第1章 航天测控系统概述
测控系统概念
第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。
测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。
❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。
❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。
❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。
❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。
❖测控一体化：测量、控制、管理。
二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。
以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。
2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。
3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。
飞行器飞行控制与导航系统设计
飞行器飞行控制与导航系统设计第一章：引言随着航空技术的飞速发展，飞行器的飞行控制与导航系统的设计变得愈发重要。
飞行控制与导航系统是保障飞行器安全飞行的关键因素之一。
本文将从飞行控制与导航系统的概述入手，深入探讨该系统的设计原理和方法。
第二章：飞行控制系统飞行控制系统主要由飞行控制计算机、执行器、传感器以及作动器等组成。
飞行控制计算机是飞行控制系统的核心，其通过算法和模型来控制飞行器的姿态、航向和高度等。
执行器负责将计算机生成的指令转化为力和力矩，通过作动器作用于飞行器。
传感器则用于采集飞行器的各种状态参数。
飞行控制系统的设计目标是确保飞行器的稳定性、可靠性和安全性。
第三章：导航系统导航系统是指飞行器用于确定其位置、速度和航向等信息的系统。
常见的导航系统包括惯性导航系统（INS）、全球定位系统（GPS）和惯性/全球定位系统（INS/GPS）等。
惯性导航系统通过加速度计和陀螺仪等传感器来测量飞行器的加速度和角速度，进而计算出其位置和航向。
全球定位系统则通过接收地面的卫星信号，来确定飞行器的准确位置和速度。
惯性/全球定位系统是结合了两者优点的一种导航系统。
第四章：飞行控制与导航系统的设计原理飞行控制与导航系统的设计原理主要包括建模、控制算法选择和系统集成等方面。
建模是指将飞行器的动力学和环境模型抽象为数学模型。
控制算法是指根据这些模型，选择合适的控制策略来实现稳定控制和导航。
系统集成则是指将飞行控制系统与导航系统进行有机地集成，确保二者之间的相互作用。
第五章：飞行控制与导航系统的设计方法飞行控制与导航系统的设计方法包括仿真、实验和实际飞行验证等。
仿真是指利用计算机模型来进行系统设计和性能评估。
实验则是通过实际物理设备进行系统验证和优化。
最终需要进行实际飞行验证，以验证系统在真实飞行环境中的性能表现。
第六章：飞行控制与导航系统的发展趋势随着航空技术的不断进步，飞行控制与导航系统也在不断发展。
未来，飞行控制与导航系统将更加智能化和自动化。
测控系统
2010年
第一章 概述
• 就技术而言： 测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、 计算机网络技术等信息技术的综合；
• 就其应用而言： 广泛应用于国民经济的各个领域，如化工、冶金、纺织、能源、 交通、电力，城市公共事业的自来水、供热、排水、医疗， 在科学研究、国防建设和空间技术中的应用更是屡见不鲜。
放大器是任何一台现代测量仪器不可缺少的基本电路。越灵 敏的仪器，越需要高增益高性能的放大器。根据实际仪器的 功能和要求的不同，对放大器也有这样或那样的性能要求， 如增益的高低，频带的宽窄，输入阻抗的高低等等。实际上， 放大器的参数远不止这些，还有许许多多的参数来表征放大 器，如非线性放大器，程控放大器，差动放大器，微功耗放 大器，轨—轨放大器……所以，放大器的种类举不胜举。往 常，通用运算放大器是设计工程师们的“万金油”。不管什 么样的放大器都用通用运算放大器来设计。虽然有的运算放 大器在某个或某些参数上具有突出的特性，比较适合于某些 应用场合。但可以说，最适合应用于某种场合的放大器一般 都不是采用通用运算放大器所构成的放大器，而是采用某些 有特色的运算放大器或专门设计的放大器芯片
●第三代就是智能式仪器仪表：计算机置于仪器中
●第四代为虚拟仪器：仪器仪表置于计算机中
以计算机为核心
• 门捷列夫：“科学是从测量开始的”
• 钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。 信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三 部分组成。测量技术是关键和基础”
数据采集技术
数据采集系统的组成结构
传感器
★时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测 量仪等
★电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、 静电仪、磁参数测量仪等
航空航天工程师的航天器遥测和控制系统
航空航天工程师的航天器遥测和控制系统航天器遥测和控制系统是航空航天工程师在航天器飞行中至关重要的组成部分。
它不仅能够监测航天器的各种参数，还能实现对航天器的远程操作和控制。
本文将介绍航天器遥测和控制系统的基本原理、应用以及发展趋势。
一、航天器遥测和控制系统的基本原理航天器遥测和控制系统基于遥测技术，通过测量和传输航天器上各种传感器采集的数据，实时监测航天器的运行状态。
同时，它还可以接收地面指令，控制航天器的姿态、航向和速度等参数。
航天器遥测和控制系统由传感器、遥测数据传输模块、指令接收模块和执行机构等组成。
传感器是航天器遥测和控制系统中最基础的部分，它能够感知航天器上各种物理量，如温度、压力、姿态等。
传感器将采集到的数据转化为电信号，并通过遥测数据传输模块传送给地面控制中心。
遥测数据传输模块是连接航天器和地面控制中心的纽带，它可以通过无线电或卫星通信等方式将传感器采集到的数据传输回地面。
遥测数据传输模块可以实现高速、可靠的数据传输，保证航天器上各个部分数据的实时更新。
指令接收模块是地面控制中心向航天器发送指令的接收装置。
通过接收地面发出的指令，指令接收模块可以将指令传递给执行机构，实现对航天器各个部分的控制。
执行机构是根据接收到的指令实现对航天器姿态、航向和速度等参数的调整。
执行机构通过控制航天器上的发动机、推力装置等来实现对航天器运动状态的控制和调节。
二、航天器遥测和控制系统的应用航天器遥测和控制系统广泛应用于各类航天任务中，包括卫星发射、航天器在轨运行以及返回舱的控制等。
它可以监测航天器的运行状态，及时发现并修正运行中的异常情况，确保航天任务的圆满完成。
在卫星发射过程中，航天器遥测和控制系统可以实时监测发射过程中的各种参数，如推力、姿态和温度等。
通过对这些参数的监测，航天工程师可以及时调整发射参数，确保卫星顺利进入预定轨道。
在航天器在轨运行过程中，航天器遥测和控制系统则起到了关键的作用。
它可以实时监测航天器的各项性能指标，如电力系统、姿态控制系统和燃料消耗等。
航天测控和通信系统(王新升)
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2. 卫星测控信道传输及测控的基本原理
2.2航天通信技术的三种情况
对地观测卫星，除测控信道(点频)外，采用另一个 信道单独传送高数据率的遥感数据，该类信道是单 向下行； 载人航天器，除测控信道外，其通信信道中除对地 观测，空间科学实验和空间生产数据外，还有航天 器之间的话音通信，电视信号等，数据传输双向交 互，具有上行和下行； 专门分化出经营通信及广播的卫星，通信为双向， 广播为单向的。
LS LA LP
极化损耗；
L RP
为接收天线指向损耗； 为天线增益；
GR
L r c 接收天线至接收机之间馈线带来的馈线损耗； SF
为系统设计时预留的安全因素
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3. 航天器测控与通信分系统设计
3.1遥测分系统设计
1)遥测基带信号格式
帧同 步码 帧号 1路 2路 3路 全帧 计数 副1'路 副2'路 N-3 路 N-2 路
d l ct l
；其中距离差是由两
个接收点接收电磁波的相位差 t 计统、角饲服系统、天线机座及与上述系统相配套的计算 机、时统、角引导设备等组成，原理是直接测出接收跟踪天线波束的指向，测角的精度取决于天线波 束的宽度，跟踪饲服系统的精度，接收机灵敏度等因素。
CAST2000平台
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3. 航天器测控与通信分系统设计
3.3 小卫星测控系统实例
*小卫星的主要技术指标
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3. 航天器测控与通信分系统设计
3.4跟踪分系统设计
跟踪分系统的功能包括：角跟踪、测距、测速功能
1)角跟踪方法
a)干涉仪法 卫星发出的无线电传输到地面相距为 L 的两个不同接收点 R1、R2 的距离差 d，则 c o s
航空航天测控系统
3.深空通信技术
深空通信距离的遥远，除了导致传输信号强度的 巨大损耗外，还会引起通信的极大时延，
3.深空通信技术
为了应对深空通信中信号的巨大损耗和时延，通常采 用以下措施:
* 提高载波频率; * 采用低温制冷的低噪声放大器; * 增加地面站接收天线和探测器上对地天线的口径; * 增加大发射功率，提高功率利用率，降低系统解调门限信噪比; * 提高频带利用率，减少对邻道信号的干扰; * 采用信道编码、译码技术以获取编码增益; * 采用信源压缩技术以减少传输数据量; * 不依赖地面的实时控制，充分保障探测器自身的自主控制能力 。
2.航空航天测控系统的发展
(1)分离测控体制发展阶段
最初测控系统是由相互分离的跟踪测轨设备 、遥测设备、遥控设备组合而成的, 因而称之为分 离测控系统。
2.航空航天测控系统的现状与发展
(1)分离测控体制发展阶段
单台雷达
被动式基 线干涉仪
卫星跟踪和数据 获取网(STADAN)
2.航空航天测控系统的发展
谢谢！！
航空航天测控系统
• 航空航天测控系统的概念 • 航空航天测控系统的发展 • 深空通信技术 • 美国深空测控通信网
2.航空航天测控系统的发展
测控体制发展中的三个里程牌, 可划分为下列三个发 展阶段： (1)分离测控体制发展阶段 (2)统一载波测控体制发展阶段 (3)跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data RelaySatellite System) 体制发展阶段
航空航天测控系统
• 航空航天测控系统的概念 • 航空航天测控系统的发展 • 深空通信技术 • 美国深空测控通信网
4.美国深空测控通信网
美国深空测控通信网简称深空 网，即DSN(Deep Space Network)。
航天测控通信原理及应用
航天测控通信原理及应用航天测控通信原理及应用随着现代科技的不断发展，航天技术也得到了迅速的发展。
而航天测控通信就是航天技术中不可缺少的一部分。
下面将从原理和应用两个方面介绍航天测控通信。
一、原理1.航天测控的基本原理：航天器在太空中运行时，通过地面站向航天器发送指令，收集空间信息，控制航天器，保证其安全降落。
这就需要航天测控系统。
2.航天测控通信的原理：在航天测控过程中，必须采用通信方式完成地面站和卫星之间的数据传输。
这就是航天测控通信。
通信利用无线电波传播。
一般采用发射功率较小的卫星遥测遥控技术，通过地面站向卫星发出指令，并从卫星收到数据，完成数据传输。
3.航天测控通信系统的构成：航天测控通信系统由地面站和卫星两部分组成。
地面站主要包括天线、收发设备、终端设备、数据处理设备等。
其中最主要的装备为卫星接收机和卫星发射机。
卫星上装配有天线控制装置（ACU）、卫星通信模块、遥控遥测模块等电子设备。
二、应用1.卫星通信：在航天测控中，卫星通信是必不可少的一部分。
利用航天测控技术的无线电波传导特点，将指令传输到卫星，使卫星按指令完成任务。
2.星载测控：随着卫星的发展，测控技术也不断进步。
星载测控技术就是指在卫星上安装测控设备，实现卫星测控的一种技术。
3.深空测控：深空测控是指对行星、卫星、彗星等天体进行跟踪观测，并根据观测结果进行数据分析和处理。
4.测量和确定地球重力场：航天测控通信技术也可以用于测量和确定地球的重力场，帮助科学家更好地研究地球的内部结构和演化历史。
综上所述，航天测控通信是航天技术中不可缺少的一部分，它为航天器的安全运行提供了难以替代的保障。
同时，在工况监测、环境监测、人类生活等多个领域也有广泛应用。
随着信息技术的不断进步，航天测控通信技术也将不断完善和发展。
航天测控系统
航天测控系统1．定义2.发展概况3.系统组成4.航天测控网5.总体设计6.总体设计中必须解决的问题7.电子测控系统8.航天电子测控系统的新发展9.计算系统10.测控的其他应用11.展望1.定义对运行中的航天器（运载火箭、人造地球卫星、宇宙飞船和其他空间飞行器）进行跟踪、测量和控制的大型电子系统。
2.发展概况中国航天测控系统也是在航天事业的发展中逐步臻于完善的。
在大陆上已经建立了多个测控站和一个测控通信中心。
为了扩展观测范围,还建造了海上测量船,以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。
在整个测控系统中使用了多台计算机，并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通信网络。
3.系统组成①跟踪测量系统：跟踪航天器，测定其弹道或轨道。
②遥测系统：测量和传送航天器内部的工程参数和用敏感器测得的空间物理参数。
③遥控系统：通过无线电对航天器的姿态、轨道和其他状态进行控制。
④计算系统：用于弹道、轨道和姿态的确定和实时控制中的计算。
⑤时间统一系统：为整个测控系统提供标准时刻和时标。
⑥显示记录系统：显示航天器遥测、弹道、轨道和其他参数及其变化情况，必要时予以打印记录。
⑦通信、数据传输系统：作为各种电子设备和通信网络的中间设备，沟通各个系统之间的信息，以实现指挥调度。
4. 航天测控网各种地面系统分别安装在适当地理位置的若干测控站（包括必要的测量船和测控飞机）和一个测控中心内，通过通信网络相互联接而构成整体的航天测控系统。
5.总体设计航天测控系统总体设计属于电子系统工程问题。
对整个系统来说，首先考虑的是航天任务的要求，可以针对某一个任务，也可以兼顾多个任务，从较长远的发展要求来设计。
航天测控系统的中心问题是从地面和航天器整体出发，实现信息获取，即将航天器的飞行和工作数据发回地面，并用计算机进行计算、决策和实时反馈来控制航天器飞行的轨道和姿态。
6.总体设计中必须解决的问题在总体设计中必须解决的问题有：①全系统所要具备的功能和实现这些功能的手段;②测控站布局的合理性;③控制的适时性和灵活性；④各种设备的性能、速度和精度；⑤长期工作的可靠性；⑥最低的投资和最短的建成时间。
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航天系统 各系统组成
航天发射场系统：是装备有专门设施、采用运载火 箭从地面陆上发射航天器的特定场区系统。航天器的发 射，除上述利用运载火箭从发射场陆上发射外，还可以 从空间、空中和海上发射。
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航天系统 各系统组成
航天着陆场系 统：是提供航天器 返回着陆场区、对 返回着陆后的航天 员及其乘器实施搜 索救援与回收、并 对返回轨道出黑障 后部分进行跟踪测 量的系统。
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航天系统 各系统组成
航天员系统：是选拔培训合格航天员，对航 天员实施医学监督与医学保障，设计合理的人工 环境并研制相应专用设备，以保证在轨航天员的 生命安全、生活条件和工作能力的系统，又称航 天员准备中心或航天员中心。
航天运输系统：运送有效载荷 ( 即运输对象 ) 到预定 轨道的航天运输工具。根据其服务任务的不同，可分为 运载器和运输器两类：运送航天器进人预定轨道的称为 运载器；为在轨航天器接送人员、装备、物质和进行在 轨维修、更换、补给等服务的称为运输器。
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航天测控系统
课程概况
[1] 周智敏、陆必应、宋千。《航天无线电测控原理与系 统》. 电子工业出版社.2008（3） [2]夏南银、张守信、穆宏飞.《航天测控系统》（第一版）. 国防教育出版社.2002（10）。
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航天测控系统 测控系统的组成
航天测控系统按其 系统功能组成，可包括 跟踪测轨、遥测、遥控、 天 - 地通信与数据传输、 数据处理、监控显示、 地 - 地通信和时间统一等 八个主要分系统(系统)以 及有关辅助支持系统。 包括两类基本单元： 测控站及测控中心
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航天测控系统 遥控系统
遥控系统的功能是产生指令信息和注入数据的编码， 经上行无线电链路发向航天器，按任务需要对航天器进 行实时控制或（和）程序定时控制。 控制的内容主要有：航天器上设备开机、关机与备 份切换控制；交轨、轨道调整、轨道维持，交对接，以 及离轨返回等控制；姿态机动、姿态维持，以及自旋稳 定航天器自旋转速调整等控制；向航天器上数据管理分 系统（计算机或程序控制装置）注入数据，修正程序控 制时间、程序控制计算用参数值以及导航有关参数等。
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航天测控系统 跟踪测轨系统
跟踪测轨系统也称跟踪测量系统，其功能是使测控 天线指向航天器，建立天地无线电链路，获取航天器相 对测控天线的方向角、距离及径向速度等位置运动参数， 以确定航天器的运行轨道。 主要采用连续发射射频信号工作方式，易于实现测 速和载波信道综合利用，主要有多普勒测速系统、距离 与距离变化率测量系统和微波统一系统等。微波统一系 统共用一个微波载波信道和一套天线，将对航天器的跟 踪测轨功能与遥测、遥控、通信等功能合理有机地结合 在一起，故在航天测控与通信中得到广泛应用。
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航天测控系统 基本概念
航天测控系统是对航天器飞行轨道、姿态和其上各 分系统工作状态进行跟踪测量、监视与控制的技术系统， 用于保障航天器按照预先设计好的状态飞行与工作，以 完成规定的航天任务。 各种航天系统都包括有航天测控系统。不同的航天 系统可以有其专用的测控系统，某几个航天系统也可以 按其测控需求的共同性合用一个相互兼容的测控系统。 航天测控系统按其测控的航天器类型之不同，大体上可 分为三类，即卫星测控系统、载人航天测控系统和深空 测控系统。
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航天测控系统
主要课程内容：
课程概况
一、航天测控系统基础 二、无线电通信基础知识 三、航天器测量 四、航天器遥测系统与遥控系统 五、统一载波测控系统 六、航天测控系统总体设计 七、测控新技术
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地-地通信系统是连结测控系统中心和测控站以及测 控系统中心和航天系统中其它系统各中心，用以传递数 据、话音和图像等信息的系统。 时间统一系统是为测控系统提供统一的标准时间信 号和标准频率信号的系统。完整的时间统一系统由两部 分组成。一部分是授对系统，即国家时间频率基准及其 授时，其作用是建立和发播国家级时间和频率基准信号； 另一部分是测控系统中的时统设备（或时统站），即时 间统一系统，简称时统。
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航天测控系统 航天测控站
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航天测控系统 测控系统的地位和作用
航天测控系统是任何航天系统的组成中不可缺少的 一个重要系统。不论是无人航天系统，还是载人航天系 统，它们在执行航天任务时都必须借助航天测控系统的 支持，才能便地面人员随时掌握任务情况，做出判断、 决策，发挥干预作用，达到运营使用的目的。 （1）天地联系窗口： （2）综合技术分析和信息交换中枢： （3）为备相关系统提供分析和应用处理所需基准信息：
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航天测控系统 航天测控中心
航天控制中心是航天测控网中的中央测控单元，一 般分两类：航天测控网操作控制中心和航天任务指挥控 制中心，航天测控网操作控制中心的职能是负责测控网 本身的组织调度和操作管理；航天任务指挥控制中心的 职能是飞行任务的计划与组织（即任务控制）和航天器 飞行的监视与操作控制（即航天器操作控制）。
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航天系统 基本概念及分类
无人航天系统包括航天器、航天运输系统、航天发 射场系统、航天测控系统和航天应用系统等五大系统： 载人航天系统除上述五大系统外，还包括航天员系 统和航天着陆场系统。
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航天系统 各系统组成
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航天测控系统
课程概况
遥控系统：遥控系统的功能是产生指令信息和注 入数据的编码，经上行无线电链路发向航天器，按任 务需要对航天器进行实时控制或（和）程序定时控制。 测量系统：测量系统的功能是获取航天器相对测 控天线的方向角、距离及径向速度等位置运动参数， 以确定航天器的运行轨道，并测控天线指向航天器， 建立天地无线电链路。
航天系统 各系统组成
航天应用系统：是直接执行航天使命为科学研究、 技术实验、国民经济建设和军事目的等服务的系统，是 航天工程表现效益的系统，由有效载荷、有效载荷公用 设备、有效载荷应用中心和应用终端系统等部分组成。 其中，前两部分装载在航天器上，是应用系统的空间部 分，而后两部分为应用系统的地面部分。应用系统的有 效载荷部分构成航天器的专用有效载荷系统，它是航天 器的核心，不同用途的航天器相互区别主要在于装有不 同的专用有效载荷系统。
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航天测控系统 监控显示系统
监控显示系统是将数据处理系统处理后送出的、指 挥控制人员关注的信息进行汇集、加工和显示，为分析 决策和指挥控制提供依据的系统。
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航天测控系统 地-地通信系统及时间统一系统
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航天测控系统 辅助支持系统
辅助支持系统主要包括气象保障、大 地测量保障、供配电、空调以及海上测量 船的船位(经度、纬度、航向、航速)、船姿 (纵摇角、横摇角、船体形变)测量和船上跟 踪天线波束指向稳定等系统。
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一、航天测控系统概述
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1.1 航天系统和航天器简介
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航天器概述 各系统组成
各种航天器都具有的分系统有：结构与机构 分系统、热控分系统、 GNC （制导、导航与控制） 分系统、推进分系统、测控与通信分系统、数据 管理分系统、电源分系统和有效载荷分系统。返 回式航天器还特有返回着陆分系统。载人航天器 还特有乘员分系统、 环境控制与生命保障分系统、 仪表与照明分系统和应急救生分系统。各个分系 统的规模和复杂性，视航天器的具体任务和载荷 情况而不相同。