前言 空间信息是20世纪60年代新兴的一门学科，20世纪70年代中期以后在我国得到迅速发展，主要包括使用卫星定位系统、地理信息系统(Geographical Information System，GIS)、遥感探测系统、空天通信系统等相关的理论与技术，进行空间数据的采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用等。空间信息产业是以空间通信、导航、遥感为基础的战略性新兴产业，作为打通天上各种飞行器资源，以及陆地和海洋等行业应用的承载平台，它深度融合了新一代信息技术、地理信息技术与航空航天技术等，是构建空间基础设施，收集、存储、处理和分析空天地海等领域信息，并为用户提供多样化服务的新兴产业，是在迈入全互联时代中涌现的前沿新兴产业形态。 空间通信是空间信息的重要组成部分，促进了遥感探测、导航定位、GIS等各领域之间的交叉融合和技术创新。此外，它是一种以航天器或空间通信实体为对象的无线通信，航天器有人造地球卫星、空间探测器、载人飞船、航天站、航天飞机等； 空间通信实体包括临近空间、航空空间、陆地和海洋的各种类型无人体、飞机、网关、信关站、终端和传感器等。按照与地球的距离，空间通信一般可以分为深空通信、近空通信、临空通信、航空通信、陆基通信、海基通信等。深空通信专指与离开地球轨道，进入太阳系空间飞行的航天器之间的通信； 近空通信通常指与地球轨道上的航天器之间的通信，包括高轨、中轨和低轨卫星通信； 临空通信一般指各种无人体通信、散射通信和反射通信等； 航空通信专指距离地球20km范围内的通信，包括无人机通信、飞艇通信、飞机通信等； 陆基通信一般指陆地移动通信，是针对个人信息交互而专门设计的，是目前技术最先进、应用最成熟和规模最大的通信模式； 海基通信包括海上的无线通信和海面下的水声与激光通信等。 本教材聚焦空间信息获取、传输、分析、表示与应用等环节，旨在探讨空间信息领域的关键概念、技术原理和应用，既涵盖传统的空间信息基础理论与关键技术，包括遥感探测、导航定位、GIS等，也包括近期发展快速的空间通信理论和技术，例如空基通信、天基通信、陆基通信和海基通信等。空间通信也被称为空天地海一体化通信，或者简称为空天通信，为了强调空间通信的重要性，本教材的空间信息专指遥感探测、导航定位、GIS等，所以空间信息通信涵盖狭义的空间信息与专门的空间通信两大内容。 教材第1章重点介绍空间信息通信的总体组成和基本概念。首先描述空间概念，从银河系和宇宙起源的宏观视角进行阐述； 然后探讨数据与信息的重要性，通过阐明空间数据与空间信息的关系，介绍将现实世界数字化的方法与意义； 之后聚焦空间信息获取、传输、分析和表示环节的关键技术，重点阐述了遥感探测、导航定位、GIS、空间通信技术的基本概念，使读者能够初步建立空间信息通信的知识体系结构。 第2~8章主要介绍空间信息的基础理论与关键技术，以便读者构建空间信息的知识框架。第2章从航空、航天与航海的基本概念与发展历史出发，介绍不同领域的核心知识和关键技术。第3章围绕雷达信号处理展开，重点介绍雷达信号表示、匹配滤波与多普勒处理，令读者对雷达工作原理具有基本了解。第4章重点阐述卫星星座基础知识，介绍卫星运动基本原理，为读者后续进行天基通信内容的学习奠定基础。第5章主要介绍遥感探测技术的工作模型、物体辐射特性等内容，明确遥感探测基本原理。第6章着重介绍遥感数字影像处理的基础知识，包括辐射校正、影像增强、图像分类原理等，从而实现遥感领域知识体系闭环。第7章介绍空间信息数字化与GIS的基本概念和原理，重点阐明GIS的构成要素、空间数据的数字化处理方法等。第8章从卫星导航主要评价指标出发，介绍卫星导航定位、测速、授时基本原理，探讨热门的导航增强技术。 第9~15章重点介绍空间通信技术，内容包括电磁波传播、卫星通信、深空通信、散射通信、激光通信、海上通信、水声通信等相关的基础理论和关键技术。电磁波传播是空间通信的基础，第9章介绍电磁频谱划分准则、自由空间传播特性，数学模型、关键性质和链路预算方法等。第10章介绍卫星通信的基本原理，包括频率复用、调制、编码技术等。第11章介绍流星余迹散射通信、对流层散射通信，以及大气波导通信等高空散射通信原理。第12章聚焦深空通信与探测，介绍深空通信天线和调制编码技术等，以及深空探测基本原理、无线电测量与光学测量等关键技术。第13章介绍激光通信，包括激光源、激光信道、通信调制、瞄准捕获、链路预算等。第14章介绍水下通信和定位技术，主要包括水声通信、水下光通信、水下定位等核心内容。第15章介绍海上无线信道模型、海上窄带和宽带通信技术、海上探测技术等。 本教材的目标是帮助读者建立空间信息通信的知识体系架构，加深对空间信息通信的理解，也为读者后续从事空间信息和空间通信方面的科研、开发及应用等工作打下坚实的理论基础。 由于水平有限，书中难免有不严谨、不妥当之处，敬请大家批评指正，欢迎来信交流！ 彭木根 2024年10月5日于北京邮电大学