卫星测控分系统设计精品PPT课件
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➢ 测距：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 。
➢ 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。
➢ 遥测数据可通过多个信道下传 地面，包括不同频段和测控体 制。
遥控技术
➢ 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。
第五讲 卫星测控分系统设计
上海微小卫星工程中心— 2014年3月4日
1、中继星死角的问题
2、思考： 结合自己的研究方向，选择和卫星相
关的课题调研或设计，写一篇小论文，作为 课程的期末考试成绩
XXX发展综述 XXX仿真研究 XXX设计与实现 3、联系方式：
2
测控任务
1 任务
➢ 航空航天分界线，一般以距离地 面100km为界
2020/10/14
17
测控频段
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
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
遥测技术
➢ 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。
➢ 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。
涉及科学技 术领域的广 泛性
16
பைடு நூலகம்
2 测控特性
航天器的测控特性一般应包括（以往的测控包括遥测、 遥控和跟踪，目前已发展成为仅仅是提供通道）：
测控选用的频段一般为（S、C、Ku、Ka）； 天线的增益； 轨道测速精度和测距精度；特别是低轨道，对目 标观测有定位精度要求的任务（实时和事后处理）航天 器，定轨精度指标有的情况是直接影响到目标定位精度。 上行码速率；它主要涉及到地面测控站发送遥控 和注入数据的能力。 下行码速率；它是航天器在轨工作时的各种工程 测量参数的发送能力。
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
测控协议 ➢数据率小于12Mb/s， 采用S频段 ➢数据率在12～50Mb/s, 采用C频段或X频段 ➢数据率50～100Mb/s， 采用X频段 ➢数据率100～1000Mb/s，采用Ku/Ka/w频段 ➢数据率大于1Gb/s， 采用光频段
跟踪技术
➢ 跟踪：利用航天器发出到达地球的载波，跟踪站检测出电磁波来 波取向和地面站天线主波束指向角的偏差，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。
➢ 测速：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。
➢ 广义的测控系统是航天技术的大 系统之一，包括航天器本体中的 测控通信系统和地面通讯设备（ 运载与航天器测控网）。
➢ 任务： 建立卫星与地面之间的 无线传输通道。 ▪ 天地通讯 ▪ 轨道测量
1 几个概念
跟踪测轨：地面站跟踪卫星并测出其飞行轨道 遥测：采集或获取卫星工况或工程参数，并通过无线信道传 输到地面，以便地面及时了解卫星的工作状况 遥控：将地面的控制信息或数据通过无线信道发送给卫星， 以实现地面对卫星的控制 上行：遥控指令+数据注入 下行：遥测（工况信息）、数传（载荷或科学数据） 测控（TT&C, Tracking, Telemetry and Command）包括三 部分：跟踪、遥测和命令。 数传、测控的区别 地面测控站、船，飞行控制中心（北京、西安 ）
➢ 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。
➢ 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。
测控技术发展的四个阶段
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。
测控系统组成
遥控天线1 合
遥控天
成
线2
器
1 组成
扩频应答
输
机A
入
多
扩频应答
工
机B
器 USB应答机
遥测天线1
遥测天线2
功 分路器
分
负载
测控 开关
器
输
出
测控固放1
多
测控固放2
工
器
测控固放3
6）遥测和遥控原理方框图
14
测控特性
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
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。
测控功能
1 功能
满足飞行程序要求，在卫星全寿命期间各个阶段，包括 主动段、转移轨道和工作轨道，接收地面遥控指令和注 入数据，执行直接指令，同时下发遥测数据，遥测数据 下发的开始和结束由地面测控覆盖范围确定； 完成实时遥测帧的组帧下发和延时遥测帧的组帧存储下 发； 满足各分系统对遥控指令、注入数据和实时延时遥测的 需求； 配合地面测控系统完成对卫星的跟踪、测距、测轨、遥 测、遥控； 提供整星校时功能；
➢ 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。
➢ 遥测数据可通过多个信道下传 地面，包括不同频段和测控体 制。
遥控技术
➢ 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。
第五讲 卫星测控分系统设计
上海微小卫星工程中心— 2014年3月4日
1、中继星死角的问题
2、思考： 结合自己的研究方向，选择和卫星相
关的课题调研或设计，写一篇小论文，作为 课程的期末考试成绩
XXX发展综述 XXX仿真研究 XXX设计与实现 3、联系方式：
2
测控任务
1 任务
➢ 航空航天分界线，一般以距离地 面100km为界
2020/10/14
17
测控频段
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
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
遥测技术
➢ 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。
➢ 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。
涉及科学技 术领域的广 泛性
16
பைடு நூலகம்
2 测控特性
航天器的测控特性一般应包括（以往的测控包括遥测、 遥控和跟踪，目前已发展成为仅仅是提供通道）：
测控选用的频段一般为（S、C、Ku、Ka）； 天线的增益； 轨道测速精度和测距精度；特别是低轨道，对目 标观测有定位精度要求的任务（实时和事后处理）航天 器，定轨精度指标有的情况是直接影响到目标定位精度。 上行码速率；它主要涉及到地面测控站发送遥控 和注入数据的能力。 下行码速率；它是航天器在轨工作时的各种工程 测量参数的发送能力。
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
测控协议 ➢数据率小于12Mb/s， 采用S频段 ➢数据率在12～50Mb/s, 采用C频段或X频段 ➢数据率50～100Mb/s， 采用X频段 ➢数据率100～1000Mb/s，采用Ku/Ka/w频段 ➢数据率大于1Gb/s， 采用光频段
跟踪技术
➢ 跟踪：利用航天器发出到达地球的载波，跟踪站检测出电磁波来 波取向和地面站天线主波束指向角的偏差，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。
➢ 测速：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。
➢ 广义的测控系统是航天技术的大 系统之一，包括航天器本体中的 测控通信系统和地面通讯设备（ 运载与航天器测控网）。
➢ 任务： 建立卫星与地面之间的 无线传输通道。 ▪ 天地通讯 ▪ 轨道测量
1 几个概念
跟踪测轨：地面站跟踪卫星并测出其飞行轨道 遥测：采集或获取卫星工况或工程参数，并通过无线信道传 输到地面，以便地面及时了解卫星的工作状况 遥控：将地面的控制信息或数据通过无线信道发送给卫星， 以实现地面对卫星的控制 上行：遥控指令+数据注入 下行：遥测（工况信息）、数传（载荷或科学数据） 测控（TT&C, Tracking, Telemetry and Command）包括三 部分：跟踪、遥测和命令。 数传、测控的区别 地面测控站、船，飞行控制中心（北京、西安 ）
➢ 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。
➢ 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。
测控技术发展的四个阶段
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。
测控系统组成
遥控天线1 合
遥控天
成
线2
器
1 组成
扩频应答
输
机A
入
多
扩频应答
工
机B
器 USB应答机
遥测天线1
遥测天线2
功 分路器
分
负载
测控 开关
器
输
出
测控固放1
多
测控固放2
工
器
测控固放3
6）遥测和遥控原理方框图
14
测控特性
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
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。
测控功能
1 功能
满足飞行程序要求，在卫星全寿命期间各个阶段，包括 主动段、转移轨道和工作轨道，接收地面遥控指令和注 入数据，执行直接指令，同时下发遥测数据，遥测数据 下发的开始和结束由地面测控覆盖范围确定； 完成实时遥测帧的组帧下发和延时遥测帧的组帧存储下 发； 满足各分系统对遥控指令、注入数据和实时延时遥测的 需求； 配合地面测控系统完成对卫星的跟踪、测距、测轨、遥 测、遥控； 提供整星校时功能；