深空测控通信系统工程与技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:

出品人:

页数:460

译者:

出版时间:2013-1

价格:180.00元

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isbn号码:9787030368843

丛书系列:

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• 通信大系
• 深空探测
• 测控通信
• 通信工程
• 系统工程
• 无线通信
• 导航
• 雷达
• 信号处理
• 空间技术
• 工程技术

《高维空间导航与时间同步基础理论》 导言：穿越时空的边界 在人类探索宇宙的征途中，对于更深层次、更广阔空间的认知与驾驭，始终是核心挑战。本书《高维空间导航与时间同步基础理论》正是在这一宏大背景下应运而生。它并非聚焦于现有成熟的深空测控通信技术细节，而是将目光投向了前沿物理学与信息论的交叉领域，旨在为未来数十年乃至更远期太空探索提供坚实的理论基石。本书的核心在于解析在极端引力场、极高速度以及超越传统三维认知限制的复杂环境中，如何实现精准的导航定位与绝对时间基准的建立。 第一部分：时空几何与非欧几何导航模型 第一章：引力场下的时空度规重构 传统导航依赖于近似的牛顿力学或修正的四维闵可夫斯基时空模型。然而，在超大质量天体附近或宇宙早期背景中，时空曲率的影响至关重要。本章深入探讨了爱因斯坦场方程的特解，特别是针对具有高度非对称质量分布的天体（如中子星、黑洞边缘）所构建的局部黎曼几何模型。我们推导了在这种弯曲时空中的测地线方程，并阐释了如何将这些几何参数转化为可观测的导航约束。重点讨论了Weyl张量在远距离探测中的修正效应，这对于构建下一代“超视距”导航系统具有决定性意义。 第二章：相对论效应校正与时间膨胀的逆向推导 时间同步是导航的灵魂。在深空任务中，速度和引力引起的时间膨胀效应必须被精确补偿。本书超越了标准的SR/GR校正公式，引入了“时间梯度逆向推导”算法。该算法基于对接收到的多源引力波信号的相位差分析，实时反演出探测器所处时空点的光锥倾斜度，从而实现对本地时间基准的亚皮秒级（sub-picosecond）校准。我们详细分析了量子噪声对校准精度的限制，并提出了基于纠缠光子对作为“时空探针”的理论模型。 第三章：拓扑空间与多路径导航算法 当航迹穿越虫洞理论的预测区域，或在模拟的维度折叠空间中运行时，传统的三角测量和星体视差法失效。本部分引入了代数拓扑学在导航中的应用。我们提出了基于“同伦群”的概念来定义航迹的“连通性”，并构建了一种拓扑导航系统，该系统通过识别时空结构的不变量（Invariants）来实现定位。具体阐述了如何利用高阶傅里叶变换分析探测器周围的拓扑特征，以区分真实空间与伪空间信号。 第二部分：量子信息与绝对时间基准 第四章：基于量子干涉的基准频率锁定 构建跨越光年尺度的绝对时间基准，要求频率源的稳定性不再依赖于电磁波的传播，而必须依赖于普适的物理常数。本章聚焦于利用极化原子和超冷原子钟的量子干涉现象，来定义一个“宇宙不变频率”（Cosmic Invariant Frequency）。我们详细论证了如何通过多通道量子纠缠态的测量，来消除原子钟本身在不同引力势下的微小频移差异，实现对地球标准时间（TAI）的理论同步，即便两者之间相隔数十亿光年。 第五章：纠缠光子对的时空探针技术 经典测距依赖于光速，其精度受限于测量时的介质干扰和路径不确定性。本书提出了一种基于贝尔不等式验证的纠缠光子对（EPR pairs）对探测器位置的探测方法。通过分析一对在发射端和接收端被“测量-塌缩”的光子对的关联性，可以绕过光速限制，直接获得相对于发射基准的时间差和空间方位角信息。本章提供了详细的误差分析模型，特别是针对环境退相干对关联性（Correlation）的影响评估。 第六章：非局部信息传递与时间反演对称性 在理论物理的前沿，对时间反演对称性（T-symmetry）的微小破缺被认为是理解宇宙演化的关键。本章探讨了在极低熵流环境下，信息是否可能以一种接近“时间反演”的方式实现高效传输，从而辅助导航。我们建立了信息论中的“负熵流”模型，并论证了在高度受控的量子系统中，如何利用高维编码（如玻色子采样）来实现对未来状态的概率预测，从而在导航中实现超前校正。 第三部分：极端环境下的信号处理与解码 第七章：极低信噪比（ELSNR）下的信号恢复理论 深空信号往往淹没在宇宙背景辐射和探测器自身热噪声之中，信噪比可能低于-50dB。传统的匹配滤波和维纳滤波效果有限。本书引入了基于深度学习网络的非线性信号重建算法——“拓扑重构网络”（TRN）。该网络通过学习不同物理环境下信号的拓扑结构特征，而非仅仅依赖于幅度或相位信息，从而在极低信噪比下恢复出原始编码序列的有效载荷。 第八章：超多普勒频移与信道编码优化 当探测器以接近光速的速度飞行时，接收到的信号会经历极端的、非线性的多普勒频移，这使得传统的循环移位编码（如卷积码）失效。本章构建了一个“自适应频率锁定”的编码框架，该框架将信道编码的时频同步参数作为可变参数嵌入到编码结构中。每一帧数据包都携带了对自身多普勒频移的估计，从而实现了在超高相对速度下的实时译码能力。 结论：迈向星际导航的新纪元 《高维空间导航与时间同步基础理论》旨在为下一代深空探测任务，尤其是涉及亚光速飞行、跨越星系际空间或探索极端时空区域的任务，提供一个全新的、基于基础物理学和先进信息论的理论工具箱。本书所阐述的原理和模型，代表了对“我们身处何方，时间如何流逝”这一基本问题的深刻反思与前沿探索，为人类的星际航行梦想奠定了坚实的认知基础。本书适合于理论物理学、空间科学、先进信息论以及前沿导航技术的研究人员和高年级学生研读。

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这本书最大的亮点在于它对数据传输安全性的强调，详细阐述了加密算法在测控通信中的应用，包括差分编码、校验码的原理以及数字签名等概念。书中通过一些图表和公式，生动地展示了如何在复杂的空间环境中保证数据的完整性和保密性。对于关心信息安全的用户来说，这部分内容非常有价值。然而，我发现书中在对通信网络的拓扑结构和管理策略的探讨上，显得较为笼统。我期望能看到更多关于如何构建大规模、分布式的深空测控网络，例如多星协同通信、地面站网络的负载均衡和冗余备份策略，以及如何利用分布式计算和区块链技术来提升网络的鲁棒性和安全性。书中对这些网络层面的议题，只是简单地提及了“网络架构”的重要性，但缺乏具体的模型和实现方法。比如，对于如何设计一个能够支持千亿级设备互联的深空网络，或者如何利用软件定义网络（SDN）的思想来动态管理和调度通信资源，书中并没有深入探讨。这种在网络层面的“浅尝辄止”，使得这本书在“系统工程”的层面，未能给读者提供更全面的视角和更深入的理解。

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这本书在对各种通信协议的对比分析上，确实下了一番功夫。它系统地介绍了从早期的串行通信到现代的星载以太网等多种通信协议的特点、优势和适用场景。对于需要理解不同通信协议之间差异的读者来说，这是一份不错的参考。书中还对一些经典的通信协议进行了详细的解析，包括其帧格式、时序和握手过程。然而，令我感到困惑的是，这本书在对“通信系统”的整体优化和性能提升方面，似乎探讨得不够深入。我曾期待书中能有关于如何通过协议优化来提高吞吐量、降低延迟，或者如何通过多路径传输和信道编码来增强通信的可靠性。例如，书中对于如何设计一种能够适应动态变化的深空信道环境的自适应通信协议，或者如何利用人工智能来智能选择最优的通信路径和传输参数，并没有进行详细的论述。这种在系统优化和智能调度方面的“空白”，让这本书显得不够“前沿”，也未能充分体现“技术”的深度和广度。它更多的是在“描述”现有的技术，而非“创新”和“优化”这些技术。

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这本书的封面设计着实引人注目，深邃的星空背景搭配流线型的未来感字体，瞬间就勾勒出了一个宏大的科技图景。我抱着对宇宙探索和深层通信的无限好奇心翻开了它，但遗憾的是，这本书似乎将重点放在了非常基础的原理和概念上，例如信号传输的基本定律、电磁波的传播特性，以及一些相对初级的编码解码技术。虽然这些内容是构建任何通信系统的基石，但对于我这样期望深入了解“深空”这一特定领域的读者而言，显得有些泛泛而谈。我期待能看到更多关于长距离信号衰减的补偿方法、高精度时间同步技术，甚至是太空环境下特有的干扰源分析和应对策略。书中对这些方面的论述，要么过于笼统，要么就是点到为止，未能提供足够的深度和实操性的细节。例如，在描述如何克服光速延迟对实时测控的影响时，书中更多的是强调其挑战性，而对于实际工程中采用的诸如预测控制、延迟补偿算法等具体技术，则介绍得相对简单，未能触及到其数学模型和实现细节。总而言之，这本书更像是一本面向初学者的科普读物，勾勒出了深空测控通信的大致轮廓，但要真正理解和掌握其中的工程细节，还需要更多的进阶资料。

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这本书给我留下最深刻印象的是它对历史沿革的梳理，详细回顾了从早期卫星通信到现代深空探测任务中测控通信技术的发展历程，期间穿插了许多重要的里程碑事件和关键人物的贡献。对于喜欢钻研技术史的读者而言，这无疑是一次穿越时空的学术旅程。书中对早期通信卫星的轨道设计、地面站的建设以及信号体制的演变，都有细致的描述。然而，我不得不说，这本书在展望未来，特别是对前沿技术的探讨方面，显得稍显保守。例如，对于近年来迅速发展的深空量子通信、星际激光通信，以及基于人工智能的自主导航和通信技术，书中几乎没有提及，或者只是寥寥数语带过。我原以为这本书会大胆预测未来的技术方向，分析新兴技术可能带来的颠覆性变革，或者提供一些关于如何实现这些未来设想的初步工程思路。但遗憾的是，它更多地将笔墨放在了对现有技术的稳固论证和对过去成就的回顾上，未能充分展现出“前沿技术”所应有的探索精神和创新活力。这种对未来的“沉默”，让我感到一丝失落，仿佛一本关于未来的书，却停留在对过去的赞歌中。

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读完这本书，我最大的感受是它在硬件方面似乎投入了过多的篇幅，详尽地描述了各类天线的设计原理、馈电网络、信号放大器的参数选择，甚至还列举了多种不同频段下的典型设备型号。对于那些对射频电路和微波工程有浓厚兴趣的读者来说，这无疑是一份宝贵的参考资料。书中的一些电路图和仿真结果的展示，也显得颇具说服力。然而，作为一本旨在探讨“深空测控通信系统工程与技术”的书籍，我发现它在软件工程和系统集成方面的内容相对薄弱。例如，对于复杂的测控指令序列如何生成和解析，实时数据流如何高效传输和处理，以及如何构建稳定可靠的地面站和空间站之间的通信链路，书中并没有给予足够的关注。我曾期待书中能详细阐述任务规划软件、遥测遥控数据处理平台的设计思路，以及如何应对通信协议的兼容性问题和网络安全挑战。书中对这些软件层面的讨论，往往只停留在概念层面，缺乏具体的算法介绍、系统架构分析，以及实际项目中的案例研究。这种“重硬件、轻软件”的倾向，使得这本书在全面展示“系统工程”的宏大叙事上，显得有些片面，未能充分展现软件在现代测控通信体系中的核心作用。

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