航天测控和通信系统(王新升).ppt

1）跟踪 跟踪指利用航天器上信标机发出的高频谱纯度、高频率稳定度载波到达地球上跟踪站后变为平面波，跟踪站检测出电磁波来波取向和地面站天线主波束电轴指向角的偏差，伺服系统利用此偏差随时校正，消除偏差，而达到天线主波束实时对准不断运动着的航天器的目的。利用天线座方位轴(A)和俯仰轴(E)上的光学码盘，可随时给出天线束的指向角(A,E)。 径向速度 测量：利用航天器相对于地面站天线的相对运动、信标机的载频中产生出多普勒频移，测出频移可换算出径向速度。 测距R：由地面站发射出一个高频率稳定度和高频谱纯度的正弦副载波（称为测距侧音），发射到航天器后，再转发回来和原来地面发出的侧音比较相位差，可计算出航天器和地面站之间的距离。 根据得到的(A, E, R, ,t)即可确定航天器在三维空间中的瞬时位置。对于惯性目标，跟踪足够长弧段后，可预测外推未来轨道。 4. GPS系统导航定位技术 4.3 GPS用于空间飞行器时定位性能指标 低轨道GPS用户（1000km以内），平均可观测到的GPS星数目及收到的GPS信号电平与地面状况相当，因此可达到的精度与地面用户相当， 近地点一般为740km或更低，远地点39660km椭圆轨道用户星（即发射静止轨道卫星时在初期的大椭圆轨道时），近地点定位精度可达9～15m，远地点可达61～91m； 高度接近或高于GPS卫星工作轨道（如静止卫星轨道）的用户星需要高增益天线才能捕获和跟踪至少4颗在视场范围内的卫星，定位精度在100m以上。 5. 航天统一测控网组成及功能 5.1 航天地面测控网 地面站（包括船队）和航天测控中心组成航天测控网。由航天测控中心完成地面站的统一管理，数据的统一处理，命令的统一编排。 航天测控中心 航天测控中心是连接各个地面站和测量船队的枢纽，是测控网的信息和控制中心。 系统组成： 1)通信及时间统一勤务系统； 2)计算机系统； 3)显示与控制系统 我国航天测控中心功能原理图 5. 航天统一测控网组成及功能 5.2 天基测控网 解决实时测控通信的两种途径： 1）世界范围的国际和作，把各国测控网连接起来，建立世界性的商用测控网，统一频段、统一数据格式，各国发射航天器时相互支持。 2）发展以数据中继卫星系统和全球导航定位系统为代表的天基测控系统，天基测控是发射一系列卫星，能取代地面测控站和地面测量船的作用，能对空间其它飞行器跟踪、测控以及数据传输。 5. 航天统一测控网组成及功能 利用空间的高远位置资源，把地面测控及通信站搬到地球同步轨道（静止轨道）上去。只要发射两颗对地心空间角距130°左右的跟踪和数据中继卫星，即可对所有轨道高度为1200～12000km的飞行器实现100％的连续跟踪覆盖，对轨道高度在200～1200km的飞行器实现85％以上的连续跟踪覆盖。 对用户星的测距和测速，是由地面站向TDRS星发出测距信号，通过TDRS转发给用户星；用户星返回此测距信号也是通过TDRS转发回地面。用户星的遥测遥控也是通过由TDRS转发的信道与地面站连接。 实例分析：跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS) 6. 航天测控的发展方向 航天深空探测通信 航天器采用自主运行技术 航天器天基测控通信 开发两倍GEO高度的GPS系统 航天器测控通信的国际合作 参考书目 姜昌，范晓玲，航天通信跟踪技术导论，北京工业大学出版社，2003. 褚桂柏主编《航天技术概论》 徐福祥主编《卫星工程概论》（上、下） Wertz J R，Larson W J. 航天任务的分析与设计. 第一版. 北京：航空工业出版社，1992. * 卫星测控系统的技术现状和作用 1 航天器测控与通信分系统设计 3 GPS系统导航定位工作原理 4 内容 航天统一测控网组成及功能 5 航天器测控通信的发展趋势 6 卫星测控与通信工作的基本原理 2 1. 卫星测控系统的技术现状和作用 1.1. 概述 航空航天活动范围的分界线，一般以距离地面100km为界 广义的测控与通信系统是航天技术的大系统之一，包括航天器本体中的测控通信分机和地面通讯设备（运载与航天器测控网）。 测控与通信系统的任务是对航天器进行跟踪、测轨、定位、遥测、遥控和通信。 测控（TTC, Tracking, Telemetry and Command）包括三部分：跟踪、遥测和命令。 通信是测控之外的另一个星地数据系统，主要目的用来传输航天器上有效载荷取得的高速率数据，有效载荷可能是通信、广播转发器，对地观测遥感仪器或科学实验仪器所取得的数据. 王新升 * 航天器设计优化与动态模拟教育部重点实验室 北京航空航天大学宇航学院 第8章 测控与通信分系统 Email:xswang@buaa.edu.cn 航 天 器 设 计 1.卫星测控系统的技