嫦娥一号”月球探测 429 9.4.3 “嫦娥二号”月球探测 431 9.4.4 “嫦娥三号”月球探测 434 9.4.5 “嫦娥五号”飞行试验器月球探测 436 9.4.6 “嫦娥四号”月球探测 439 9.4.7 “嫦娥”系列地面测控系统 444 9.4.8 “嫦娥”系列地面应用系统 445 9.4.9 火星探测 446 9.5 天地一体化临近空间通信网络 448 9.5.1 我国临近空间通信概述 448 9.5.2 科学试验艇 449 9.5.3 “4Q00I-1”浮空器 450 9.5.4 “圆梦号”太阳能飞艇 451 9.5.5 “彩虹”太阳能无人机 452 9.5.6 “旅行者”3号浮空飞行器 452 9.6 天地一体化航天器测控通信网络 453 9.6.1 地基航天测控网 454 9.6.2 天基测控通信网络 455 9.6.3 深空测控通信网络 457 参考文献 459 第 10章 我国天地一体化信息网络示例 465 10.1 天地一体化通信网络示例 465 10.1.1 固定通信网络 465 10.1.2 移动通信网络 466 10.1.3 广播电视网络 468 10.1.4 综合通信网络 469 10.1.5 **应急卫星通信网络 471 10.2 天地一体化导航网络示例 477 10.2.1 综合PNT体系及其关键技术 477 10.2.2 我国综合PNT体系结构设想 480 10.3 天地一体化遥感网络示例 484 10.4 天地一体化通导遥网络综合应用示例 486 10.4.1 天地一体化民航信息网络 486 10.4.2 天地一体化车联信息网络 489 10.4.3 天地一体化油田信息网络 491 10.4.4 天地一体化海防监测信息网络 493 10.5 天地一体化通导遥综合网络示例 495 10.5.1 天基物联网 495 10.5.2 基于“骨干＋区域增强”的天地一体化信息网络 500 10.5.3 基于分层自治域的天地一体化信息网络 503 10.5.4 基于分布式星群的天地一体化信息网络 508 10.6 我国“天地一体化信息网络”工程简介 514 10.6.1 组成与功能 515 10.6.2 参考模型 516 10.6.3 技术体系 517 10.6.4 关键技术 519 10.6.5 发展路线 525 10.7 行星际互联网示例 526 10.7.1 行星际互联网简介 526 10.7.2 基于分簇的行星际互联网的组成 528 10.7.3 基于分簇的行星际互联网的构建 531 参考文献 536 第 11章 我国天地一体化综合信息网络构想 539 11.1 概述 539 11.2 设计思想 540 11.2.1 设计目标 540 11.2.2 设计思路 540 11.2.3 设计准则 541 11.3 天地一体化卫星通信网络 541 11.3.1 星座方案选择 541 11.3.2 静止轨道星座 542 11.3.3 低轨道星座 543 11.3.4 空间用户 543 11.3.5 地面用户 544 11.4 天地一体化卫星导航网络 544 11.4.1 卫星导航网络的任务 544 11.4.2 卫星导航网络的组成 545 11.4.3 卫星导航网络的功能 545 11.5 天地一体化卫星遥感网络 546 11.5.1 卫星遥感网络演进 546 11.5.2 GEO/LEO星座协同实现遥感数据星上实时处理和分发 547 11.5.3 GEO/LEO星座协同构建SAR成像系统 549 11.6 卫星通信、导航、遥感网络空间段综合 550 11.6.1 通信星座协同导航星座构建星基增强系统 550 11.6.2 通信星座协同导航星座构建位置报告系统 551 11.6.3 通信GEO卫星平台与遥感GO卫星平台综合 551 11.6.4 通信低轨道卫星平台与遥感低轨道卫星平台综合 551 11.7 卫星通信、导航、遥感网络用户段综合 552 11.8 我国天地一体化天基与地基信息网络 552 11.8.1 天地一体化天基与地基通信网络 552 11.8.2 天地一体化天基与地基导航网络 553 11.8.3 天地一体化天基与地基遥感网络 554 11.9 地基网络＋天基网络 556 参考文献 557 第 12章 我国天基智能综合信息网络构想 559 12.1 概述 559 12.2 我国多功能低轨道星座方案 560 12.2.1 鸿雁全球低轨道卫星移动通信系统 561 12.2.2 虹云宽带卫星通信系统 563 12.2.3 通信遥感导航综合信息系统 564 12.2.4 天行物联网星座 565 12.2.5 导航通信遥感集成卫星系统 566 12.3 我国多功能双层轨道星座方案 567 12.4 我国天基智能综合信息网络设计目标 568 12.5 我国天基智能综合信息网络设计思想 568 12.6 我国天基智能综合信息网络异轨星座协同作用 569 12.6.1 星座轨道组成和协同作用 569 12.6.2 基于GEO/LEO星座协同实现通信增强 570 12.6.3 基于GEO/LEO星座协同实现导航增强 573 12.6.4 基于GEO/LEO星座协同实现遥感增强 576 12.6.5 基于GEO/LEO星座协同实现测控增强 579 12.7 我国天基智能综合信息网络及其网络单元 580 12.7.1 天基智能综合信息网络 580 12.7.2 智能卫星 583 12.7.3 智能测控系统 586 12.7.4 智能网管系统 586 12.7.5 智能用户终端 587 12.8 我国天基智能综合信息网络星座组网和功能 588 12.8.1 天基智能综合信息网络构建 588 12.8.2 GEO/LEO星座组网 588 12.8.3 LEO星座组网 589 12.8.4 GEO星座组网 589 12.8.5 星座组网的功能 589 12.8.6 星座组网的特点 590 12.9 我国天基智能综合信息网络的关键技术 590 12.10 我国天基智能综合信息网络相关技术研发案例 592 12.10.1 中国电子科技集团公司第三十六研究所研发案例 592 12.10.2 软件定义卫星技术联盟研发案例 593 12.10.3 天仪研究院研发案例 593 参考文献 594 第 13章 我国天地一体化飞行器测控通信网络构想 598 13.1 问题提出 598 13.2 航天器测控通信网络 598 13.2.1 任务 598 13.2.2 组成 600 13.2.3 体系架构 603 13.3 导弹航天器发射场测控通信网络 605 13.3.1 任务 606 13.3.2 组成 606 13.3.3 结构 607 13.4 临近空间飞行器测控通信网络 608 13.4.1 任务 608 13.4.2 组成 611 13.4.3 结构 611 13.4.4 测控通信技术需求 611 13.5 无人机测控通信网络 612 13.5.1 任务 613 13.5.2 组成 615 13.5.3 结构 616 13.5.4 网络技术体制 616 13.6 天地一体化飞行器测控通信网络 618 13.6.1 任务 618 13.6.2 组成 618 13.6.3 结构 619 13.6.4 关键技术 620 参考文献 620