测控系统原理及设计1_现代测控技术简介
现代导航制导与测控技术
课程代号D - 48现代导航、制导与测控技术考核辅导大纲王在成编兵器工程师进修大学2011年7月《现代导航、制导与测控技术》考核辅导大纲一、课程性质当前，人类社会正在向信息时代过渡，信息化战争已成为反映该时代特征的全新基本战争形态。
信息化战争最典型特点之一就是实现陆、海、空、天、信息一体化联合/协同作战，大量使用高技术兵器，实施基于效果的精确打击。
防空、防天导弹武器及制导系统已成为国家和地区极为重要的防御力量。
对此，现代导航、制导与测控技术（系统）起着十分重要的支撑作用，并在很大程度上决定着联合/协同作战效能和高技术兵器及反导系统的战技性能。
航天工程，是当今社会发展最快的尖端科技领域之一，从第一颗人造卫星飞向太空至今，虽然只过去了五十多年，却给人类带来了翻天覆地的变化。
它不仅对现代科技、社会经济发展起到了巨大的推动作用，而且在军事上获得了广泛的应用，也必将对未来世界产生更加广阔而深远的影响。
现代导航、制导与测控技术从来就是航天工程发展的核心技术之一，它涉及航天工程方案认证、设计制造和使用运行等方面。
综上所述，现代导航、制导与测控技术（系统）在现代科学技术、国民经济和国防建设发展中的重要地位和战略意义是显而易见。
因此，为了进一步发挥现代导航、制导与测控技术的巨大作用，认真总结和深入研究推动该技术发展的关键技术是十分必要的。
二、课程基本内容与要求本课程选用由科学出版社出版，刘兴堂等编著的《现代导航、制导与测控技术》一书作为教材，下面分别说明各章重点要求掌握和需要了解的内容，并对相关重点和难点进行必要分析和解释。
第1章绪论重点掌握：导航：是引导航行的简称，是指将航行载体（如航空、航天飞行器，陆地、海上和水下航行体）从一个位置（当时位置）引导到另一个位置（目的地）的过程。
还可以理解为：导航是正确地引导航行载体沿着预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内到达目的地的技术。
制导：即控制引导，使航行载体按照一定的运动轨迹或根据所给予的指令运动，以达到预定的目的地或攻击预定的目标。
测控系统原理与设计3主机及接口
图3-3-4 软件译码静态显示器接口实例
START:
SETB P1.7
MOV R1,#06H MOV R0,#00H MOV DPTR,#TAB
; 开放显示器传送控制
;字型码首地址偏移量
LOOP:
MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A TI,WAIT TI R0 ;指向下一个字型码 ;关闭显示器传送控制 ;取出字型码 ;发送 ;等待一帧发送完毕
字8的字形代码为813FH，字符M
的字形代码为0A36H。
o n m l k j i h dp × f e d c b a
发光二极管在适当的驱动电流作用下，才能得 到需要的亮度。LED是恒压元件，正向电压一般为 1.2~2.4V。调整驱动电路即选取限流电阻R，应使 LED的工作电流在10~20mA。也可用试验方法， 改变限流电阻，得到适合亮度。发光二极管的驱动 方式有两种。静态驱动方法：对要显示段始终通以 额定电流。动态驱动方法：对要显示段通以矩形脉 冲电流。为保证足够的显示亮度，应施加脉冲电流 幅度为额定电流的数倍。为实现这种显示方式，各 位LED数码管的段选端应并接在一起，由同一个8 位I/O口或锁存器/驱动器控制，而各位数码管的位 选端分别由相应的I/O口线或锁存器控制。
MC14433与8031的接口
A/D接口程序设计
1. 等待延时方式
取数据区首址和 第一个通道地址
启动转换 延时等待 读取数据并存储 数据区指针加1 取下一通道地址
否
全部通道转换结束？ 是
2. 中断方式
主程序 设数据区首址和 第一个通道地址
中断服务程序 读取数据并存储 存储数据 取下一通道地址
消耗功率就越大，且对比度也变差，所以宜采用低频工作。低
测控系统课程设计报告
测控系统课程设计报告一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握测控系统的基本原理、方法和应用，具备分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解测控系统的组成、工作原理和分类；（2）掌握测控系统中信号的采样与量化、误差分析、数据处理等基本方法；（3）熟悉常见测控设备及其应用场景；（4）了解测控技术的发展趋势和前沿领域。
2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析实际测控问题；（2）具备使用测控设备进行数据采集、处理和分析的能力；（3）能够设计简单的测控系统，并进行调试和优化。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对测控技术的兴趣和责任感；（3）引导学生关注测控技术在国家战略和民生中的应用，提高国家意识和社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.测控系统的组成与分类：介绍测控系统的的基本组成部分，如传感器、信号处理电路、执行器等，以及不同类型的测控系统及其应用场景。
2.信号的采样与量化：讲解信号采样、量化原理，分析采样频率、量化位数对信号质量的影响。
3.误差分析与数据处理：介绍测控系统中的主要误差来源，分析误差的性质和影响，探讨数据处理方法，如插值、滤波等。
4.常见测控设备及其应用：介绍常见的测控设备，如传感器、执行器、控制器等，分析其在实际应用中的工作原理和性能。
5.测控系统的设计与实践：讲解测控系统的设计方法，包括硬件选型、软件开发等，结合实际案例进行分析。
6.测控技术的发展趋势：介绍测控技术的发展动态和前沿领域，如物联网、大数据、智能制造等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程采用多种教学方法相结合，包括：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握测控系统的基本原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解测控系统在工程中的应用和设计方法。
3.实验法：学生进行实验，培养学生的动手能力和实践技能。
4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，提高学生的思维能力和创新能力。
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
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
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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
测控系统原理与设计21_输入
图中五个部件的噪声可以视做采集电路内部五个不相关的噪声源， 它们本身的等效输入噪声分别为： 、 VIN 3 0 V 9 V VIN 1 0.085V 、VIN 1 0.085VVIN 2 、 (可忽略不计)
VIN 4 7 V VIN 5 177 V
五个部件的放大倍数分别为：
●数字可编程控制增益：PGA202的增益倍数为 1，10，100，1000；PGA203的增益倍数为1，2，4， 8
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●增益误差：G<1000 0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ●非线性失真：G=1000 0.02％～0.06％。 ●快速建立时间：2μs。 ●快速压摆率：20V/μs ●共模抑制比：80～94dB。 ●频率响应：G<1000 1MHz；G=1000 250kHz。 ●电源供电范围：±6～±18V。
在测控系统中，一台微机往往要同时测量 几个被测量，因而测控系统的输入通道常常是 多路的。按照各路输入通道是共用一个采集通 道还是每个通道各用一个，输入通道可分为集 中采集式和分散采集式。
一、输入通道的分类
集中采集式之分时采集结构：
传感器 传感器 调理电路 调理电路 模 拟 多 路 切 换 开 关 采集电路
的传感器。
对传感器的主要技术要求
• 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围 与被测量实际变化范围相一致。 • 符合整机对传感器精度（通常为系统精度的十倍）和速度 的要求； • 满足被测介质和使用环境的要求（如耐高温、耐高压、防 腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电 或耗电少等）； • 满足可靠性和可维护性的要求。
传感器 传感器
调理电路 调理电路
智能测控系统设计PPT课件
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，
航天测控和通信系统(王新升)
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。
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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。
测控技术的发展及其工程应用
测控技术的发展及其工程应用测控技术，即测试与控制，是一门新型的技术科学，也是一门边缘科学。
早在一千多年以前，我国就先后发明了铜壶滴漏计时器、指南针以及天文仪器等多种自动测控装置，这些发明促进了当时社会经济的发展。
二次大战期间，由于建造飞机自动驾驶仪、雷达跟踪系统、火炮瞄准系统等军事装备的需要，推动了控制理论的飞跃发展。
二次世界大战后，控制理论扩展到民用，在化工、炼油、冶金等工业部门得到了进一步的应用，控制理论也日渐成熟。
20 世纪50 年代末和60 年代，控制工程又出现了一个迅猛发展时期，这时由于导弹制导、数控技术、空间技术发展需要和电子计算机技术的成熟，控制理论发展到了一个新的阶段，产生了现代控制理论。
本文重点关注测试技术中传感器的发展及应用。
测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。
传感器将被测物理量（如噪声，温度）检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。
因此测试技术的发展很大一部分是依赖传感器的发展。
传感器技术是在20 世纪的中期才刚刚问世的。
在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。
在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。
然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。