航天测控.ppt

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。
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。
电子测控系统
跟踪测量、遥测和遥控系统是整个测控系统的基本部分。电子测控 跟踪测量、遥测和遥控系统是整个测控系统的基本部分。 和遥控系统是整个测控系统的基本部分 系统的优点是可以对航天器全天候跟踪， 系统的优点是可以对航天器全天候跟踪，而且有较好的灵活性和足够的 精度。从系统工程的角度来看，对航天器跟踪测量所得的数据， 精度。从系统工程的角度来看，对航天器跟踪测量所得的数据，经过计 可给出弹道、轨道或位置的信息；而遥测所提供的数据，经过处理、 算，可给出弹道、轨道或位置的信息；而遥测所提供的数据，经过处理、 分析可给出航天器的状态信息；它们都是系统中反馈回路的重要信息源。 分析可给出航天器的状态信息；它们都是系统中反馈回路的重要信息源。 遥控则是控制系统中的执行机构。 遥控则是控制系统中的执行机构。 电子测量和控制系统的地面部分， 电子测量和控制系统的地面部分，必须与装在航天器上的电子设备 相配合才能完成测控任务。对于测量， 相配合才能完成测控任务。对于测量，航天器上必须有相应的信标机或 应答机，它们发回地面跟踪和测速用的射频信号， 应答机，它们发回地面跟踪和测速用的射频信号，应答机还发回测距信 对于遥测， 息。对于遥测，航天器上必须有检测各种参数的传感器和发送这些参数 的射频发射机。对于遥控，航天器上必须有指令接收机。因此， 的射频发射机。对于遥控，航天器上必须有指令接收机。因此，航天器 上的和地面的两部分电子设备在设计时应该结合起来统一考虑。 上的和地面的两部分电子设备在设计时应该结合起来统一考虑。 为了提高测量的精确性和扩大信息的传输量， 为了提高测量的精确性和扩大信息的传输量，测控设备所用的无线 电频率大部分已经提高到微波波段。为了减少航天器上电子设备的重量、 电频率大部分已经提高到微波波段。为了减少航天器上电子设备的重量、 体积，特别是要减少天线的数目， 体积，特别是要减少天线的数目，将各种测控功能适当地综合在一个统 一的射频载波上是一个重要的发展。这种系统称为微波统一测控系统 微波统一测控系统。 一的射频载波上是一个重要的发展。这种系统称为微波统一测控系统。 中国研制的微波统一测控系统,灵活多用 可进行单站或多站测量。 灵活多用,可进行单站或多站测量 中国研制的微波统一测控系统 灵活多用 可进行单站或多站测量。
航天电子测控系统的新发展
从地面上对航天器跟踪测量和控制， 从地面上对航天器跟踪测量和控制，往往需要在很大范围内布置相当数目 的测控站，疆域较小的国家不具备这种条件。为了解决这一困难,国际间的协作 的测控站，疆域较小的国家不具备这种条件。为了解决这一困难 国际间的协作 十分必要,为此需要使各国测控系统的频率和体制统一起来 为此需要使各国测控系统的频率和体制统一起来。 年代初期 年代初期， 十分必要 为此需要使各国测控系统的频率和体制统一起来。70年代初期，美国 发射“阿波罗”号登月载人飞船时，开始应用S波段 吉赫频段)统一系统并经 波段(2吉赫频段 发射“阿波罗”号登月载人飞船时，开始应用 波段 吉赫频段 统一系统并经 实践证明了这种系统的优越性。现在美国的地面测控网已逐步改建,采用 采用S波段 实践证明了这种系统的优越性。现在美国的地面测控网已逐步改建 采用 波段 统一系统作为主要的测控手段。 统一系统作为主要的测控手段。西欧和日本也采用了频段相同而体制类似的系 并且已应用到不同类型的卫星和航天器上。各国的测控频率和体制的统一， 统，并且已应用到不同类型的卫星和航天器上。各国的测控频率和体制的统一， 有利于互相利用。这是航天测控系统的发展趋势。 有利于互相利用。这是航天测控系统的发展趋势。 对于较低轨道的卫星或其他航天器来说， 对于较低轨道的卫星或其他航天器来说，一个地面测控站的跟踪范围毕竟 有限，而设置测控站的数目又受到种种限制，不能无限增加。 有限，而设置测控站的数目又受到种种限制，不能无限增加。为了扩大跟踪范 将测控站搬到同步定点卫星上,从 围，将测控站搬到同步定点卫星上 从35800公里的高空来观测低轨道卫星是解 公里的高空来观测低轨道卫星是解 决这一困难的一个办法。 决这一困难的一个办法。1983年 5月美国利用航天飞机发射的一颗跟踪与数据 年 月美国利用航天飞机发射的一颗跟踪与数据 中继卫星(TDRS)是实现这个设想的第一步。两颗定点在赤道上空，经度相隔约 是实现这个设想的第一步。 中继卫星 是实现这个设想的第一步 两颗定点在赤道上空， 140°的跟踪与数据中继卫星和一个相应的地面控制接收站组成跟踪与数据中继 ° 卫星系统 (TDRSS)。这种系统将能对多颗低轨卫星进行全球性不间断的跟踪、 。这种系统将能对多颗低轨卫星进行全球性不间断的跟踪、 测控和数据中继。从测控的角度来看， 测控和数据中继。从测控的角度来看，系统的工作原理和微波统一测控系统类 测控点站仍设在地面（但减少到一个）， ），而两颗跟踪与数据中继卫星实际 似。测控点站仍设在地面（但减少到一个），而两颗跟踪与数据中继卫星实际 上是起了将测控信号转接和扩大到全球范围的作用。 上是起了将测控信号转接和扩大到全球范围的作用。
航天测控
航天测控系统
定义 发展概况 系统组成 航天测控网 总体设计 总体设计中必须解决的问题 电子测控系统 航天电子测控系统的新发展 计算系统 测控的其他应用 展望
定义
space tracking,telemetering and command system 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。
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 。
航天测控系统图
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。
遥测系统
计算系统
计算系统是整个测控系统的核心。 计算系统是整个测控系统的核心。各个测控站和各个设备都 可用自己的计算机来处理本站和本机的数据， 可用自己的计算机来处理本站和本机的数据，但大数据量的 计算以及根据计算结果进行分析和做出控制决策等， 计算以及根据计算结果进行分析和做出控制决策等，一般都 要集中到测控中心来做。因此，在测控中心应装有容量大、 要集中到测控中心来做。因此，在测控中心应装有容量大、 速度高的计算机，并能双工工作以保证可靠性。 速度高的计算机，并能双工工作以保证可靠性。在主机前端 则可采用较小的计算机来进行数据的编辑、选择和预处理。 则可采用较小的计算机来进行数据的编辑、选择和预处理。 主机的计算结果，一方面输入显示系统加以显示， 主机的计算结果，一方面输入显示系统加以显示，以便指挥 控制人员能据此作出决策； 控制人员能据此作出决策；另一方面也可以由计算机在人的 监视下进行自动分析、决策，直接选择控制参数， 监视下进行自动分析、决策，直接选择控制参数，通过遥控 信道发出指令。这些计算、分析、 机对话和决策 机对话和决策,都须依 信道发出指令。这些计算、分析、人-机对话和决策 都须依 靠计算机软件系统来实现。因此，编制适当的软件， 靠计算机软件系统来实现。因此，编制适当的软件，经过演 练确认其正确性，定型后并在实际中使用， 练确认其正确性，定型后并在实际中使用，是测控系统在航 天器发射和管理中的一月球探测一期工程的测控通信 系统将立足现有的“统一S波段 系统将立足现有的“统一 波段 （USB）”航天测控网和我国天文 ） 台的甚长基线射电干涉网（ 台的甚长基线射电干涉网（VLBI系 系 ），通过适当的技术改造 通过适当的技术改造， 统），通过适当的技术改造，满足 嫦娥1号 “嫦娥 号”月球探测器各飞行阶段 的遥测、遥控、 的遥测、遥控、轨道测量和导航任 务。 统一S波段（ 统一 波段（USB）航天测控网是指 波段 ） 使用S波段的微波统一测控系统 波段的微波统一测控系统。 使用 波段的微波统一测控系统。这 里的微波统一测控系统是指利用公 共射频信道，将航天器的跟踪测轨、 共射频信道，将航天器的跟踪测轨、 遥测、 遥测、遥控和天地通信等功能合成 一体的无线电测控系统。 一体的无线电测控系统。微波统一 系统的基本工作原理是： 系统的基本工作原理是：将各种信 息先分別调制在不同频率的副载波 上﹐然后相加共同调制到一个载波 上发出；在接收端先对载波解调﹐ 上发出；在接收端先对载波解调﹐ 然后用不同频率的滤波器将各副载 波分开： 波分开：解调各副载信号使得到发 送时的原始信息。 送时的原始信息。微波统一测控系 统一般由天线跟踪/角测量系统 角测量系统、 统一般由天线跟踪 角测量系统、发 射系统、接收系统、遥测终端、 射系统、接收系统、遥测终端、遥 控终端、测距/测速终端 测速终端、 频终端 频终端、 控终端、测距 测速终端、时/频终端、 监控系统、远程监控或数据传输设 监控系统、 备以及其它附属设备组成。 备以及其它附属设备组成。
发展概况
第二次世界大战以后不久,在火箭试验中就已采用某些光学和电子测量系统， 第二次世界大战以后不久 在火箭试验中就已采用某些光学和电子测量系统， 在火箭试验中就已采用某些光学和电子测量系统 例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。但是作为完整的航天测控系统， 例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。但是作为完整的航天测控系统，则是在 人造地球卫星出现之后才逐步形成的。 人造地球卫星出现之后才逐步形成的。最早的较为完整的航天测控系统是美国 航空航天局(NASA)于1961年发射“水星”号载人飞船时使用的全球跟踪网。这 年发射“ 航空航天局 于 年发射 水星”号载人飞船时使用的全球跟踪网。 个系统在全球布有16个跟踪站 其中14个站有雷达测量系统 个跟踪站， 个站有雷达测量系统， 个站有遥测接 个系统在全球布有 个跟踪站，其中 个站有雷达测量系统，15个站有遥测接 收系统， 个站有遥控系统 个站有对飞船的通信系统。 个站有遥控系统,14个站有对飞船的通信系统 收系统，6个站有遥控系统 个站有对飞船的通信系统。每个站均有自己的时 间统一系统，全系统的时间则经与天文时间发播台的时号相比对而统一起来。 间统一系统，全系统的时间则经与天文时间发播台的时号相比对而统一起来。 测控中心设在戈达德航天中心,配有 配有2台 计算机作为实时计算、 测控中心设在戈达德航天中心 配有 台IBM-7090计算机作为实时计算、决策和 计算机作为实时计算 控制之用。全系统靠全球性的通信网来相互连接， 控制之用。全系统靠全球性的通信网来相互连接，但其中相当一部分线路是租 用的。随后， 阿波罗”号登月飞船、同步通信卫星、 用的。随后，“阿波罗”号登月飞船、同步通信卫星、同步气象卫星和航天飞 机相继发射,测控系统更趋完善 测控系统更趋完善,特别是实时控制方面的功能和自动化程度均有很 机相继发射 测控系统更趋完善 特别是实时控制方面的功能和自动化程度均有很 大的提高。除了对近地卫星和飞船的测控系统外， 大的提高。除了对近地卫星和飞船的测控系统外，还建立了对行星际探测的深 空测控网。 空测控网。 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。 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 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 以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。 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 并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通信网络。 机，并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通信网络。