航天测控通信数传系统概述
航空航天工程师的航天器通信与数据传输
航空航天工程师的航天器通信与数据传输航空航天工程师在设计和开发航天器时需要考虑到航天器通信与数据传输系统的相关技术。
航天器通信与数据传输是指在航天器与地面控制中心之间进行信息传递和数据交换的过程。
良好的通信和数据传输系统是航天任务成功执行的关键，本文将对航天器通信与数据传输的重要性、通信协议以及相关技术进行讨论。
一、航天器通信与数据传输的重要性航天器通信与数据传输对于航天任务的成功执行至关重要。
在航天器发射前，地面控制中心需要与航天器建立起稳定的通信链路，以控制其轨道、姿态和运行状态等参数。
在航天器飞行过程中，航天器需要将各种传感器获得的数据和图像传输回地面，以便对航天器进行实时监控和指导。
此外，在航天器执行任务期间，地面控制中心还需要通过通信链路向航天器传输指令和任务更新等信息。
因此，航天器通信与数据传输是一项至关重要的技术，直接关系到航天任务的成功执行。
二、通信协议在航天器通信与数据传输中，通信协议扮演着至关重要的角色。
通信协议是指一系列规定和约定，用于定义在通信过程中的数据格式、传输方式以及各种控制流程等。
常见的航天器通信协议有数据链路控制协议（DLC）、空间包协议（Space Packet Protocol）、网络传输协议（Internet Protocol，简称IP）等。
这些协议旨在确保航天器与地面控制中心之间的高可靠性数据传输。
三、航天器通信与数据传输技术为了实现可靠的航天器通信与数据传输，航空航天工程师需要熟悉并应用一系列相关技术。
以下是一些常见的航天器通信与数据传输技术：1. 调制解调器技术：调制解调器是航天器通信系统的核心设备之一，用于将数传数据转换为模拟信号进行传输，并将接收到的模拟信号转换为数字信号以供处理。
目前常用的调制解调器技术有相移键控调制解调器（PSK Modem）、频移键控调制解调器（FSK Modem）等。
2. 编码技术：编码技术用于提高航天器通信系统的抗干扰和纠错能力。
卫星测控系统工作原理
卫星测控系统工作原理今天咱们来唠唠卫星测控系统这个超级酷的玩意儿的工作原理。
卫星测控系统啊，就像是卫星在太空中的贴心保姆和超级管家。
想象一下，卫星在那么遥远的太空里飘着，要是没有这个测控系统，就像一个小孩子在外面迷路了没人管一样可怜巴巴的呢。
卫星发射出去之后，测控系统的第一个任务就是要找到卫星。
这就好比你在茫茫人海里找一个穿着特定衣服的小伙伴。
测控站通过发射信号，这个信号就像一个呼唤的声音，在太空中寻找卫星的回应。
卫星呢，就像听到妈妈呼唤的小宝贝，会把自己的一些基本信息，像是“我在这儿呢，我现在状态咋样”之类的，通过信号回传给测控站。
这信号就像卫星的小嘴巴，在跟地球上的测控站聊天呢。
等测控系统找到卫星之后啊，就开始时刻关注它的健康状况了。
卫星在太空里可会遇到各种各样的状况，就像我们人会生病一样。
测控系统会监测卫星的各种参数，比如说卫星的温度啦。
你想啊，在太空里，一会儿被太阳晒得滚烫，一会儿又冷得像冰窖，卫星要是没有测控系统看着温度，说不定就会被热坏或者冻坏呢。
还有卫星的电量，这就像卫星的能量小口袋，测控系统得盯着电量够不够用，要是电量快没了，就得想办法让卫星调整自己的状态，节省用电，就像我们在手机快没电的时候赶紧关掉一些不必要的程序一样。
而且哦，卫星的轨道也是测控系统要重点照顾的。
卫星在太空里沿着特定的轨道飞行，可是太空里也有很多小“调皮鬼”，比如说其他天体的引力影响啊，微小的太空垃圾碰撞产生的力啊，都可能让卫星偏离轨道。
这时候测控系统就像一个轨道纠察员，一旦发现卫星轨道有点歪了，就会发送指令让卫星调整。
这个指令就像是给卫星的小导航，告诉它该往哪儿飞，怎么飞才能回到正确的轨道上。
再说说卫星的任务控制方面吧。
卫星可不是发射上去玩的，它有各种各样的任务呢，像拍照、收集气象数据之类的。
测控系统就像是卫星任务的导演，告诉卫星什么时候该做什么事。
比如说要拍一张地球某个地方的照片，测控系统就会给卫星发指令，告诉它把镜头对准哪儿，什么时候按下快门。
嫦娥四号着陆器测控通信系统设计与验证
嫦娥四号着陆器测控通信系统设计与验证刘适;黄晓峰;毛志毅;强晖萍;凌闽河;李福;李长生;李晓光【摘要】嫦娥四号着陆器测控通信系统负责搭建着陆器与地面站、中继卫星之间的测控通信链路,是任务工程目标实现的关键组成部分之一.针对嫦娥四号着陆器任务对测控通信系统任务需求,提出系统方案,给出测控通信系统关键环节的设计方法、实现技术路径、地面验证和在轨工作结果,可为未来的深空探测任务测控通信系统的设计与验证提供参考.%As one of the key components, telecommunication system is responsible for establishing the communications link betweenthe lander and ground stations,relay satellite. Based on the requirement of Chang’e—4 lander for telecommunication system,the paper proposes the optimal scheme,and presents the design method,implementation approach,ground verifica—tion and on—orbit results,which could provide reference for design and verification of further deep space telecommunication system.【期刊名称】《航天器工程》【年(卷),期】2019(028)004【总页数】9页(P85-93)【关键词】嫦娥四号着陆器;测控通信;中继【作者】刘适;黄晓峰;毛志毅;强晖萍;凌闽河;李福;李长生;李晓光【作者单位】北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;中国空间技术研究院西安分院,西安 710100;中国空间技术研究院西安分院,西安 710100;上海航天电子有限公司,上海 201800;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V443.1;TN927.3在月球背面开展近距离现场探测，具有显著的工程意义和科学价值[1]。
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。
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 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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 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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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航天测控数传通信系统概述
1 应用背景
数传系统做为航天测控数传通信系统的组成部分，在未来天地一体化信息网络系统建设中发挥越来越重要的作用。
应用领域如下：
1）气象、测绘、航侦、预警、侦察等卫星开展业务工作，向地面发送遥感信息。
2）接收空间导航卫星发射的无线电信号，形成定位信息。
3）与通信卫星进行数据收发。
4）深空通信（以遥测方式接收）
5）进出空间任务时飞行器参数实时传输，用于飞行状态判决。
（区别于遥测）
6）中继星
实现在轨飞行器与地面之间的天地数传通信一般有三种实现途径：
1）地面应用系统的专用地面接收站直接接收星上应用数据。
2）利用中继卫星系统中转星上应用数据，其优势在于能大大减少测控网覆盖盲区，如神舟系列任务中采用了这种方式。
3）利用统一测控设备的载波搭载传输，测控中心收到后将数据转发给用户单位。
当前未单独建设地面接收站的用户单位一般采用这种方式，针对微小卫星的发展有较好工程应用价值。
建设专用地面接收站作为传统的数传通信模式，其成本较大，考虑到未来卫星商业应用前景广阔，且数传需求将持续增大，建设专用地面站经济效益低下，利用卫星测控系统实现数传通信成为一种经济高效的选择。
目前，许多新研测控设备均已考虑测控数传一体化功能，部分已列装的测控设备也根据任务需求在基带进行了改造，增加了数传功能。
2 典型的数传系统
3 发展方向
1）测控数传一体化，最大化利用信道；统筹利用现有地面设备资源。
但其面临的主要问题在于现行卫星测控网是基于S频段，无法满足高速率传输需求。
2）发展上行数传。
3）提高工作频段，实现更高速率数据传输。
4）加大天基中继平台建设，组建天地一体化信息网络，为数传提供高速通道（欧洲“太空数据高速路”EDRS）
5）星间、星地激光通信。