航天测控和通信系统(王新升)
2015年西北工业大学航天学院考研专业目录_西北工业大学考研论坛

243 日语(一外) 限报毛根旺
081105 导航、制导与控制
24
周 军教 授
张 科教 授 于云峰 教 授 01 航天器及导弹制导与控 杨 军教 授 制系统 闫 杰教 授 03 飞行器控制与仿真技术 翁志黔 教 授 04 先进控制理论及应用 王民钢 教 授 05 通信、测控、信息安全 梁志毅 教 授 与对抗技术 黄攀峰 教 授
2015 年西北工业大学航天学院考研专业目录
学科、专业代码及名称 研究方向代码及名称
指导 教师
招生 考试科目
人数
备注
002 航天学院
125
080701 工程热物理
4
联系人:张老师 029-88460301
复试科目:
毛根旺 教 授
01 爆震燃烧及新概念爆震 何国强 教 授
发动机研究
鲍福廷 教 授
02 航空航天发动机中的燃 胡春波 教 授
②204 英语(二)
938 飞行器总体③3Fra bibliotek2 数学(二)
设计
④837 气体动力学
940 火箭发动机
或 842 飞行力学与结构 原理
力学
任选 1 门
徐 敏教 授 方 群教 授 祝小平 教 授 罗建军 教 授 李新国 教 授 王志刚 教 授 岳晓奎 教 授 朱战霞 教 授 毛根旺 教 授 李进贤 教 授 鲍福廷 教 授 胡春波 教 授 李 江教 授 刘佩进 教 授 杨 涓教 授 何国强 教 授 潘宏亮 教 授 杨 茂 副教授 吴 斌 副教授 龚春林 副教授 徐 超 副教授 刘 芸 副教授 马卫华 副教授 唐金兰 副教授 胡松启 副教授 李 强 副教授 张 研 副教授 冯喜平 副教授 王英红 副教授 刘 洋 副教授 秦 飞 副教授 吕 翔 副教授 许 志 副教授 校金友 副教授 刘 旸 副教授 泮斌峰 副教授
我国载人航天器测控与通信技术发展

㊀V o l .31㊀N o .6㊀166㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第31卷㊀第6期㊀2022年12月我国载人航天器测控与通信技术发展陈晓光㊀易予生㊀丁凯(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀100094)摘㊀要㊀梳理了我国神舟载人飞船㊁天舟货运飞船和空间站的测控与通信技术设计状态和发展历程,提出了我国载人航天器测控与通信系统逐步小型化㊁集成化㊁通用化㊁高性能的发展趋势.结合未来载人航天新阶段测控与通信技术的需求,给出了未来载人航天器测控与通信可重构㊁智能化㊁批产化㊁一体化发展的重点方向和关键技术.关键词㊀载人航天器;空间站;地基测控;天基测控;出舱通信中图分类号:V 448㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :10 3969/ji s s n 1673G8748 2022 06 020D e v e l o p m e n t o fT T &CC o m m u n i c a t i o n sT e c h n o l o g yf o rC h i n aM a n n e dS pa c e c r a f t C H E N X i a o g u a n g ㊀Y IY u s h e n g㊀D I N G K a i (B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g 100094,C h i n a )A b s t r a c t :T h e d e s i g n s t a t u s a n dd e v e l o p m e n t o fC h i n a sS h e n z h o um a n n e ds pa c e c r a f t ,T i a n z h o u c a r g o s p a c e c r a f t a n ds p a c es t a t i o n T T&C (t e l e m e t r y ,t r a c k i n g an dc o mm a n d )c o mm u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y a r es u r v e y e d .T h ed e v e l o p m e n t t r e n do fm a n n e ds pa c e c r a f tT T&Cc o mm u n i c a t i o n s s y s t e m ,w h i c hi s g r a d u a l l y m i n i a t u r i z e d ,i n t e g r a t e d ,u n i v e r s a la n dh i g h Gp e r f o r m a n c ei si n t r o Gd u c e d .C o mb i n e dw i t h t h e r e q u i r e m e n t s o fT T &Cc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y i n t h e n e ws t a ge of f u Gt u r em a n n e d s p a c e ,t h e k e y d i r e c t i o n s a n d t e c h n o l og i e s f o r th e r e c o n fi g u r a b l e ,i n t e l l i g e n t ,b a t c h p r o d u c Gt i o n a n d i n t e g r a t e d d e v e l o p m e n t o f f u t u r em a n n e d s pa c e c r a f tT T &Cc o m m u n i c a t i o n a r e g i v e n .K e y w o r d s :m a n n e ds p a c e c r a f t ;s p a c es t a t i o n ;g r o u n d Gb a s e d T T&C ;s p ac e Gb a s ed T T&C ;E V A c o mm u n i c a t i o n s收稿日期:2022G10G08;修回日期:2022G12G10基金项目:中国载人航天工程作者简介:陈晓光,男,硕士,研究员,研究方向为载人航天器系统设计和测控通信.E m a i l :s u n r i s e 77@s i n a .c o m .㊀㊀载人航天器测控与通信技术包括测控技术及数据传输技术两部分.载人航天器入轨后,由器上测控与通信分系统和地面站系统㊁中继卫星系统一起,共同建立器地无线测控㊁测量及对地数据传输㊁中继数据传输通信链路,完成对载人航天器状态采集㊁轨道测量㊁运行控制㊁载荷数据下传地面等功能.载人航天器测控与通信系统是航天器在轨与地面沟通和数据传输通信的重要生命线,为载人航天器在轨正常工作提供各项信道保障条件[1G2].㊀㊀近年来,随着微电子㊁软件无线电等技术的发展,涌现了大量应用于测控与通信领域的新技术㊁新产品㊁新思路,呈现出一些新变化㊁新趋势[3G5].本文在梳理和总结我国载人飞船㊁货运飞船㊁空间站测控与通信技术发展现状的基础上,结合测控与通信技术的发展历程,总结提炼了载人航天器测控㊁导航㊁数传㊁星间等方面的发展趋势.最后,归纳并给出了未来载人航天器对测控与通信技术的需求,以及测控与通信技术未来发展的重点方向和关键技术.1㊀测控与通信技术发展现状载人航天测控与通信的主要任务是在天基中继卫星㊁导航星座㊁陆基测控站和海基测控船支持下,完成载人航天器(载人飞船㊁货运飞船㊁空间站)的跟踪测轨㊁遥测遥控㊁中继通信㊁高速数传㊁图像通信㊁话音通信㊁交会对接通信㊁出舱活动通信等功能,见图1.图1㊀载人航天器测控与通信系统F i g 1㊀M a n n e d s p a c e c r a f tT T&Cc o mm u n i c a t i o n s s ys t e m ㊀㊀由图1可知:通过对地测控与通信链路,实现天地遥测㊁遥控㊁话音数据的上下行传输;通过中继链路,实现天基遥测和指令数据㊁图像㊁话音㊁试验数据㊁延时数据㊁平台状态信息的传输;通过我国北761㊀㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展斗(B D)星座,实现定位和测速;通过遥控指令系统,完成整器指令分发与执行;通过空空通信链路,实现目标飞行器㊁追踪飞行器之间的指令㊁遥测㊁定位数据及遥操作图像数据的传输;通过出舱通信链路及舱内外无线通信链路,实现航天员与空间站之间的话音及遥测数据传输.1 1㊀地基测控系统载人航天器地基测控系统主要采用统一S频段测控体制.如图2所示,统一S频段测控集跟踪㊁测距㊁测速㊁遥测㊁遥控等功能于一体,设备简单,可靠性高,测量精度适中,已在我国载人航天器中得到广泛应用.(1)载波调制体制.统一S频段测控采用频分复用调制体制,每个基带信号先调制到自身的副载波上,几个已调副载波合并之后,再对主载波进行角度调制.一般来说,地(海)面站上/下行载波都采用调相体制(P M/P M),航天器上的测控与通信设备采用相参工作体制;或者,地面站采用上行载波调频,下行载波调相体制(F M/P M),航天器上的测控与通信设备采用非相参体制.(2)测距㊁测速体制.纯侧音测距体制或伪随机码(P N码)测距体制,或音码混合体制.采用侧音测距时,最高侧音用来保精度,低侧音用来解距离模糊.测速采用连续播双程相干多普勒测速技术,载波同步后从载波或伪码中提取出多普勒频移进行测速.(3)遥控遥测体制.对上行遥控副载波进行脉冲编码(P C M)/相移键控(P S K)调制,或P C M/多频移键控(M F S K)调制,或P C M/幅移键控(A S K)调制等.编码遥测采用对下行遥测副载波进行P C M/ P S K调制,或P C M/差分相移键控(D P S K)调制.话音㊁数据㊁图像对通信副载波进行P S K或D P S K 调制.图2㊀载人航天器统一S频段测控系统F i g 2㊀U S BT T&Cs y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t1 2㊀天基测控系统中继卫星系统作为天基测控通信网,能够有效扩大中㊁低轨道飞行器测控㊁通信覆盖范围;中继终端设备利用我国第2代数据中继卫星系统支持,完成天地双向高速数据传输[6].中继天线终端主要实现功能包括:捕获并跟踪中继卫星信标信号;在中继卫星的可视弧段通过中继信道向地面传输数据;在中继卫星的可视弧段通过中继信道接收地面上行数据;完成规定的前向和返向信道数据处理;进行伪码测距[7G8].天链中继卫星系统利用地球同步轨道上的2~3颗中继卫星实现对载人航天器的跟踪㊁测控㊁通信甚至导航[9],如图3所示.体制上采用扩频测控体制,同时还有高数据率数传体制.采用P C M㊁偏移四相相移键控(O Q P S K)及P C M㊁码分多址(C D M A)㊁二相相移键控(B P S K)数据传输体制,跟踪导航统一采用单通道单脉冲测角㊁伪码测距的单站定轨体制,并利用星本体测控数据提高用户的跟踪导航精度,采用I,Q双通道调制,I路传送短P N码,Q路传送长P N码,短码引导长码捕获来解决无模糊测距和快速捕获问题.861㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀31卷㊀图3㊀载人航天器天基测控系统F i g 3㊀S p a c eGb a s e dT T&Cs y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t ㊀㊀2008年9月,神舟七号载人飞船首次使用天链一号01星进行天基测控和跟踪,传回的视频图像清晰,话音质量好,数据可靠,成功实现了我国天基信息传输的重大突破;2011年10月,天链一号01星和02星形成的双星系统,圆满完成神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器的交会对接任务,极大地扩展了可数传和测控的轨道弧段,并首次实现同一波束内双目标的捕获跟踪和中继数传;2012年6月,神舟九号载人飞船发射升空,3名航天员成功完成与天宫一号的自动和手动对接任务,并进驻天宫一号,实现了多项首创.在轨13天中,大量数据㊁图像㊁音频㊁电邮及神舟G天宫组合体的测控等信息,通过中继卫星系统高质量地传到地面指控中心,为此次任务的圆满完成提供了有力的保障.1 3㊀导航定位系统载人航天器目前可同时处理我国B D二代卫星定位系统㊁G P S和格洛纳斯(G L O N A S S)卫星定位系统信号,并使用B D+G P S㊁G P S+G L O N A S S进行兼容定位,实现了全部B D和G P S卫星正常跟踪,在进行绝对定位解算前,优先选择B D导航卫星观测量.设备内部对导航处理板进行热备份,B DGG P S导航板采用B D+G P S兼容方式,处理B D卫星B1㊁B3频点和G P S卫星L1频点信号;全球导航定位系统(G N S S)导航板采用G P S+G L O N A S S兼容方式,处理G P S卫星L1和G L O N A S S卫星L1信号.系统框图如图4所示.在交会对接和撤离阶段,追踪飞行器B DGG P S兼容机通过空空通信设备获取目标飞行器原始测量数据,经过差分解算计算出2个飞行器间的相对位置和相对速度.绝对定位精度(3轴,1σ)不大于15m,绝对测速精度(3轴,1σ)不大于0 25m/s.相对测量模式分为载波固定解㊁双差伪距㊁位置差分3种.图4㊀载人航天器定位系统F i g 4㊀P o s i t i o n i n g s y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t1 4㊀空空通信系统空空通信子系统实现与来访飞行器间的数据交换,同时满足目标飞行器(天宫一号㊁天宫二号㊁天和核心舱)对追踪飞行器(载人飞船㊁货运飞船㊁光学舱)交会对接通信支持.在交会对接段与来访飞行器的空空通信设备建立双向空空通信链路,并实现手控遥操作任务.空空通信机根据距离远近具备961㊀㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展大㊁小功率切换功能.空空交会对接模式可分为自动交会对接㊁手动遥操作及径向对接3种工作模式.自动交会对接和径向交会对接模式时,双向数据传输速率较低,空空通信采用扩频方式进行通信,空空通信机a/b采用双机热备份方式工作.手控遥操作通信模式下,双向数据传输速率较高,空空通信采用非扩频方式进行通信,空空通信机a/b采用双机发射冷备份方式工作.1 5㊀出舱通信系统在神舟七号飞船航天员出舱活动时,出舱通信子系统提供了超高频(UH F)的无线通信功能,实现了无线状态下出舱航天员与舱内航天员㊁出舱航天员与地面的双向通话及生理遥测数据的传输.空间站出舱通信方案在我国载人航天工程二期出舱方案基础上,重点解决了航天员在舱外跨小区切换和功率的远近效应问题.航天员在舱外活动时,通过在舱内配置出舱通信处理器㊁舱外配置的UH F收发天线与出舱航天服通信设备建立无线双向链路,传输数据包括语音㊁遥测信息等,并实现对舱外活动100%的无线通信覆盖,如图5所示.图5㊀神舟七号和空间站航天员出舱F i g 5㊀A s t r o n a u tE V Ai nS h e n z h o uG7a n dC h i n aS p a c eS t a t i o n1 6㊀图像话音系统我国载人航天工程一期和二期的图像话音设备采用了类似电路交换的设备进行切换,设备种类多,系统复杂,使用不便.鉴于地面因特网通信技术的发展,分组交换技术已经取代电路交换技术,具有切换时间快等很多突出优点,图像话音数据可在因特网上传输㊁处理和交换,再考虑到航天员信息服务㊁显示㊁空间站信息管理等需要,设计了高速通信网,传输图像㊁话音㊁空间站信息㊁航天员办公数据等中高速数据,另外还传输系统网综合数据和舱间通信的数据,以作为系统网的备份.载人空间站舱内㊁外摄像机采用集成化㊁网络化的设计思想,将图像(含伴音)采集㊁压缩编码及网络通信功能集于一身,不需要为摄像机配置专门的图像编码及网络通信接口设备.摄像机内部完成图像模拟信号的模拟/数字(A/D)变换㊁编码压缩,形成数字图像及伴音数据后,通过以太网通信模块的以太网接口直接与通信网交换机连接,实现摄像机的网络接入.载人航天器话音通信采用集中式的话音处理方案,由话音处理器实现所有话音终端的接入㊁管理㊁通信等功能,完成天地会议通话㊁专用通话㊁出舱通信㊁舱内会议等多种模式的话音通信.中继K a频段单址(K S A)信道㊁U S B链路㊁数传链路传输天地话音,互为备份.U S B上㊁下行链路提供2条高级多带激励(AM B E)体制话音通路,包括1路任务话和1路专用话,合计32k b i t/s.中继链路由于带宽允许,提供3条高级语音编码(A A C)体制的话音,包括1路任务话和2路专用话,合计576k b i t/s.2㊀载人航天测控与通信技术发展特点根据载人航天任务需求,载人航天器测控与通信系统的发展分为3个阶段.第一阶段为U S B地基测控;第二阶段为地基测控为主,天基测控为辅;第三阶段为基于天基测控的天地一体化网络通信,地基测控为辅.第一阶段,从神舟一号至神舟五号.从1992年载人航天工程立项至神舟五号载人飞船,测控与通信系统仅有地基测控,采用U S B统一测控体制,同时包括天地话音通信㊁图像传输㊁着落信标机等产品,本阶段测控覆盖率仅为16%.第二阶段,从神舟六号至神舟十一号,以及天宫一号和天宫二号.从神舟六号开始搭载海事终端,神舟七号搭载我国第1套中继终端,首次在国内实现了基于中继卫星系统的天基测控,测控覆盖率在071㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀31卷㊀神舟七号达到了44%.随着我国中继卫星系统的建设,在天宫二号时实现了3颗中继卫星的覆盖,测控覆盖率达到了88%.第三阶段,从天舟一号至空间站建成,包括神舟十二号及后续载人飞船㊁天舟一号至后续货运飞船㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱及后续的光学实验舱.从天舟一号开始,到空间站三舱,以及后续的光学实验舱,测控与通信系统采用天地一体化网络通信,并首次在国内实现了基于I P 网络的天地通信,实现天地话音㊁图像和载荷数据的网络传输,实现空间站三舱㊁天舟货运飞船㊁光学实验舱的在轨组网通信.表1总结了载人航天器测控与通信技术的发展特点.表1㊀载人航天器测控与通信技术的发展特点T a b l e 1㊀D e v e l o p m e n t c h a r a c t e r i s t i c s o fm a n n e d s p a c e c r a f t T T &Cc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y功能测控技术技术特点应用航天器地基测控㊀统一载波S 频段,遥控为P C M GP S K GP M ,遥测为C M GD P S K GP M ,测距为3~110k H z ㊀分立器件㊁直插元件,遥测16k b i t /s,质量5 1k g㊀神舟一号~神舟八号㊁天宫一号㊁天宫二号㊀集成芯片㊁表贴元件,采用了E S A 标准频率流程,遥测16~64k b i t /s 自适应,采用小型化设计,质量2 5k g㊀神舟九号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱数传㊀S 频段㊀两路768k b i t /s 数据分别为图像话音数据的I 支路㊁飞船平台数据的Q 支路㊀神舟一号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号天基测控㊀S 链路㊁K a 链路:由高速通信处理器㊁中继综合单元㊁K a接收组件㊁K a 发射组件及中继天线组成,中继天线共用1套展开及伺服机构㊀S 前向:U Q P S K+扩频,传输速率2k b i t /s ;S 返向B P S K+扩频,传输速率20k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率50k b i t /s ;K a 返向:S Q P S K ,传输速率1 6M b i t /s ㊀神舟七号~神舟十四号㊀S 前向:U Q P S K+扩频,传输速率2k b i t /s ;S 返向:B P S K+扩频,传输速率20k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率5M b i t /s ;K a 返向:S Q P S K ,传输速率144M b i t /s㊀天舟一号~天舟四号㊀S 前向:U Q P S K+扩频,传输速率2k b i t /s ;S 返向:B P S K+扩频,传输速率32k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率10M b i t /s ;K a 返向:S Q P S K 和8P S K ,传输速率1 2G b i t /s㊀天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱(使用二代中继卫星)卫星导航系统㊀接收G P S 导航卫星信号㊀G P S :L 1频段㊀神舟一号~神舟七号㊀兼容B D ,G P S ,G L O N A S S 导航卫星系统㊀B D :B 1,B 3频段;G P S :L 1频段;G L O N A S S :L 1频段㊀神舟八号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱空空通信系统㊀自动交会对接㊁手控遥操作㊁径向交会对接㊁前向交会对接及转位㊀扩频模式为B P S K 调制,传输速率为2 8k b i t /s和28k b i t /s ;非扩频模式为D Q P S K 调制,传输速率为3 55625M b i t /s 和5 725M b i t /s ㊀神舟八号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱出舱通信系统㊀UH F 无线通信:舱通信处理器+舱内外出舱通信天线㊀UH F 无线通信(点对点通信)㊀神舟七号㊀前返向频分㊁码分体制,采用内㊁外环联合功率控制及R a k e 接收技术㊀天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱图像话音系统㊀M P E G 2/M P E G 4图像压缩算法/H 264编码㊀标清图像:M P E G 2图像压缩算法,单幅768k b i t /s图像(含伴音);话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊀神舟一号~神舟六号㊀标清图像:M P E G 4图像压缩算法,单幅768k b i t /s图像(含伴音)或双幅384k b i t /s 图像(含伴音);图像编码器集中处理,统一调度,进行 6选2 或 6选1 图像切换;话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊁协同话㊀神舟七号~神舟十四号㊀高清图像:采用H 264编码;舱内外摄像机采用集成化㊁网络化设计,集成图像采集㊁压缩编码;话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊁协同话及在轨拨号的I P 电话㊀天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱㊀㊀(1)载人航天测控与通信系统的发展方向具有小型化㊁集成化㊁通用化㊁高性能的特点.(2)导航接收机的从单频到多频,从以G P S 为主份转换为B D 为主份.171㊀㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展(3)在对地数据传输通信方面,数据传输在数据率㊁传输频段㊁设备集成度等方面均取得了较大的进展.速率由低向高㊁单通道向双通道发展㊁分立单机向集成化发展㊁空间站中继数传达到1 2G b i t/s.(4)测控与通信系统为增加鲁棒性,普遍采用了自主管理设计,当诊断出信道或基带因空间环境影响出现故障时进行自主复位或断电操作,使系统能够快速㊁自主恢复,减少了地面人为干预,提升了效率.(5)高速测控与通信㊁B D短报文㊁二代测控中继终端㊁在无地面干预自主测控技术,均已在载人航天器中得到应用验证.3㊀载人航天测控与通信技术发展趋势为满足载人航天发展新阶段对测控与通信技术的需求,载人航天测控与通信技术有以下发展趋势.(1)批产化㊁通用化.通过测控通信产品的标准化㊁模块化,以满足测控通信产品状态统一和批产化的需求.在批生产方面,需要由分立单机装配方式向采用先进构架㊁集成统一单板和无缆化装配方式转换,如采用统一功能板,通过配备不同软件来实现各种功能[10].(2)测控管理自主化㊁高效化.通过无依托自主测控㊁星间数据交互等有效测控手段,满足大规模多航天器的高效测控管理需求.(3)数字化㊁小型化.采用先进的数字技术降低成本,用软件技术实现相关功能,借用先进的工业技术成果,使设备集成度更高㊁性价比更高㊁成本更低.(4)通过推动以激光㊁K a频段高速数据传输为代表的先进技术应用,满足提升通信性能的需求.4㊀发展建议在载人航天测控与通信技术发展趋势牵引下,后续重点研究的几项测控与通信领域关键技术如下.(1)应答机抗干扰抗截获技术.充分利用在研载人航天器,推进扩跳频应答机在轨验证,建立型谱.开展宽带扩跳频技术研究,提升抗干扰性能.(2)导航接收机抗干扰技术.开展高精度抗干扰㊁干扰检测等技术攻关.(3)多模通用化测控终端设计技术.开展 技术状态系列化,硬件平台通用化,特殊模块组合化 先进硬件技术研究工作,应用软件无线电技术,形成多功能㊁多体制㊁通用化的多模测控终端工程化产品.(4)一体化通信架构技术.开展先进通信系统架构研究,基于标准化㊁通用化通信接口及平台处理模块,实现具有可重构㊁智能化能力的批产化一体通信产品.(5)新体制高速数传技术.针对Q/K a频段开展16A P S K/32A P S K高阶调制技术研究,实现自适应编码调制(AM C)技术,完成在轨载人航天器与地面数据传输平均速率最大化.参考文献(R e f e r e n c e s)[1]张越,洪家财.G N S S星间测控技术发展现状与趋势[J].电子测量技术,2018,41(23):117G122Z h a n g Y u e,H o n g J i a c a i.D e v e l o p m e n t t r e n d so fG N S S i n t e rGs a t e l l i t e st e c h n o l o g i e s[J].E l e c t r o n i c M e a s u r eGm e n tT e c h n o l o g y,2018,41(23):117G122(i nC h i n e s e) [2]单长胜,李于衡,孙海忠.中继卫星支持海量航天器在轨测控技术[J].中国空间科学技术,2017,37(1):89G96S h a nC h a n g s h e n g,L i Y u h e n g,S u nH a i z h o n g.T r a c k i n g a n dd a t a r e l a y s a t e l l i t e s y s t e mf o r h u g e n u m b e r s a t e l l i t e c o n t r o l[J].C h i n e s e S p a c e S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2017,37(1):89G96(i nC h i n e s e)[3]闫林林.卫星测控数传一体化的设计与实现[D].南京:南京理工大学,2018Y a nL i n l i n.D e s i g na n dr e a l i z a t i o nt h eT T&Ca n dd a t a t r a n s m i s s i o n i n t e g r a t e ds y s t e mo f s a t e l l i t e s[D].N a n j i n g: N a n j i n g I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y,2018(i nC h i n e s e) [4]罗大成,刘岩,刘延飞,等.星间链路技术的研究现状与发展趋势[J].电讯技术,2014,54(7):1016G1024L u o D a c h e n g,L i u Y a n,L i u Y a n f e i,e ta l.P r e s e n t s t a t u s a n dd e v e l o p m e n t t r e n d s o f i n t e rGs a t e l l i t e l i n k[J].T e l e c o mm u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g,2014,54(7):1016G1024(i nC h i n e s e)[5]C l a r k GJ,E d d y W,J o h n s o nS K,e ta l.A r c h i t e c t u r e f o rc o g n i t i v en e t w o r k i n g w i t h i n N A S A sf u t u r es p a c e c o mm u n i c a t i o n s i n f r a s t r u c t u r e[C]//P r o c e e d i n g so f t h e 34t hA I A AI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nS p a c eO p e r a t i o n s.W a s h i n g t o nD.C.:A I A A,2016:1G10[6]李佩珊.一体化测控通信传输体制研究[D].成都:电子科技大学,2016L i P e i s h a n.R e s e a r c ho nt h e i n t e g r a t e dT T&Ca n dc oGmm u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o ns y s t e m[D].C h e n g d u:U n iGv e r s i t y o fE l e c t r o n i cS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y o fC h i n a,2016(i nC h i n e s e)[7]I s r a e lDJ,H e c k l e rG W,M e n r a dRJ,e t a l.E n a b l i n g c o mm u n i c a t i o na n d n a v i g a t i o nt e c h n o l o g i e sf o rf u t u r e271㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀31卷㊀n e a r e a r t hs c i e n c em i s s i o n s[C]//P r o c e e d i n g so f I n t e rGn a t i o n a lC o n f e r e n c eo nS p a c e O p e r a t i o n s,2016.W a s hGi n g t o nD.C.:A I A A,2016:1G9[8]雷厉.航天测控通信技术发展态势与展望[J].电讯技术,2017,57(12):1464G1470L e i L i.D e v e l o p m e n t s t a t u sa n dt r e n d so f s p a c eT T&C a n d c o mm u n i c a t i o n t e c h n o l o g y[J].T e l e c o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,2017,57(12):1464G1470(i nC h i n e s e) [9]蒋罗婷.国外小卫星测控通信网发展现状和趋势[J].电讯技术,2017,57(11):1341G1348J i a n g L u o t i n g.D e v e l o p m e n t a n d t r e n d s o f f o r e i g n T T&Ca n d c o mm u n i c a t i o nn e t w o r k s f o r s m a l l s a t e l l i t e s [J].T e l e c o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,2017,57(11):1341G1348(i nC h i n e s e)[10]饶启龙.航天测控技术及其发展发向[J].信息通信技术,2011,5(3):77G83R a oQ i l o n g.S u r v e y o nd e e p s p a c eT T&Ca n d c o mm uGn i c a t i o n t e c h n o l o g y[J].I n f o r m a t i o na n dC o mm u n i c aGt i o n sT e c h n o l o g i e s,2011,5(3):77G83(i nC h i n e s e)(编辑:夏光)371㊀㊀第6期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展。
航天测控和通信系统(王新升)

9
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
14
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
21
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
22
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
巧揽神舟游九霄——载人航天工程测控通信系统探密

系 统 的重 要 地 位 由
要 了 解航 天 器 在 空 间 中 的位 置 以 及 工 作 状
器 或 设 备 的 开机 关 机
获得 数 据 的 向下 发
酒泉 航 天 指挥 控 制 中心 的技 术 人 员 正 在 观 察 飞 船 的技术状 态 ( 秦 宪安 摄 )
46
太 《 空 探 索 》2 0 0 8 年第
、
艘 其中 远
神舟 七 号 飞 船 飞 行 任 务 的测 控通 信保 障 与 神舟六 号
、
控 制在 我 国 是 第 是 比 较先 进 的
在
3
,
一
次
,
这 种 技 术在 国 际 上
11
期
送
,
都 要 通 过 地 面 控 制有 效 地 对航 天 器 进
。
行 指控 调 度
对 载人 航 天 工 程 而 言
基本 功 能之 外
,
,
除 了上 面 两 个
个更 加 重 要 的
,
系 统还 有
一
任 务 : 神舟 飞 船 上 面 有航 天 员
必 须 要 有 顺 畅 的通 信 联 系
保 持通话
,
。
天 地之 间
,
根 据 相关 数 据 了 解 和 掌 握 它
、
通过 建 设 航 天 测控 网 为神舟
,
的工 作 平 台
、
有效 载荷 以及
。
一
些 辅助 设
飞 船 架 起 了 天 地 之 间 的沟 通 桥梁
让航 天
设 备 的 工 作状 态
一
控制 的主 要 目 的有
,
在航 天 活 动 中 航 天 器 包 括 飞 船 进入
航天测控通信系统多业务传送设备(SMSTP)设计及实现

关键词: 测控通信系 : 统 多业务传送: 网络监控
I
航 天 测 控 通 信 系 统 是 完 成 运 载 火 箭 、航 天 器
跟 踪 剁 轨 、 测 信 号 接 收 与 处 理 、 控 信 号 发 送 任 遥 遥
的 设 备 。 可 以 同 时 实 现 TDM 、 M 、 太 网 业 务 AT 以
当工作 于 分 插复 用方 式 时 . HDB3编 码 的 准
同步 E 1信 号 在 E 1支 路 处 理 盘 经 c一1 一 v 一 2 c
1 一 Tu一1 2 2异 步 映 射 和 指 针 处 理 后 . 经 TUG一 再
同一 通 道 减 少 了 对 带 宽 的 需 求 .支持 点 对 点和 环
路 由 交 换 功 能 . 提 供 统 一 的 网管 , 功 能 框 图 如 并 其
图 1所 示 其 关 键 特 征 为 : 以 太 网 业 务 适 配 到
M P S屡 . 后 映 射 到 S L 然 DH 通 道 中 传 送 : 可 以 是 也
以 太 同 业 务 适 配 到 M P S层 . 然 后 映 射 到 P P : L . I .L
等 业 务 接 人 处 理 和 传 送 .集 成 了 DXC 和 I 1 = 缘 )边
务 的 综 合 电子 系 统 = 系统 有 指 挥 通 信 、 据 传 输 、 数
天 地 通 信 、 间 同 步 、 况 电 视 监 视 及 传 输 、 音 时 实 晤 通 信 、 中继交 换等 系统 。由于地 球曲 率的影 响 , 帧 以 无 线 电 微 波 传 播 为 基 础 的 涮 控 系 统 . 用 一 个 地 点 的 地 面 站 不 可 能 实 现 对 运 载 火 箭 .航 天 器 进 行
小卫星地面站测控模拟软件及其数据库设计

关 键 词 : 遥 控 与 遥 测 ; 无 线 网 络 ;小 卫 星
中图分类 号 :T 2 3 P 7
文献标 识码 :A
文章 编号 :1 0 — 6 3 (0 7 5 0 6 0 0 2 6 7 2 0 )0 — 0 — 3
Vo1 , . . No 5 20 Se ,0 p. 07 2
小 卫星 地 面 站 测控 模 拟 软 件 及 其数 据 库 设计
王 新 升 .杨 眉
( 京 航 空 航 天 大学 宇航 学 院 ,北 京 10 8 ) 北 00 3
摘 要 :介 绍 一种 具有遥 测 遥控 功能 的 B A 小卫 星 地面 站测控 模 拟软 件设 计 。其软 件 开发 平 台采 用 了 uA L b id wsCV 。应 用模 块化 方 法 设 计 的地 面站 测 控模 拟 软 件 ,可 实现 遥 测数 据 接 收 、解码 、 aW n o / I 显 示、存 储 和数 据 回放 功 能 ,并能 通过 无 线 网络 向小 卫 星发送 遥 控指 令 。试 验 结果 表 明 .小卫
中 读 取 相 应 数 据 进 行 回放 处 理 阐 。
1 地 面 站 测 控 模 拟 软 件 功 能 分 析
小卫 星 地 面 站 遥 测/ 控 模 拟 软 件 需 要 完 成 的 任 务 遥
主要 有三 个方 面 :
11 遥控 指 令的发 送 .
( )即时执行 类指令 :这类 指令主要 是一些 状态 参数 1 选择指令和控制 指令 ,卫星接收到该类 指令 后立 即执行 。 ( )带 有 时 间戳 的指令 :这类 指令 用 于延 时 到 指定 2
收稿 日期 :2 0 — 8 1 070—3
载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

g r o u n d b a s e d TT& C s y s t e ms i s p r o p o s e d t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f h i g h c o v e r a g e ,h i g h r e l i a b i l i t y,l o n g — t i me c o n — t i n u o u s t r a c k i n g a n d c o n t r o 1 .h i g h d a t a r a t e t r a n s mi s s i o n a n d mu l t i — t a r g e t TT& C o f Ch i n a ’ S ma n n e d s p a c e s t a t i o n
p r o g r a m .Tr a c k i n g a n d d a t a r e l a y s a t e l l i t e s a r e u s e d t o f a c i l i t a t e s p a c e — b a s e d TT&C a n d c o mmu n i c a t i o n a n d Be i d o u s a t e l l i t e n a v i g a t i o n s y s t e m i s u s e d f o r a u t o n o mo u s a n d c o n t r o l l a b l e h i g h a c c u r a c y o r b i t d e t e r mi n a t i o n . Th e l a y o u t
遥 测 码 速 率 和 双 目标 支持 能 力 , 实 现 减 站 增 效 。对 天 地 基 测 控 资 源进 行 一体 化 考 虑 , 实 现 按 需调 度 , 完 成 空 间站 持
新一代统一测控系统的总体设计

新一代统一测控系统的总体设计
张永泰;张力余
【期刊名称】《遥测遥控》
【年(卷),期】1997(018)006
【摘要】介绍了我国最新研制的统一测控系统(WYCK)的组成、基本原理、
主要技术指标和特点。
该系统是集外测、遥测、遥控于一体的新一代统一测控系统,它是由外测、遥测、遥控三个分系统和上行L频段信道、下行S频段自跟踪信道构成的测控站。
其三个分系统既可同时工作,又可独立工作。
【总页数】7页(P8-14)
【作者】张永泰;张力余
【作者单位】航天工业总公司第七0四研究所;航天工业总公司第七0四研究所【正文语种】中文
【中图分类】V556
【相关文献】
1.液压缸综合性能试验台测控系统总体设计 [J], 次吉拉姆;罗红英
2.统一测控系统新一代综合基带设计研究 [J], 周晖;黄英;吴海洲;于益农
3.新一代统一测控系统的总体设计 [J], 张永泰;张力余
4.月球探测任务测控系统总体设计技术研究 [J], 李赞;李海涛;张哲;樊敏;徐得珍;辛晓生
5.月球探测任务测控系统总体设计技术研究 [J], 李赞;李海涛;张哲;樊敏;徐得珍;辛晓生
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跟踪指利用航天器上信标机发出的高频谱纯度、高频率稳定度载 波到达地球上跟踪站后变为平面波,跟踪站检测出电磁波来波取 向和地面站天线主波束电轴指向角的偏差,伺服系统利用此偏差 随时校正,消除偏差,而达到天线主波束实时对准不断运动着的 航天器的目的。利用天线座方位轴(A)和俯仰轴(E)上的光学码盘, 可随时给出天线束的指向角(A,E)。
遥测是一种用来监督、检查航天器上 天后工作状况的唯一手段,也是判断 故障部位、原因的唯一措施。
5
1. 卫星测控系统的技术现状和作用
3) 遥控
通过对遥测参数、姿态和轨道参数的研究和分 析,发现航天器的轨道、姿态、某个工程分系 统或有效载荷工作状况异常或出现故障,判断 出故障部位和做出决策,向卫星发出有关命令 ,修正轨道和姿态,调整分系统和有效载荷的 运行参数,甚至切换备份或部件。遥控指令动 作的结果,再通过遥测信道传到地面站进行回 报证实。
体中的测控通信分机和地面通讯设备(运载与航天器测控网)。 测控与通信系统的任务是对航天器进行跟踪、测轨、定位、遥测
、遥控和通信。 测控(TT&C, Tracking, Telemetry and Command)包括三部分:
跟踪、遥测和命令。 通信是测控之外的另一个星地数据系统,主要目的用来传输航天
2. 统一载波时期:从1965年后逐步形成了跟踪、遥测、 遥控和语音的传输共用一个载频,构成了S波段统一载 波测控系统(USB),达到了简化天-地设备的效果。
3. 1980年前后,TT&C和宽带、高速数据通信系统合并成 C&T(通信与跟踪)系统。
4. 由陆(海)基的测控与通信网转向建立天基测控与通信 网: 采用陆(海)基的测控与通信网,需要在全球范围 内建站才能满足载人航天任务的覆盖要求;而天基测 控与通信网主要通过跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS) ,在地面上布一个站就能完成覆盖全轨道飞行任务。
10
2. 卫星测控信道传输及测控的基本原理
1) 数据率传输一般采用的频段类型
数据率在50Mb/s, Ka频段;
数据率小于12Mb/s, 采用S频段;
数据率50~100Mb/s,采用X频段;
数据率大于100Mb/s,采用Ku/Ka/w频段
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。
三类通信情况都要求高速传输信息和高效率传输信息 ,即最大限度利用发射功率及尽量减少占用带宽,基 带信号合并为一路统一数据流,直接对载波进行调制 ,数据率低于1Mb/s时,采用BPSK调制体制,数据率 大于1MB/s时,采用QPSK节约带宽。
11
2. 卫星测控信道传输及测控的基本原理
径向速度 测量:利用航天器相对于地面站天线的相对运动、信标 机的载频中产生出多普勒频移,测出频移可换算出径向速度。
测距R:由地面站发射出一个高频率稳定度和高频谱纯度的正弦 副载波(称为测距侧音),发射到航天器后,再转发回来和原来 地面发出的侧音比较相位差,可计算出航天器和地面站之间的距 离。
9
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;
根据得到的(A, E, R, ,t)即可确定航天器在三维空间中的瞬时位置。 对于惯性目标,跟踪足够长弧段后,可预测外推未来轨道。
4
1. 卫星测控系统的技术现状和作用
2) 遥测
用传感器测量航天器内部各个工程分 系统、航天器的姿态、外部空间环境 和有效载荷的工作状况,用无线电技 术,将这些参数传到地面站,供地面 的科研人员进行分析研究,用来判断 航天器的工作状况。
内容
1 卫星测控系统的技术现状和作用 2 卫星测控与通信工作的基本原理 3 航天器测控与通信分系统设计 4 GPS系统导航定位工作原理 5 航天统一测控网组成及功能 6 航天器测控通信的发展趋势
1
1. 卫星测控系统的技术现状和作用
1.1. 概述
航空航天活动范围的分界线,一般以距离地面100km为界 广义的测控与通信系统是航天技术的大系统之一,包括航天器本
毫米波
频率 3~30MHz 30~300MHz 300~1000MHz 1~2GHz 2~4GHz 4~8GHz 8~12GHz 12~18GHz 18~27GHz 27~40GHz 40~300GHz
波长 100~10m
10~1m 1~0.3m 30~15m 15~7.5m 7.5~7.35m 3.75~2.5m 2.5~1.67m 1.67~1.11m 1.11~0.75m 0.75~0.1m
遥测和遥控两种技术综合起来构成一种保证航 天器正常运行,增加可靠性,延长寿命的重要 闭环手段。
6
1. 卫星测控系统的技术现状和作用
1.2测控与通信系统的发展经历的四个时期
1. 测控设备独立发展时期:跟踪设备、遥测设备、遥控 设备、电视和语音设备独立发展,各有自己的载频、 天线和收发设备。1965年前基本上处于这种状态,设 备庞大、众多,操作复杂。
7
1. 卫星测控系统的技术现状和作用
1.3 卫星测控特点
多路传输
精确性和 可靠性
信息的多 样性和数 据处理的 复杂性
涉及科学技 术领域的广
泛性
卫星测控特点
8
2. 卫星测控信道传输及测控的基本原理
2.1射频传输与无线电频率
短波 超短波
微
波
波段 高频HF
甚高频VHF 特高频UHF
L波段 S C X Ku K Ka
器上有效载荷取得的高速率数据,有效载荷可能是通信、广播转 发器,对地观测遥感仪器或科学实验仪器所取得的数据.
2
航天器设计
第8章 测控与通信分系统
王新升
Email:xswang@
航天器设计优化与动态模拟教育部重点实验室 北京航空航天大学宇航学院
2019年12月5日
3
1.卫星测控系统的技术现状和作用