深空网低噪声系统

前言

喷气推进实验室（JPL）是设在加利福尼亚理工学院帕萨迪纳的一个研究部。JPL的历史可追溯到20世纪30年代早期，当时毕业于加州理工学院古根海姆航空实验室的学生Frank Malina，就他的毕业论文嚮导师Theodore von Karman提出了一个设计、建造和测试火箭发动机的建议。建议被接纳后，Malina就开始着手研究工作。他很快挑选了两个助手，而且他们的合作研究获得了很大进展。实际上加州理工学院禁止他们进一步开展实验（与噪声过大有关），于是他们将实验设备搬到了约距加州理工学院校园12km的一个乾燥的河谷内，正好在帕萨迪纳市所辖範围外，即现在的La Caada市，也是目前JPL所在的位置。

实验在整个20世纪30年代都进展得很顺利，直至第二次世界大战开始，Karman将该项研究扩建成了一个新的实验室，后来称为喷气推进实验室。JPL的成功实验使其在整个“二战”期间和以后都获得了美国陆军的资助。此时，美国正在研製弹道飞弹，JPL参与了无线电跟蹤和飞弹控制项目，而这一跟蹤系统就是目前用于跟蹤太空飞行器的全球深空网（DSN）的先驱。

苏联在1957年发射了第一颗人造地球卫星。第二年，JPL併入新成立的国家航空航天局，自此，JPL及DSN就一直领导或支持着对太阳系每一颗行星和其他诸多天体的探测活动。

当前JPL的目标之一是更深入地了解太阳系的起源和演化，进而了解宇宙中生命的起源和进化。这一目标将由那些到达行星、行星的卫星、小行星和彗星的机器人太空飞行器来承担。除此之外，JPL还支持探测宇宙边界的许多宇宙飞行器的星载观测，而且，这些探测活动所获得的数据还在稳步增长中。而DSN的目标是从太空飞行器获取遥测数据、向太空飞行器传送遥控指令、获取太空飞行器的位置和速度、进行甚长基线干涉观测、进行射电和天文研究、为射电科学试验测量无线电波的各种变化、蒐集科学数据、监视和控制测控网的性能。

DESCANSO系列丛书的主编Joseph H.Yuen规定了DSN技术的範围和描述。本书是该系列丛书之一，阐述构成所有DSN地面站前端的低噪声微波系统。微波前端是确定接收链路乃至整个地面站灵敏度和性能的关键。接收系统的灵敏度和性能用G/T值来表示，这里G是天线增益，T是整个接收链路的总噪声温度，通常称为系统工作噪声温度Top。为了提高地面站的接收能力，必须提高G/T值，它可以通过增大天线增益或减小Top来实现。过去，DSN既增大天线增益G，也减小系统工作噪声温度Top，但事实表明，在一定程度上减小Top比增大G会更加经济和有效。

因为地面站的微波前端对于确定接收链路的灵敏度和性能至关重要，接收系统的设计者们有责任付出巨大努力来减小Top、标校和保持前端的低噪声。Top确定的越精确，就越能减小太空飞行器任务设计中允许的容差，而减小太空飞行器功率设计容差能够大大降低成本，对于同样的太空飞行器功率而言，就意味着增大科学数据的传送速率，或在这两者之间进行折衷。因此，提高接收链路的校準精度是极其重要的。精确的噪声温度校準对于保持地面站的低噪声性能也同样重要，同时，天线增益的测量精度也非常重要。本书还介绍了目前天线校準和其他一些新技术。

在行星际距离上成功完成无线电通信很困难，也极富挑战性。在DSN系统中为达到所需的系统灵敏度，都需採用极低噪声的前端。本书描述了DSN中各种低噪声系统，包括它们的开发、校準和操作，以及这些系统是如何用于跟蹤和科学试验的。其中一章叙述前端的总系统噪声温度校準，其他章节详细阐述几种低噪声接收机前端，还有大气和天线增益的校準。

深空网低噪声系统

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