航天遙控、遙測計算機

航天測控計算機是指對航天飛行目標進行測量和控制。它包括的範圍很廣，在實際套用中，它構成由控制中心、測控站和專用通信網為主要內容的，對太空飛行器進行跟蹤、測量、控制的綜合專用技術網路，包括跟蹤、遙測、遙控、實時計算處理、數據處理、監控顯示和通信等。

其功能是：對太空飛行器進行跟蹤測量，獲取其運動參數和內部的各種物理、工程、太空人生理以及偵察參數，監視其飛行和內部工作狀態，為指揮、控制提供信息；對運載火箭實施控制，確保試驗安全；對衛星實施控制，支持其正常運行；通過對實測數據的處理、分析，為評價太空飛行器的技術性能和改進設計提供依據；進行天地各類業務信息交換和數據傳輸。測控技術與通信技術緊緊相聯，構成統一的測控通信系統。

基本介紹

• 中文名：航天遙控、遙測計算機
• 構成：控制中心、測控站和專用通信網

簡介

遙測是將太空飛行器上各系統及設備的工作狀況（如設備狀態參數、環境、姿態等參數）進行採集編碼，然後通過無線方式下行傳輸到地面。太空飛行器可以在經過測控站上空時實時採集這些參數並傳至地面，這種遙測叫實時遙測；太空飛行器也可以在境外進行採集、存儲，在經過測控站時再傳輸下來，這種遙測叫延時遙測。地面專家可以據此了解太空飛行器的工作實際情況，當太空飛行器出現故障時，可據此分析診斷故障原因，快速找到癥結，採取有效措施，儘量挽救太空飛行器。

遙控是地面控制人員通過無線方式對運行在太空中的太空飛行器進行控制。太空飛行器入軌後乾什麼工作、何時乾、如何乾，都需要通過遙控將地面科學家的意圖傳送上去，例如對儀器設備進行開/ 關機、主機/備機切換、電源母線接通、設備加溫、控制太空飛行器進行變軌、進行有效載荷相關試驗、星鐘校正等。當通過軌道測量或遙測信息得知太空飛行器出現了故障時，也是通過遙控進行遠程診治。遙控可以是遙控指令，也可以是注入數據。遙控指令是立即指令，即太空飛行器一旦收到便立即執行。注入數據包括太空飛行器平台和有效載荷工作所需要的程控指令和各種數據，程控指令是按時間規定執行的指令，即程式控制執行；數據可以是各種參數，如變軌控制參數，也可以是軟體代碼，用以代替太空飛行器計算機中原來的程式。

通信是指用電信號傳輸信息的系統。通信系統由信源、發端設備、傳輸介質、收端設備、信宿等組成。傳輸的信息有數據、文檔、圖像、話音等。在發端將信息進行編碼、調製到副載波、再將副載波調製到載波，最後放大，通過傳輸介質傳送出去。在收端將副載波解調出來，恢復出原來的信息。從本質上講，上述講到的跟蹤測量、遙測、遙控、圖像、話音等都屬通信範疇，但在測控通信領域中，通信的含義一般是指測控站與測控中心之間的測控信息、指揮調度信息、日常通話、時間統一信號等的傳輸，故通信系統是專門為航天測控網服務的專用支持系統。

背景與意義

近年來，我國的航天事業蒸蒸日上，各種航天飛行試驗任務日益增多。作為我國三大航天發射靶場之一，西昌衛星發射中心承擔著大量同步衛星的發射任務。特別是近來進入高密度發射任務後，中心所承擔的航天發射任務日益繁重，經常出現幾發任務並行的情況。發射場發射衛星數目越來越多、發射周期越來越短、發射頻率越來越快，如何高效地實施發射場電磁兼容試驗，提高測控系統的抗干擾能力，需要探索出一種科學、準確的試驗方法和模式。

國內靶場一般遠離電磁環境繁雜的城市地區，地域開闊，電磁環境較為純淨，干擾較少，但隨著近年來通信技術的日益發展，通信設備越來越多，電磁環境污染也日益嚴重，不具備任何抗干擾能力的簡單測控設備已逐漸勝任不了靶場實驗的要求。因此抗干擾能力已成為靶場測控系統的必備指標。

發射場地面的無線電設備很多，有對運載火箭進行跟蹤、外測、遙測及安控的測控設備，此外為保障測控任務順利進行，還有短波電台、微波、衛通等通信設備以及測風、測雨雷達等氣象設備。這些設備工作頻段涵蓋了HF頻段至K_u頻段，發射場電磁環境複雜。發射場在執行發射任務時，各種無線電信號相互干擾的問題顯得非常嚴重。例如火箭衛星的遙測遙控信號在塔架內傳播時，由於邊界條件比較複雜，遙測遙控信號極易發生多徑效應干擾，致使信號的幅度發生較大的起伏，甚至導致信號失鎖。

航天測控通信系統的發展

世界範圍內，太空飛行器測控與通信網是在武器和衛星測控通信網的基礎上發展起來的。作為測控目標，從20世紀50年代開始，走過了一個從戰術飛彈、戰略(洲際)飛彈、衛星和載人太空飛行器的發展過程。其中載人太空飛行器的發展大致經歷了無人飛船、短期空間站、長期空間站等5個階段。

進入二十世紀60年代中葉後，統一載波系統被套用於測控網中，美國阿波羅工程便使用統一S波段測控系統；90年代末，中國開始採用S波段統一測控系統，用於載人航天測控任務。

統一載波測控體制的出現是航天測控的一個里程碑。20世紀50至60年代，跟蹤、遙測和遙控是相互分離的，各自使用不同的頻率，這種測控系統稱為分散體制測控系統。分散體制載頻多，很容易產生相互干擾；每一測控功能都需要一套收發信機和天伺饋跟蹤系統，飛行器和測控站的設備均十分龐大。現在分散測控體制只在某些特殊情況下才採用。

60年代中期開始提出了跟蹤、遙測、遙控共用載波的思想，即只用一個上行載波和一個下行載波解決測速、測距、測角、角跟蹤、遙控和遙測的全部問題，其特點是副載波頻分復用技術，將不同測控功能的多個副載波調製信號復用後調製到一個統一的載波，共用一套收發設備和跟蹤系統，因而稱為統一載波測控系統。射頻載波主要選用S 頻段，故稱為統一S頻段測控（Unified S Band-Tracking Telemetry&Command，USB-TTC）系統，後來逐漸擴大到C及其以上頻段。美國在阿波羅登月計畫中首次使用了USB 測控系統，此後一直到現在USB,UCB 都是飛彈、衛星的主要測控體制。

中國最初的航天測控系統是在60年代中期衛星觀測網的基礎上發展起來的，當時的衛星觀測網包括測控中心和南寧等7個測量站，1965年4月，該網完成了“東方紅一號”的跟蹤測軌任務。到70年代初，在航天測控領域首次提出了測控網的概念，提出了測控設備布局適應多場區、多射向、多彈道飛行試驗特點和不同發射傾角、不同運行軌道衛星測控要求的發展思路，確定在已有的測控、通信能力的基礎上，遠近結合、全面規劃、箭星兼顧、綜合利用，逐步建成一個布局合理、工作協調、適應性強的航天測控網。於70年代末80年代初，初步形成了我國的近地軌道衛星測控網和地球同步通信衛星測控系統。1988年近地軌道衛星測控網“風雲一號”的測控任務，1984年1月地球同步衛星測控系統完成了地球同步試驗通信衛星“東方紅二號甲”的發射測控任務。90年代初，為適應載人航天任務的需求，開始建設新一代航天測控網，逐步建立了陸、海基統一S頻段(USB)測控網及S頻段測控網網管中心；新建了東風發射指控中心和北京航天指揮控制中心，改造了西安衛星測控中心；進行了測量船、各測控站測控通信設施的適應性改造；建立了以數字程控交換為核心，以衛星通信、光纖通信為主幹信道的集話音、數據、圖像傳輸於一體的大型科研試驗通信專用網。1999年11月S頻段測控網成功完成“神舟一號”的測控通信任務，目前我國在用的航天測控網主要包括統一C頻段航天測控網、統一S頻段航天測控網；正在積極建設天基測控通信網和深空測控通信網。測控網路管理的網管中心設在西安衛星測控中心，具備對測控設備的遠程監視能力和一定的控制功能，負責整個測控網的日常管理。測控資源的自動化調度水平逐漸提高，能夠實現中心對太空飛行器的透明操作。

我國航天測控技術現狀

我國航天測控網由發射和測控中心、若干陸地固定和機動測控站及航天測量船組成。已由超短波(UHF)、S、C三個頻段TTC設備組成的航天測控系統，並以S頻段測控系統為骨幹測控設備建立了載人航天測控通信系統具備完成第二代衛星、載人航天工程的測控支持能力。我國航天測控網的主要特點是統一規劃，設站較少，效益高；網中各固定站可以根據需要合理組合，綜合利用；各車載、船載站可以根據需要靈活配置，機動使用；多數測控設備可以箭、星通用，數據格式及接口實現了標準化、規範化。目前，已形成了以高精度測量帶和中精度測控網交叉兼容，以測控中心和多種通信手段相聯接的，具有中國特色的陸海基航天測控網，能為各種射向、各種軌道的太空飛行器發射試驗和在軌運行提供測控支持，具備國際聯網共享測控資源的能力。

我國S波段統一測控系統簡稱USB系統，是衛星、飛船發射和運行的主要測控設備。自1995年開始，多次成功地完成了衛星、飛船的測控任務，具有一定的與國際同頻段測控網路聯網的能力。USB系統的測控任務由星、地系統共同完成。陸上固定站USB系統主要由天饋分系統，發射、接收、遙測、遙控、數傳、監控分系統，測距、測速、語音、時/頻終端以及測試模擬標校分系統等組成。USB系統是目前世界上占主導地位的PCM測控系統，它具有下列特點：

①USB系統是一種數位化系統，易於與數字通信、計算機技術緊密結合，可大大提高測控系統的性能：

②USB 系統可以通過信道編碼以及加密等措施，提高系統的可靠性；

③USB 系統便於使用擴譜技術進一步提高系統的抗干擾性和可靠性；

④隨著VLSI技術的發展，特別是數字通信技術、計算機技術的發展，以及高頻器件的飛速發展，USB系統更容易實現模組化、小型化、數位化、智慧型化，大大提高數據實時處理、記錄和顯示能力。所以從發展的觀看，USB系統是一種很有發展前景的測控系統。

未來發展

太空飛行器測控系統是一個複雜的電子系統，一般由跟蹤定軌分系統、遙測分系統和遙控分系統組成，稱之為TT&C(Tracking Telemetering & Command)系統。其第一個“T”的含義是跟蹤測軌，第二個“T”的含義是遙測，“C”的含義為指令控制，又稱遙控。這也是航天測控系統所應當實現的基本的三大功能。最早的時候，這些分系統是相互獨立的，使用各自獨立的射頻頻率、信道設備，不僅體積龐大，而且相互干擾嚴重，不利於電磁兼容，因而這種分散體制的測控系統已經淘汰。

我國航天測控網的主要發展趨勢是最佳化地基測控通信網，建設和發展天基測控通信網，構建深空探測測控通信網，構建天地空一體化測控通信系統，逐步形成各種航天測控資源綜合利用、最佳化配置、整體性能最優的高可靠性的航天測控系統。

中低軌道衛星在軌數量將大量增加，小衛星、星座及組網的一箭多星發射，要求航天測控網具備對多星同時測控支持和在軌運行管理能力。

第二代導航衛星星座、高精度對地觀測衛星和飛船交匯對接過程的遠距離導引追蹤，要求提高飛行器軌道測量和定位的精度。

載人飛船、交匯對接和空間實驗室任務要求測控系統提供較高(50－80%)的軌道測控和通信的覆蓋率。

為提高傳輸型衛星的利用率和探測信息的時效性，要求測控網具備高碼速率的數據傳輸能力、高軌道覆蓋率，並要求加強系統的抗干擾能力和保密性。