1. 無(wú)線通信概述  

   無(wú)線電通信（radio communications）是將需要傳送的聲音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等電信號(hào)調(diào)制在無(wú)線電波上經(jīng)空間和地面?zhèn)髦翆?duì)方的通信方式，利用無(wú)線電磁波在空間傳輸信息的通信方式。

   利用“電”來傳遞消息的通信方式稱為電通信，電通信一般可分為兩大類：一類稱為有線電通信，一類稱為無(wú)線電通信。利用無(wú)線電波傳輸信息的通信方式即稱為無(wú)線電通信，它能傳輸聲音、文字、數(shù)據(jù)和圖像等。與有線電通信相比，不需要架設(shè)傳輸線路，通訊距離遠(yuǎn)，機(jī)動(dòng)性好，建立迅速；但傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，信號(hào)易受干擾或易被截獲，易受自然因素影響，保密性差。

 2.無(wú)線電通信起源

   1873年,英國(guó)物理學(xué)家J.C.麥克斯韋在其《電學(xué)和磁學(xué)論》一書中，總結(jié)和發(fā)展了19世紀(jì)前期對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，從理論上證明了電磁過程在空間是以相當(dāng)于光的速度傳播的，光的本質(zhì)是電磁波，從而建立了電磁理論。1887年德國(guó)物理學(xué)家H.R.赫茲在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電磁波，驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論。電磁理論的建立和電磁波的發(fā)現(xiàn)，為無(wú)線電通信的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。1895年俄國(guó)物理學(xué)家A.C.波波夫和意大利物理學(xué)家G.馬可尼，分別成功地進(jìn)行了無(wú)線電通信試驗(yàn)。

3. 衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控

   自1957年第一顆人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射以來，空間技術(shù)成為發(fā)展最為迅速的技術(shù)學(xué)科之一，并推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)和軍事的巨大進(jìn)展、空間飛行器無(wú)線電測(cè)控作為空間技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)在飛行器發(fā)展的歷程中具有不可替代的作用。因?yàn)樾l(wèi)星在隨著運(yùn)載火箭發(fā)射空后，人們?cè)诘孛嬉皶r(shí)了解衛(wèi)星運(yùn)行軌道及衛(wèi)星各分系統(tǒng)的工作情況和各種工程參數(shù)，同時(shí)還要在地面對(duì)衛(wèi)星飛行軌道、姿態(tài)以及各分系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行控制。由于衛(wèi)星通常是通過無(wú)線電信道來完成測(cè)控信息的傳遞任務(wù)，因此稱之為衛(wèi)星（或空間飛行器）無(wú)線電測(cè)控。

   衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控包括：跟蹤測(cè)軌、遙測(cè)；遙控（英文是Tracking Telemetry and command 簡(jiǎn)稱TTC或TT&C）跟蹤測(cè)軌是指地面站能跟蹤衛(wèi)星并測(cè)出其飛行軌道。遙測(cè)顧名思義是遠(yuǎn)距離測(cè)量，是將衛(wèi)星上的各種信息（被測(cè)物理量）變成電信號(hào)、并以無(wú)線電載波的形式傳到地面接收站，經(jīng)接收，解調(diào)處理后還原成各種信息，為人們提供飛行中衛(wèi)星的各種工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)。同樣的意義，遙控為遠(yuǎn)距離控制、其作用方向正好與遙測(cè)相反，是將地面上的各種信息（其中主要是對(duì)衛(wèi)星的各種控制量）以電信號(hào)的形式調(diào)制無(wú)線電載波，向衛(wèi)星發(fā)射，衛(wèi)星接收解調(diào)后，按地面要求對(duì)衛(wèi)星有關(guān)分系統(tǒng)進(jìn)行控制或者將信息提供星上有關(guān)分系統(tǒng)進(jìn)行處理、比對(duì)，接受或衛(wèi)星的情況決定其工作程序。

  衛(wèi)星跟蹤測(cè)軌則與遙測(cè)、遙控不同，衛(wèi)星跟蹤測(cè)軌分為光學(xué)如無(wú)線電兩種，光學(xué)是在地面上依靠光學(xué)跟蹤經(jīng)緯儀。激光測(cè)距儀等光學(xué)手段進(jìn)行跟蹤測(cè)軌、目前衛(wèi)星較少采用（常作為輔助手段）。衛(wèi)星跟蹤測(cè)軌則以無(wú)線電跟蹤測(cè)軌為主，它是測(cè)量衛(wèi)星與地面站之間的角度（方位角、俯仰角）、距離、相對(duì)速度、其本身也是一個(gè)無(wú)線電信息傳輸系統(tǒng)、不過無(wú)線電波所攜帶的信息是衛(wèi)星位置，速度的信息。

  不論什么類型人造衛(wèi)星、無(wú)線電測(cè)控（TT&C）是作為各種衛(wèi)星所必須具備的分系統(tǒng),和衛(wèi)星電源、結(jié)構(gòu)、溫度控制等分系統(tǒng)一樣，是屬于衛(wèi)星的服務(wù)系統(tǒng)，是衛(wèi)星服務(wù)艙（或稱公用服務(wù)平臺(tái)）的基本組成之一。但是它與衛(wèi)星電源、結(jié)構(gòu)、溫度控制等分系統(tǒng)不同的是它分為星上部分和地面部分，只有二者結(jié)合在一起才能成為一個(gè)有效的、完整的功能系統(tǒng)。

隨著空間技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控的需求愈來愈高，衛(wèi)星遙測(cè)的數(shù)目已多達(dá)上千條，并發(fā)展了可編程遙測(cè)、分包遙測(cè)，星上搖控指令也多達(dá)數(shù)百條以上，并能向星上注入大量的程序數(shù)據(jù)，發(fā)展了各種抗干擾編碼措施，保密指令，分包遙控等，隨著微處理器在星上的應(yīng)用，衛(wèi)星遙測(cè)遙控已采用星上計(jì)算機(jī)，通過總線控制多個(gè)星上遠(yuǎn)置單元，遠(yuǎn)置單元進(jìn)行信息采集和指令執(zhí)行控制，這樣把遙測(cè)遙控統(tǒng)一起來，并且在信通上與跟蹤測(cè)軌結(jié)合成統(tǒng)一系統(tǒng)。

 

4.衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控基本原理

 衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控是信息系統(tǒng)，和其他信息系統(tǒng)一樣，符合信息論所描述的信息傳輸系統(tǒng)的基本模型，信息傳輸系統(tǒng)基本模型如圖4-1所示。

                   圖4-1    信息傳輸系統(tǒng)基本模型

對(duì)于衛(wèi)星無(wú)線電遙測(cè)，其模型如圖4-2所示。

     圖4-2    無(wú)線電遙測(cè)系統(tǒng)基本模型

對(duì)于衛(wèi)星地線電遙控其模型如圖4-3所示

 

         圖4-3  無(wú)線電遙控系統(tǒng)基本模型 

   由圖4-2、圖4-3可見衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控的信號(hào)傳輸部分與一般通信系統(tǒng)一樣，其區(qū)別在于終端部分的功能。而且遙測(cè)、遙控的星地部分功能二者正好相反。遙測(cè)在星上部分為發(fā)射機(jī)而遙控在星上部分為接收機(jī)。由于衛(wèi)星任務(wù)有很大差別因此不同衛(wèi)星的測(cè)控有很大的差別小，例如衛(wèi)星軌道還有中低軌道衛(wèi)星、靜止軌道衛(wèi)星、月球軌道和深空軌道等。中低軌道衛(wèi)星，考慮星地空間傳輸距離為數(shù)千公里即可，靜止軌道衛(wèi)星則傳輸距離需要考慮四萬(wàn)公里，而對(duì)于月球軌道則考慮40萬(wàn)公里，對(duì)于深空控測(cè)則需考慮數(shù)百萬(wàn)公里以上。傳輸距離的巨大差別，使得衛(wèi)星測(cè)控信道的接收與發(fā)射有不同的要求，此外在信號(hào)傳輸方式上也有各種不同的方式，例如對(duì)于月球探測(cè)的測(cè)控，除了采用最有效的抗干擾偏碼方式，弱信號(hào)低噪聲的接收方式等以外，還采用了低速率的窄帶信息傳輸，延長(zhǎng)傳輸時(shí)間以彌補(bǔ)低速率傳輸條件下的信息量小的缺點(diǎn)。同時(shí)借助多種測(cè)控手段提供測(cè)控的精度。

圖4-4 無(wú)線電跟蹤測(cè)軌基本形式

  對(duì)于衛(wèi)星無(wú)線電跟蹤測(cè)軌，雖然也是一個(gè)信息系統(tǒng)，但是它與遙測(cè)、遙控有很大的不同，并且具有多樣化，通常在航天器入軌時(shí)，我們可以根據(jù)技術(shù)手段得到航天器的軌道速度和位置矢量/航天器與地心之間的距離等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，這些初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)將會(huì)輔助我們得到其軌道參數(shù)(如近地點(diǎn)高度、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度、偏心率等)，上述內(nèi)容，我們統(tǒng)稱為航天器跟蹤測(cè)軌，航天器跟蹤測(cè)軌主要由地面測(cè)控站/測(cè)控中心與航天器共同完成。

  無(wú)線電跟蹤測(cè)軌常指首先由地面測(cè)控站進(jìn)行對(duì)航天器的無(wú)線電頻率和方位角及仰角的捕獲、使測(cè)控站天線波束的指向自動(dòng)跟隨航天器的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到最佳測(cè)控效果，穩(wěn)定后，可建立航天器和測(cè)控站之間的無(wú)線電信道，以測(cè)量航天器相對(duì)地面站的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(與測(cè)控站的距離、航天器徑向距離變化率、方位角及仰角等)。

 衛(wèi)星無(wú)線電跟蹤測(cè)軌從功能來說有測(cè)速定軌、測(cè)角定軌，測(cè)距定軌等。衛(wèi)星上有信標(biāo)機(jī)或者應(yīng)答機(jī)兩種不同形式，星上采用較為簡(jiǎn)單的信標(biāo)機(jī)，地面可利用衛(wèi)星與地面站間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的多布勒頻率變化測(cè)出二者間的相對(duì)速度，在地面設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)分別接收信標(biāo)機(jī)發(fā)出的無(wú)線電波到達(dá)此兩接收機(jī)的往差，而得到衛(wèi)星相對(duì)于兩接收機(jī)聯(lián)線的角度，或者利用窄波束天線，波束方向?qū)πl(wèi)星從而測(cè)出衛(wèi)星相對(duì)于地面站的角度，星上采用應(yīng)答機(jī)，可以接收地面需達(dá)發(fā)來的信號(hào)并且轉(zhuǎn)發(fā)回去。將地面發(fā)來的穩(wěn)定頻率信號(hào)（載波信號(hào)）轉(zhuǎn)發(fā)回去，在地面獲得來回雙程多布勒頻率變化從而獲得比單程多布勒頻率變化更為精確的衛(wèi)星速度數(shù)據(jù)，將地面發(fā)來的測(cè)距信號(hào)（調(diào)制在載波上）轉(zhuǎn)發(fā)回地面站，地面根據(jù)發(fā)送和接收到測(cè)距信號(hào)的相位差獲得衛(wèi)星與地面站的距離，同時(shí)應(yīng)答機(jī)本身也具備信標(biāo)功能。

  

   由于衛(wèi)星在非機(jī)動(dòng)飛行時(shí)繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)遵循著開普勒方程。因此對(duì)衛(wèi)星段時(shí)間的跟蹤測(cè)量在已知初始軌道后僅靠測(cè)速、測(cè)距、測(cè)角三者中任一個(gè)、二個(gè)，或者全部，都可計(jì)算或改進(jìn)計(jì)算衛(wèi)星的軌道，當(dāng)然計(jì)算出衛(wèi)星軌道的精度是不一樣的。對(duì)于低軌衛(wèi)星，現(xiàn)階段均可以利用導(dǎo)航接收機(jī)的進(jìn)行測(cè)定軌，除了輸出衛(wèi)星的位置外，還可以對(duì)衛(wèi)星的軌道參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。因此在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，測(cè)控應(yīng)答機(jī)一般都不要求測(cè)距功能，大大簡(jiǎn)化了測(cè)控單機(jī)的設(shè)計(jì)。

5.衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控頻率規(guī)劃

   國(guó)家工信部、國(guó)防科工局于2019年印發(fā)《遙感和空間科學(xué)衛(wèi)星無(wú)線電頻率資源使用規(guī)劃（2019-2025年）》的通知 ，對(duì)商業(yè)衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控頻率進(jìn)行了指導(dǎo)，鼓勵(lì)遙測(cè)和數(shù)傳分時(shí)復(fù)用，提供頻率利用率。在頻率的使用和規(guī)劃上提出了4點(diǎn)意見，主要內(nèi)容如下：

   1.探測(cè)頻率的使用規(guī)劃

探測(cè)頻率應(yīng)使用《無(wú)線電頻率劃分規(guī)定》中的衛(wèi)星地球探測(cè)（有源/無(wú)源）、空間研究（有源/無(wú)源）等業(yè)務(wù)劃分的頻率。

對(duì)于搭載合成孔徑雷達(dá)、云廓線雷達(dá)、測(cè)高計(jì)、散射計(jì)等有源傳感器的遙感衛(wèi)星，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星地球探測(cè)（有源）、空間研究（有源）等業(yè)務(wù)的頻率劃分，結(jié)合任務(wù)特性選擇可用頻率。

對(duì)于搭載大氣探測(cè)傳感器以及微波探測(cè)傳感器、輻射計(jì)等無(wú)源傳感器的遙感衛(wèi)星，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星地球探測(cè)（無(wú)源）、空間研究（無(wú)源）等業(yè)務(wù)的頻率劃分，結(jié)合探測(cè)對(duì)象的物理特性選擇可用頻率。

   2.數(shù)傳頻率的使用規(guī)劃

數(shù)傳頻率應(yīng)使用《無(wú)線電頻率劃分規(guī)定》中衛(wèi)星地球探測(cè)業(yè)務(wù)、星間業(yè)務(wù)、空間研究等業(yè)務(wù)劃分的頻率。對(duì)于大氣探測(cè)衛(wèi)星，除上述業(yè)務(wù)外，還可在衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù)中選取使用頻率。

中低速數(shù)傳任務(wù)一般使用X頻段（8025-8400MHz或8400-8500MHz）開展；高數(shù)據(jù)速率數(shù)傳一般選擇Ka頻段（25.5-27GHz）。在數(shù)傳頻率的使用上，鼓勵(lì)數(shù)傳和遙測(cè)頻率使用采用一體化設(shè)計(jì)，通過數(shù)傳下行頻率傳輸遙測(cè)信號(hào)，提高頻譜利用率。

   3.測(cè)控頻率的使用規(guī)劃

測(cè)控頻率應(yīng)使用《無(wú)線電頻率劃分規(guī)定》中空間操作業(yè)務(wù)（空間操作業(yè)務(wù)劃分的具體頻段見附件1）劃分的頻率，同時(shí)也可依托衛(wèi)星載荷使用的業(yè)務(wù)頻率開展測(cè)控任務(wù)。鼓勵(lì)采用測(cè)控與業(yè)務(wù)使用頻率的一體化設(shè)計(jì)開展測(cè)控任務(wù)。根據(jù)任務(wù)性質(zhì)和業(yè)務(wù)特性，不同頻段測(cè)控頻率的使用應(yīng)當(dāng)符合以下要求：

 （1）L頻段及以下頻段測(cè)控頻率主要用于壽命周期短（一般不超過12個(gè)月）、站位置單一、開機(jī)時(shí)間有限的技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星以及其他遙感和空間科學(xué)衛(wèi)星測(cè)控頻率的備份；

 （2）S頻段測(cè)控頻率重點(diǎn)保障國(guó)家衛(wèi)星測(cè)控任務(wù)，兼顧商業(yè)衛(wèi)星的發(fā)射、入軌、在軌維護(hù)、應(yīng)急管理等任務(wù)需求；

 （3）X頻段測(cè)控頻率用于衛(wèi)星地球探測(cè)業(yè)務(wù)和空間研究業(yè)務(wù)的測(cè)控。其中，將7190-7235 MHz頻段規(guī)劃用于保障探月工程等重大航天工程遙控頻率使用，7235-7250 MHz頻段規(guī)劃用于商業(yè)遙感衛(wèi)星，上述新增遙控頻率對(duì)應(yīng)的下行遙測(cè)業(yè)務(wù)可依托8025-8400 MHz數(shù)傳頻率傳輸信號(hào)；

  （4）鼓勵(lì)Ka、Q/V等更高頻段測(cè)控頻率的應(yīng)用，主要用于適應(yīng)未來大規(guī)模星座等復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)控任務(wù)需求。在軌道資源規(guī)劃上，對(duì)于有部署在地球靜止軌道上任務(wù)需求的遙感衛(wèi)星，在軌位的選擇上應(yīng)結(jié)合使用頻率、觀測(cè)范圍、協(xié)調(diào)態(tài)勢(shì)等因素統(tǒng)籌分析、合理部署。對(duì)于部署在非地球靜止軌道上的遙感和空間科學(xué)衛(wèi)星，應(yīng)結(jié)合任務(wù)需求、協(xié)調(diào)態(tài)勢(shì)等因素綜合考慮，合理選擇使用極地軌道、太陽(yáng)同步軌道以及月球探測(cè)軌道、火星探測(cè)軌道等。

6.衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控體制分類

   衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控根據(jù)測(cè)控體制和信號(hào)調(diào)制方式不同，目前主流的衛(wèi)星測(cè)控和形式可以簡(jiǎn)單分為以下幾類：

   第一種，USB/UXB/UCB（統(tǒng)一波段）測(cè)控模式中，其中USB應(yīng)用更為廣泛，UCB應(yīng)用于中繼測(cè)控居多，UXB主要應(yīng)用于深空測(cè)控和商業(yè)測(cè)控領(lǐng)域。USB主要采用PM調(diào)相體制，早期的星載USB測(cè)控應(yīng)答機(jī)采用二階鎖相接收機(jī)和調(diào)相PM發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)，采用模擬電路體制，受限于半導(dǎo)體器件工藝的發(fā)展，很多電路均在10.7MHz進(jìn)行處理（10.7MHz很多電臺(tái)和收音機(jī)用到過類似的器件），其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模擬器件的參數(shù)一致性比較差，星載測(cè)控應(yīng)答機(jī)的研制需要進(jìn)行大量的調(diào)試和摸底篩選才能得到穩(wěn)定的指標(biāo)。自探月工程嫦娥探月一期的嫦娥二號(hào)開始，參照美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的深空網(wǎng)絡(luò)(Deep Space Network, DSN)的設(shè)計(jì)，我國(guó)深空探測(cè)首次進(jìn)行了X頻段測(cè)控系統(tǒng)的驗(yàn)證，著力解決深空測(cè)控的測(cè)控精度，由S頻段測(cè)控改為X頻段測(cè)控，測(cè)距信號(hào)的頻率進(jìn)行由500KHz提升至100KHz，同時(shí)配合國(guó)家射電天文干涉測(cè)量技術(shù)，首次引入了VLBI進(jìn)行高精度定軌，要求星上的測(cè)控設(shè)備能夠產(chǎn)生同源的兩個(gè)DOR（Differential One-way Ranging）單向差分測(cè)距信號(hào)，兩種測(cè)控模式的單機(jī)構(gòu)成存在最大的繼承性。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

表1 USB和UXB測(cè)控技術(shù)主要參數(shù)

      第二種是統(tǒng)一擴(kuò)頻測(cè)控模式，屬于CDMA通信的一種，該測(cè)控模式具備明顯的抗干擾能力，具備一定的保密性，在擴(kuò)頻模式中測(cè)距采用了PN碼擴(kuò)頻測(cè)距，測(cè)速采用了載波恢復(fù)環(huán)測(cè)速，測(cè)角采用了低載噪比的擴(kuò)頻跟蹤接收機(jī)，遙測(cè)、遙控采用了擴(kuò)頻數(shù)字傳輸。用于擴(kuò)頻測(cè)控的系統(tǒng)，采用收、發(fā)擴(kuò)頻碼時(shí)延進(jìn)行距離測(cè)量，由于碼鐘頻率較高，其測(cè)距精度可以做到很高。擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)速與統(tǒng)一載波測(cè)控系統(tǒng)相同，采用載波多普勒測(cè)速。對(duì)擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)來講，不管是遙控指令還是注入數(shù)據(jù)、不管是遙測(cè)數(shù)據(jù)還是其他數(shù)據(jù)，均看作統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流，采用虛擬信道的方式，利用數(shù)據(jù)打包再封裝成幀進(jìn)行傳輸（類似CCSDS標(biāo)準(zhǔn)）。采用擴(kuò)頻測(cè)控能帶來很多好處，如抗干擾、防截獲、抗多徑、多址、偽碼擴(kuò)頻測(cè)距等。我國(guó)該測(cè)控方式最早應(yīng)用于北斗導(dǎo)航一代組網(wǎng)建設(shè)中，后為主流的測(cè)控模式，在頻段上主要有S頻段和Ka頻段，2022年3月，商業(yè)航天公司銀河航天發(fā)布了國(guó)內(nèi)首臺(tái)V/X頻段多模測(cè)控應(yīng)答機(jī)，除了解決測(cè)控頻率資源問題，受限于V頻段的器件和儀器等因素，對(duì)于衛(wèi)星V頻段測(cè)控的必要性和代價(jià)（性價(jià)比）不便評(píng)價(jià)，擴(kuò)頻測(cè)控的主要技術(shù)參數(shù)如下：

表2 統(tǒng)一擴(kuò)頻測(cè)控的主要技術(shù)參數(shù)

·  第三種為跳擴(kuò)頻測(cè)控模式，上述的擴(kuò)頻測(cè)控體制直接序列擴(kuò)頻技術(shù)由于其良好的抗干擾能力和更高的測(cè)距精度,在航天測(cè)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著空間電磁環(huán)境日益復(fù)雜,軍事電子對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展,測(cè)控鏈路的安全性逐漸得到重視,跳擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)正是基于抗干擾的需求而提出,混合跳擴(kuò)頻技術(shù)的引入是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能,因此，跳擴(kuò)頻將作為下一代J事測(cè)控通信的主流測(cè)控模式。

表3 跳擴(kuò)頻測(cè)控的主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目	技術(shù)參數(shù)	備注
S頻段上下行頻率范圍	上行：2020~2120MHz 下行：2200~2310MHz
擴(kuò)頻方式	直接序列擴(kuò)頻(DS)+跳頻（FH)；
通道	1路遙控+1路測(cè)距+1路遙測(cè)
調(diào)制方式	PCM-DS-BPSK-FH
跳頻點(diǎn)數(shù)	2048	典型參數(shù)
跳頻速率	20000Hop/s	典型參數(shù)
跳頻間隔	40KHz	典型參數(shù)
直擴(kuò)偽碼速率	10Mcps
上行（TC+R）數(shù)據(jù)碼速率	88bps；
多普勒范圍	±8KHz	高軌
多普勒變化率	±0.5KHz/s	高軌
遙測(cè)數(shù)據(jù)碼速率	1712bps；
接收機(jī)門限	優(yōu)于-112dBm

   第四種，多模測(cè)控和測(cè)控?cái)?shù)傳一體化模式。隨著商業(yè)航天技術(shù)的發(fā)展，商業(yè)衛(wèi)星在測(cè)控模式上著手于頻率資源的充分利用和降低系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜性，測(cè)控和數(shù)傳一體化模式將成為商業(yè)航天的主流測(cè)控模式，國(guó)內(nèi)低軌衛(wèi)星星座大部分采用X頻段測(cè)控?cái)?shù)傳一體化模式，主流的測(cè)控?cái)?shù)傳一體機(jī)主要參數(shù)如下：

表4 測(cè)控?cái)?shù)傳一體機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

7.衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控的技術(shù)范圍

     衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控所涉及的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域是非常廣泛的，它除了包含有其它無(wú)線電信息系統(tǒng)所涉及的領(lǐng)域外，還包括了諸如非電量測(cè)量（傳感器），雷達(dá)技術(shù)、超遠(yuǎn)距離信息傳輸?shù)龋虼诵l(wèi)星無(wú)線電測(cè)控具有多學(xué)科性、涉及面廣，主要有以下方面：

  1）通信技術(shù)

遙測(cè)、遙控在發(fā)展的早期已與多路通信技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了以頻分和時(shí)分的多路遙測(cè)和遙控。數(shù)字通信技術(shù)的迅速發(fā)展也推動(dòng)了衛(wèi)星測(cè)控  以碼分多址為基礎(chǔ)的數(shù)字化通信領(lǐng)域。

2）微電子技術(shù)――微處理器和計(jì)算機(jī)

衛(wèi)星測(cè)控早在20世紀(jì)八十年代采用集成路，現(xiàn)已大量采用超大規(guī)模集成電路，星上采用超大規(guī)模的微處理芯片，組成星上測(cè)控視頻電路，以完成數(shù)據(jù)采集，編碼譯碼，格式編排和貯存、數(shù)據(jù)判決和處理，指令校驗(yàn)和執(zhí)行。在地面則要進(jìn)行巨大數(shù)據(jù)量的計(jì)算，包括軌道計(jì)算、遙測(cè)處理，遙控指令的校驗(yàn)和比對(duì)等。星上和地面計(jì)算機(jī)的軟件工作也隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，從匯編語(yǔ)言發(fā)展到高級(jí)語(yǔ)言。

3）超遠(yuǎn)距離傳輸

主要是低噪聲，弱信號(hào)接收技術(shù)，包括低噪聲器件、鎖相技術(shù)。

4）微波技術(shù)

早期衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控傳輸信號(hào)采用超短波現(xiàn)在均采用微波。

5）電波傳輸

地面與衛(wèi)星之間的傳輸空間有大氣層，對(duì)流層，電離層這些都影響到電波傳輸。例如對(duì)于微波電離層影響小但對(duì)流層、大氣層影響大要考慮雨衰。電離層和對(duì)流層時(shí)起短波的傳輸影響很大造成測(cè)速、測(cè)距、測(cè)角誤差。此外對(duì)于回收型衛(wèi)星返回地面前衛(wèi)星與其周圍空氣摩擦引起的火焰殼影響電波傳輸?shù)膯栴}（黑障區(qū)）。

6）天線技術(shù)

衛(wèi)星測(cè)控收發(fā)天線，按照不同衛(wèi)星的要求、發(fā)展不同頻段的星上全向天線或賦形天線，此外發(fā)展地面高增益定向開線。

7）測(cè)量技術(shù)

星上被測(cè)物理量例如溫度、壓力、位移量、流量等非電量測(cè)量并變成電量，此外有些電量如微波功率、電流量、信噪比等要測(cè)量轉(zhuǎn)換成可由遙測(cè)傳輸?shù)碾娏俊?/span>

8）記錄顯示技術(shù)

星上和地面，衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控均有記錄，回放要求，采用磁記錄器，超大規(guī)模集成電路存貯器，磁泡存貯器，磁鼓、目前已有開始研究計(jì)算機(jī)硬盤存貯器用于衛(wèi)星上。在測(cè)控地面站及測(cè)控中心還有各種顯示器。

9）電磁兼容性技術(shù)

衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控在衛(wèi)星上具有大功率射頻發(fā)射及弱信號(hào)接收，以及許多數(shù)字電路和模似電路。使用星上電源，并與其它衛(wèi)星電系統(tǒng)安裝在一起，電磁兼容性的設(shè)計(jì)與測(cè)試是特別重要的技術(shù)，是保證衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控以及星上其它電系統(tǒng)正常工作的重要技術(shù)關(guān)鍵。

10）抗干擾差錯(cuò)控制與保密編碼技術(shù)

衛(wèi)星無(wú)線電遙測(cè)與遙控、采用了各種抗干擾差錯(cuò)控制的編碼技術(shù)、采用了檢錯(cuò)碼，糾錯(cuò)碼，以及近二十年來采用的以卷積碼和RS碼組成的級(jí)聯(lián)碼，使通信的效能大大提高，此外為了提高衛(wèi)星指令控制的安全性，發(fā)展了保密編碼技術(shù)。

11）精密機(jī)械和伺服控制技術(shù)

地面天線技術(shù)，包括大型地面天線伺服跟蹤、涉及到精密機(jī)械和伺服控制技術(shù)。此外星上磁記錄器、傳感器、星上跟蹤天線（衛(wèi)星天線跟蹤中繼衛(wèi)星天線）均是具有高要求的精密機(jī)械技術(shù)和控制技術(shù)。

 

8.衛(wèi)星天線電測(cè)控發(fā)展概況

      人類把衛(wèi)星送入空間運(yùn)行軌道，首先要發(fā)展運(yùn)載火箭，在多級(jí)運(yùn)載火箭研制成功的基礎(chǔ)上發(fā)射人造地球衛(wèi)星。所以衛(wèi)星的無(wú)線電測(cè)控首先是由運(yùn)載火箭測(cè)控借鑒過來，但是人們很快就注意到衛(wèi)星與運(yùn)載火箭的巨大差別，特雖是應(yīng)用衛(wèi)星對(duì)測(cè)控的要求與運(yùn)載火箭有著非常明顯的不同。因此，從上世紀(jì)60年代開始衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)控就走上了按自身的特點(diǎn)走上發(fā)展之路。

   中國(guó)1970年發(fā)射的第一顆人靠地球衛(wèi)星以及早期發(fā)射的衛(wèi)星，其跟蹤測(cè)軌方式是和運(yùn)載火箭相類似的方式，星上裝有與運(yùn)載火箭相似的設(shè)備，而地面則利用跟蹤運(yùn)載火箭的雷達(dá)設(shè)備。中國(guó)的第一顆人造地球衛(wèi)星裝有單脈沖5公分（波段）應(yīng)答機(jī)和10公分信標(biāo)機(jī)，此外還安裝了一臺(tái)專為衛(wèi)星多卜勒測(cè)速用的超短波（202兆赫）信標(biāo)機(jī)，與5公分應(yīng)答機(jī)相應(yīng)的地面設(shè)備是5公分單脈沖雷達(dá)，為了引導(dǎo)雷達(dá)天線指向，利用一個(gè)園錐掃描的引導(dǎo)雷達(dá)，其天線波束較寬可以容易捕捉到飛行的衛(wèi)星目標(biāo)，即捕捉到10公分信號(hào)標(biāo)機(jī)發(fā)來的信標(biāo)，進(jìn)行跟蹤接收，并引導(dǎo)5公分單脈沖雷達(dá)的窄波束天線跟蹤捕獲衛(wèi)星目標(biāo)，在星上5公分應(yīng)答機(jī)的呼應(yīng)配合下，能實(shí)時(shí)獲得衛(wèi)星相對(duì)地面站的方位角，俯仰角及衛(wèi)星與地面站之間的距離。僅靠單個(gè)雷達(dá)站即能實(shí)時(shí)確定衛(wèi)星的初始軌道，中國(guó)早期衛(wèi)星采用202兆赫信標(biāo)機(jī)，此頻段受電離層影響很大，定軌精度不高。美國(guó)在二十世紀(jì)60年代初在子午儀等衛(wèi)星采用了雙頻多卜勒測(cè)速方式，雙頻分別為150兆赫和400兆赫頻率比為8比3。利用它們通過電離層不同的路徑，經(jīng)過計(jì)算以降低電離層的影響。中國(guó)在上世紀(jì)70年代中期發(fā)展了雙頻多卜勒測(cè)速定軌，頻率采用180兆赫和480兆赫，頻率比仍為8比3。特別要指出的是美國(guó)發(fā)展的雙頻測(cè)速定軌系統(tǒng)與衛(wèi)星遙測(cè)系統(tǒng)結(jié)合在一起，即星上遙測(cè)發(fā)射機(jī)也就是多卜勒測(cè)速信標(biāo)機(jī)。在地面站、遙測(cè)接收機(jī)也兼作多卜勒測(cè)速接收機(jī)，形成了下行無(wú)線電信道的綜合系統(tǒng)。衛(wèi)星測(cè)控的發(fā)展時(shí)期正處于脈沖和數(shù)字電路，半導(dǎo)體電路，集成電路的發(fā)展時(shí)期，衛(wèi)星遙測(cè)比火箭導(dǎo)彈遙測(cè)精度要求高，衛(wèi)星遙控指令數(shù)大大增加，衛(wèi)星測(cè)控自二十世紀(jì)60年代初采用編碼（數(shù)字）方式、通信中抗干擾編碼的理論和工程應(yīng)用包括各種電路被引入到衛(wèi)星測(cè)控技術(shù)中，此外由于遠(yuǎn)距離、弱信號(hào)的接收，發(fā)展了鎖相技術(shù)，相應(yīng)在遙測(cè)、遙控的載波調(diào)制技術(shù)上也由原來以頻率調(diào)制為主轉(zhuǎn)為以相位調(diào)制為主。

   上世紀(jì)60年代是美蘇兩國(guó)在航天領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)劇烈的年代。航天活動(dòng)頻繁、各種航天任務(wù)不斷涌現(xiàn)，促使衛(wèi)星測(cè)控技術(shù)的迅速發(fā)展。60年代后期美國(guó)研制了阿波羅統(tǒng)一S波段測(cè)控系統(tǒng)和戈達(dá)德統(tǒng)一S波段測(cè)控系統(tǒng)，分別完成了登月飛行及深空控測(cè)任務(wù)，70年代歐州也發(fā)展和采用了統(tǒng)一S波段測(cè)控系統(tǒng)。中國(guó)在70年代末為地球同步軌道通信衛(wèi)星――東方紅二號(hào)研制了統(tǒng)一C波段測(cè)控系統(tǒng)。

上世紀(jì)70年代中期，隨著中、大規(guī)模集成電路特別是微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使空間飛行器的技術(shù)水平跨上一個(gè)臺(tái)階、衛(wèi)星遙測(cè)遙控的視頻數(shù)字電路以及跟蹤測(cè)軌中的測(cè)距碼電路的采用了中、大規(guī)模集成電路，并逐步采用微處理器來完成各自的功能。到70年代末、微處理器芯片已發(fā)展到超大規(guī)模，并能完成更多的計(jì)算任務(wù)。隨著空間飛行器任務(wù)的多樣化和復(fù)雜化，星上各系統(tǒng)之間需要在星內(nèi)相互交換數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，還包括故障診斷和系統(tǒng)重組，整星或分系統(tǒng)的自主控制。星上可以根據(jù)狀態(tài)條件及獲取的信息自主判斷發(fā)出各種指令，也可以接收地面注入的數(shù)據(jù)（通過上行遙控通道）執(zhí)行控制程序或修改原有程序。因此，需要在星上建立一個(gè)“數(shù)據(jù)總體”來管理和承擔(dān)這些工作，歐州空間局（ESA）在80年代初便制定了有關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并在EXOSAT（X－Ray Obser vation ）科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星上首次采用數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（OBOH－On Board Data Handling），該衛(wèi)星于1981年發(fā)射，隨之美國(guó)和日本也相繼采用了OBOH但也有稱之為DMS（Data Management System）。因此到了80年代，衛(wèi)星測(cè)控已不僅僅是S波段統(tǒng)一測(cè)控，即不僅僅是在射頻上統(tǒng)一，就是視頻也都統(tǒng)一到OBOH上，這是衛(wèi)星測(cè)控的又一次革新。中國(guó)自70年代末已分別在遙測(cè)系統(tǒng)及姿態(tài)控制系統(tǒng)中采用微處理器，在80年代中期開始研制OBOH。

隨著美國(guó)載人航天及偵察衛(wèi)星任務(wù)的發(fā)展，美國(guó)航空航天局（NASA）感到靠多設(shè)地面站和測(cè)控船以增加對(duì)航天器和衛(wèi)星的測(cè)控覆蓋范圍，不僅耗費(fèi)大量人力物力并且會(huì)引發(fā)許多意外事件，例如設(shè)在國(guó)外的地面站會(huì)因戰(zhàn)爭(zhēng)或政治事件而關(guān)閉甚至撤消。最主要的問題是多設(shè)地面站也難以解決空間飛行器的全部軌道的實(shí)時(shí)測(cè)控和數(shù)據(jù)接收。例如60年代前期的美國(guó)水星計(jì)劃和雙子星座計(jì)劃，均是載人飛行，為了解決測(cè)控覆蓋。采用了低傾角飛行軌道，NASA沿地球赤道附近布置了十余個(gè)地面站及多個(gè)測(cè)控船隊(duì)，即使如此仍不能覆蓋全部飛行軌道。美國(guó)自50年代末到80年代初的20多年時(shí)間內(nèi)，在世界各地建立了許多跟蹤與觀測(cè)站，遙測(cè)與遙控站，數(shù)據(jù)接收站等，總計(jì)約有400個(gè)之多，但對(duì)航天器和衛(wèi)星的跟蹤測(cè)軌，遙測(cè)、遙控的覆蓋率仍不是15％，特別是80年代后，高數(shù)據(jù)率的應(yīng)用衛(wèi)星升空入軌，它們要求連續(xù)跟蹤和連續(xù)高碼速率數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，這些是目前地面站都難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于載人飛行和空間站；要求能實(shí)現(xiàn)全軌道跟蹤、監(jiān)測(cè)，并具有對(duì)機(jī)動(dòng)飛行、交會(huì)、對(duì)接、分離提供高精度的軌道和姿態(tài)信息。對(duì)于對(duì)地觀察衛(wèi)星（包括偵察衛(wèi)星）則希望能實(shí)現(xiàn)全軌道飛行的高碼速率數(shù)據(jù)傳輸。

為解決這些技術(shù)上和實(shí)施上的困難，在80年代發(fā)展了二方面的工作，一是發(fā)展數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)；二是在世界范圍內(nèi)尋求全面的合作；前者是發(fā)展天基系統(tǒng)，即是將地面的多個(gè)地面站組成的測(cè)控網(wǎng)搬到空間去；后者則是希望通過一個(gè)組織制定標(biāo)準(zhǔn)，把各國(guó)的測(cè)控網(wǎng)組織起來，對(duì)航天器和衛(wèi)星使用一個(gè)共同的數(shù)據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又不影響各自的秘密，遙測(cè)和遙控可以打成數(shù)據(jù)包在其他國(guó)家的地面站接收或發(fā)送，這樣可以利用世界上各國(guó)建立的地面站和測(cè)控網(wǎng)進(jìn)行國(guó)際間的相互支撐和合作。

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，是利用空間高遠(yuǎn)的位置這一空間資源的衛(wèi)星，它具有收發(fā)高碼速率數(shù)碼（包括遙測(cè)、遙控?cái)?shù)據(jù)）或者發(fā)送定位信息的衛(wèi)星，它們組成網(wǎng)后可對(duì)中低軌道衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)控和跟蹤測(cè)軌。1986年美國(guó)發(fā)射并組網(wǎng)的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS）實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶星的跟蹤測(cè)軌、遙測(cè)、遙控以及進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，在80年代末美國(guó)和蘇聯(lián)分別組成的全球定位系統(tǒng)GPS和Glonass，就是以多顆星座在空間的組合，使地面用戶（這是主要的用戶群）或中低軌道衛(wèi)星根據(jù)此全球定位系統(tǒng)的信息確定自己的位置。對(duì)于衛(wèi)星來說，則是利用此定位系統(tǒng)完成勒衛(wèi)星自身的跟蹤測(cè)軌。

1982年開始從NASA、ESA等空間組織發(fā)起成立了空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)（ConsultativeCommittee for space Data System）即CCSDS開始致力于空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作包括數(shù)據(jù)處理、分類和傳輸；標(biāo)準(zhǔn)化的通信體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和業(yè)務(wù)。這種標(biāo)準(zhǔn)化工作的宗旨在于當(dāng)未來的空間通信網(wǎng)以及未來的空間任務(wù)中采用這些標(biāo)準(zhǔn)，可使重復(fù)性開發(fā)工作降至最低。最主要的是在衛(wèi)星或飛行器執(zhí)行任務(wù)期間可以相互支持、地面站資源共享、可以在別人的支持下取得數(shù)據(jù)包或向衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)包，這樣CCSDS的工作使衛(wèi)星測(cè)控開辟了一條新的道路。跟所有行業(yè)一樣，標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于規(guī)范行業(yè)推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展起到了決定性的作用。因此，建議商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)中測(cè)控技術(shù)設(shè)備的開發(fā)應(yīng)在CCSDS的框架下，兼容CCSDS中的AOS協(xié)議，具備可以持續(xù)的國(guó)際化視野。

文章來源：商業(yè)航天寶典 

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