航天测控技术及其发展方向

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1、航天测控技术及其发展方向1,2饶启龙1上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240BroadAngleforTechnology2上海卫星工程研究所上海200240摘要给出了航天测控的一般定义及其技术范畴，介绍了国际上通用的航天测控标准及其演化过程；分析了深空测控通信中面临的信号损耗、时延以及难以实现高精度连续测轨等问题；介绍了美国深空测控通信网的地理分布、组成部分及使用设备，研究了美国深空网在信号覆盖、遥控能力、遥测能力及轨道测量方面的技术特点，总结了深空网的发展方向。关键词航天；测控；通信；美国深空网引言航天测控的“遥测”通常是指：将空间中航天器除业务应用数据外的工程数据、参数，经

2、过感应、采集和自20世纪70年代以来，人类通过发射飞行器对太空转换，再通过传输信道发送到接收终端，并进行数据处进行着孜孜不倦的探索。随着探测太空的逐渐深入，传理、恢复、显示及存储的过程。完成上述功能的设备组统的近地轨道测控技术已无法解决深空测控通信中距离合称为遥测系统。在航天飞行任务中，通常通过遥测系遥远导致的信号损耗大、通信延迟长、连续测轨困难等统来获取航天器平台内各系统的工作状态和环境状态等问题，世界各国因此大力开展了深空通信测控网的研究[1]信息，为航天器的运作或故障操作等提供依据。与建设。目前世界上只有美国、欧空局和俄罗斯完成了航天测控的“遥控”通常是指：对空间中的航天器深空网的组网

3、，论其技术性能和覆盖范围，只有美国深进行远距离控制。完成这一功能的设备组合成为遥控系空测控通信网堪称一流。统(或指令系统)。遥控系统主要用于对航天器进行数据注本文首先给出了航天测控的一般定义及其技术范入、各种开关控制、载荷控制、轨道控制和姿态控制等。畴，介绍了国际上通用的航天测控标准及其演化过程；航天测控的“跟踪”通常包含测距，测速及测角三接着分析了深空测控通信中面临的主要问题——信号损种操作，其中：耗和时延，以及随之而来的高精度连续测轨困难；在此测距是指对航天器与地面站天线之间的距离进行基础上，引出了目前世界上解决深空测控通信问题最完测量，其原理是基于无线电波在空间是以恒速且直线传美，技术

4、水平最完备的成功案例——美国深空测控通信播，测距信号的时延或瞬时相位与传播的直线距离具有网，并对其进行了技术研究；最后，展望了深空测控通线性关系。信未来的技术方向。测速是指对航天器与地面站天线之间的径向相对运1什么是测控动速度进行测量，其原理是基于无线电信号在空间传播国际上对于航天测控定义为:“Tracking,时的多普勒效应，测速信号的多普勒偏移量与运动速度Telemetry&Command”(缩写是TT&C)，中文通常称具有线性关系。“跟踪，遥测及遥控”。测角是通过方向性极强的天线波束对准目标航天器20110377而实现对其偏离天线轴向的方向和大小的测量，该测量速)共用载波，即USB(统

5、一S波段)体制，即采用PCM-值经过处理后得出的误差信号送天线伺服系统，构成闭DPSK-PM调制体制，又称为残余载波调制体制。信道分环的天线伺服调节系统。上、下行，且上、下行载波相干，便于双向多普勒测速。ESA遥控载波为多次断续传送，和下行遥测连续技术广角2主要协议和标准传送不同，为了便于星上及早捕获载波，通信前先发射[2]国际航天测控与通信标准的发展经历了三个阶段。500-1000ms无调载波；且必须具备反馈信道，对命令第一阶段是60年代初美军的IRIG标准。第二阶段是70的正确性进行检查。年代末欧空局的ESA遥测、遥控及跟踪标准，该标准航天器入轨后，轨道参数变化不大，外测参数主要主要为卫

6、星测控服务。它是在IRIG的PCM-FM遥测标用于轨道改进及预报。不需全程测量，只需间歇测量，准的基础上发展而成的USB(统一S波段)标准，它将遥因为不完整的数据也可用于轨道拟合。对大多数航天器测、遥控、通信、测角、测距、测速统一到一个载波上来说，对轨道测量精度要求不高，可采用单站多圈测轨来完成，但它不能适应高速数据通信。第三阶段是80年体制，简化设备。代发展起来以国际交互支援与空间数据实时分层动态调2.3CCSDS标准控为特色的CCSDS标准。CCSDS(ConsultativeCommitteeforSpaceData2.1IRIG标准System)是“空间数据系统咨询委员会”的缩写词。

7、该IRIG(Inter-RangeInstrumentationGroup靶场仪委员会是以美国NASA和欧洲ESA为主体，由多国空间器组)是美国RCC(RangeCommandersCouncil靶场司组织共同组成的国际性标准化组织。其目的是使未来的令委员会)下属机构，成立于1951年8月，其常设机构在空间任务中能以标准化的方式进行数据交换与处理，以美国白沙导弹靶场。其所制定的时间码标准，成为国际更为经济而有