第1章 航天测控系统概述

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2015/3/2
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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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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。
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航天测控系统 遥测系统 遥测系统是接收在航天器上进行测量与组织 收集、经下行无线电链路传送来的各种参数数据 并进行记录、处理，以及按要求发送至相应用户 （如飞行控制中心）的系统。遥测参数大致可分 为工程参数、航天员生理参数、天地大回路控制 验证数据和部分或全部有效载荷应用数据等四类。
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航天测控系统
授课教师：董立珉 donglimin@hit.edu.cn 卫星技术研究所
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课程概况
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航天测控系统
课程概况
航天测控系统：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。 遥测系统：遥测系统是接收在航天器上进行测量 与组织收集、经下行无线电链路传送来的各种参数数 据并进行记录、处理，以及按要求发送至相应用户 （如飞行控制中心）的系统。
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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。
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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 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。
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 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 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 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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航天系统 基本概念及分类
航天系统是人类为探索、开发和利用 地球大气层以外宇宙空间和地球以外天体 的航天活动而建立的工程系统，全称为航 天工程系统。按用途来分，可分为民用航 天系统和军用航天系统；按航天器是否载 人，分为无人航天系统和载人航天系统。
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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 通信与数据传输系统
天一地通信与数据传输系统的功能是完成航天器和 地面之间的话音、电报、电视、图像和特种或较高速率 数据的传送。
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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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航天器概述 概念及分类
航天器是指运行于地球大气层以外空间，执行探索、 开发和利用太空（包括地球以外天体）等航天任务的飞 行器，又称空间飞行器。航天器按其是否载人，可分为 无人航天器和载人航天器两大类。
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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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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。
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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。