引导信标机，由于它的波束宽，用于地面雷达系统的捕获
航天器的目标，
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连续波测量系统 连续波测量系统分为多普勒频移系统、距离和距离变化 率测量系统、相位比较系统和这些系统的多种变化类型。 多普勒频移系统：利用多普勒效应测定航天器的径向速度， 借以测量航天器的飞行轨迹。多普勒频移是由地面向航天器 或由航天器向地面发射固定的频率的等幅电磁波，因航天器 和地面站存在相对运动，接收信号的频率与发射的频率互不 相同，其频率之差就是多普勒频移。多普勒频移正比于测控 站与航天器方向上的速度分量，所以测量出多普勒频移的大 小，就可获得航天器相对测控站的相对径向速度。
波长 100～10m 10～1m 1～0.3m 30～15m 15～7.5m 7.5～7.35m 3.75～2.5m 2.5～1.67m 1.67～1.11m 1.11～0.75m 0.75～0.1m
测控协议 数据率小于12Mb/s， 采用S频段 数据率在12～50Mb/s, 采用C频段或X频段 数据率50～100Mb/s， 采用X频段 数据率100～1000Mb/s，采用Ku/Ka/w频段
遥控技术
通过对遥测参数、姿态和轨道参数的 研究和分析，发现航天器的轨道、姿 态、某个工程分系统或有效载荷工作 状况异常或出现故障，判断出故障部 位和做出决策，向卫星发出有关命令 ，修正轨道和姿态，调整分系统和有 效载荷的运行参数，甚至切换备份或 部件。 遥控指令动作的结果，再通过遥测信 道传到地面站进行回报证实。 遥测和遥控两种技术综合起来构成一 种保证航天器正常运行，增加可靠性 ，延长寿命的重要闭环手段。
PCM-BPSK（副载波） PCM-CDMA-BPSK PCM-CDMA-BPSK-FH ----------4kbps/8kbps 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --2048bps/32768bps 直接序列扩频 10Mchip/s GOLD码 1023 R-S+卷积 1712 bps

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（4）测控分系统方案要求和类型
１）分系统方案类型
随着航天技术的发展，测控分系统方案不断进步。早 期的航天器遥测、遥控和跟踪都是分散独立体制，到后来， 发展到统一微波体制。 a）. 分散体制——即遥测、遥控和跟踪是各自独立 的系统。即除去视频部分外，遥测有自己的发射机和天线， 遥控有自己的接收机和天线，跟踪有自己的应答机和天线； b）. 统一微波体制——即遥测与跟踪共用一个发射 机，遥控与跟踪共用一个接收机，遥测和遥控信号以及跟 踪测距音都调制在统一的载波上。这样，遥测和遥控就保 留视频部分，从而，简化了设备，减少了体积、功耗与质 量，节省了频率资源，避免了电磁干扰。
跟踪技术
跟踪：利用航天器发出到达地球的载波，跟踪站检测出电磁波来 波取向和地面站天线主波束指向角的偏差，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。 测速：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：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。

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距离和距离变化率测量系统：距离和距离变化率测量系统 也称为连续波雷达系统，它主要用于航天器的轨道测定。由 航天器应答机和地面的连续波雷达组成。利用航天器上的应 答机，地面有多个彼此独立的雷达测量站，测量各个站到航 天器的距离和距离变化率，作为确定航天器的空间位置和速 度的测量元素 。测量站为中心，以测得的距离为半径形成多 个球面，这些球面相交于一点，这个交点的空间位置就是航 天器的瞬时位置，用矢量合成方法处理所得的相对各站的变 化率，就是航天器在这个位置上的瞬时速度
数据率大于1Gb/s， 采用光频段
测控体制
技术指标 上行带宽 上行调制方式 上行扩频方式 上行扩频码速率 上行扩频码类型 上行扩频码码长 上行信道编码 上行遥控速率 上行遥控门限 下行带宽 下行调制方式 下行扩频方式 下行扩频码速率 下行扩频码类型 下行扩频码码长 下行信道编码 下行遥测速率 天线方式 ±1MHz USB（五院） ±1MHz 非相干扩频 ± 11MHz 扩跳频 ±50MHz 测控数传一体化 ± 11MHz 上下行数传（中科院） ±2MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps PCM-BPSK（副载波） PCM-CDMA-BPSK PCM-CDMA-BPSK-FH PCM-CDMA-BPSK ----------8000bps 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --4000bps -112dBm ± 11MHz 直接序列扩频 10Mchip/s GOLD码 1023 BCH 88bps -112dBm ±50MHz 直接序列扩频 10.23Mchip/s GOLD码 1023 --4000bps -112dBm ± 11MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps ±2MHz PCM-BPSK --------Trubo 256kbps/1Mbps
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２）对分系统的要求
除去前述一般总体要求外，对测控和数据管理分系统的主要要求：
*轨道高度（低、中、高地球轨道，月球轨道，深空探测轨道）， 影响通信链路设计； *是否传输对地观测航天器有效载荷的数据，影响传输数据 速率（遥测只需40～10000bps，遥控只需8～2000bps，图像传 输需100k～1Gbps）； *是否通过中继卫星传输数据（数据速率大约150～ 300Mbps）； *星上存储与处理要求； *上下行射频频段（Ｃ、Ｓ、Ku频段）； *调制和编码方案； *误码率（上行可10-5 、下行可10-4） *天线要求（方向图、增益、极化、旁瓣）； *遥测参数和遥控指令数量； *抗干扰和加密要求等。 29
第五讲 卫星测控分系统设计
上海微小卫星工程中心—林宝军 2014年3月4日
1、中继星死角的问题 2、思考：
结合自己的研究方向，选择和卫星相 关的课题调研或设计，写一篇小论文，作为 课程的期末考试成绩
XXX发展综述 XXX仿真研究 XXX设计与实现 3、联系方式：13910519791
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测控任务
1 任务
测控技术发展的四个阶段
测控设备独立发展时期：跟踪设备、遥测设备、遥控设备、电 视和语音设备独立发展，各有自己的载频、天线和收发设备。 1965年前基本上处于这种状态，设备庞大、众多，操作复杂。 2. 统一载波时期：从1965年后逐步形成了跟踪、遥测、遥控和语 音的传输共用一个载频，构成了S波段统一载波测控系统(USB) ，达到了简化天-地设备的效果。 3. 1980年前后，TT＆C和宽带、高速数据通信系统合并成C&T(通 信与跟踪)系统。 4. 由陆(海)基的测控与通信网转向建立天基测控与通信网： 采 用陆(海)基的测控与通信网，需要在全球范围内建站才能满足 载人航天任务的覆盖要求；而天基测控与通信网主要通过跟踪 与数据中继卫星系统(TDRSS)，在地面上布一个站就能完成覆 盖全轨道飞行任务。 1.
航空航天分界线，一般以距离地 面100km为界 广义的测控系统是航天技术的大 系统之一，包括航天器本体中的 测控通信系统和地面通讯设备（ 运载与航天器测控网）。
任务： 建立卫星与地面之间的 无线传输通道。 天地通讯 轨道测量
1 几个概念
跟踪测轨：地面站跟踪卫星并测出其飞行轨道 遥测：采集或获取卫星工况或工程参数，并通过无线信道传 输到地面，以便地面及时了解卫星的工作状况 遥控：将地面的控制信息或数据通过无线信道发送给卫星， 以实现地面对卫星的控制 上行：遥控指令+数据注入 下行：遥测（工况信息）、数传（载荷或科学数据） 测控（TT&C, Tracking, Telemetry and Command）包括三 部分：跟踪、遥测和命令。 数传、测控的区别 地面测控站、船，飞行控制中心（北京、西安 ）
S上行 Ka上行 L上行
C上行
测控地面站
Ka地面站
运控地面站
遥控采用PCM帧+SPP空间包的协议 路由和加解密在SPP空间包上实现 S上行和L上行互备，Ka上行备份S上行和L上行
类型和要求
脉冲测量系统 脉冲测量系统的工作原理是通过测量脉冲电磁波（无线电 波）在空间传播的往返的时间间隔为基础的定位测量系统。 航天器采用脉冲测量系统，主要是以应答式的工作方式。地 面的脉冲测量雷达系统接收航天器上的应答机转发的信号， 这种方式转发信号强，雷达作用距离远，抗干扰能力强，是 航天器的一种实时跟踪测量的手段。它通常由航天器上的单 脉冲雷达应答机、引导信标机和地面脉冲测量雷达组成。
测控系统组成
1 组成
遥控天线1 合 遥控天 线2 成 器 输 入 多 工 器 扩频应答 机A 扩频应答 机B USB应答机
遥测天线1 功 分 器 输 出 多 工 器 测控固放1 测控固放2 测控固放3
分路器 遥测天线2 负载 测控 开关
6）遥测和遥Biblioteka 原理方框图14测控特性
卫星测控特点
多路传输 精确性和 可靠性
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测控频段
波段
短波 超短波 高频HF 甚高频VHF 特高频UHF L波段 微 S C X 波 Ku K Ka 毫米波
频率
3～30MHz 30～300MHz 300～1000MHz 1～2GHz 2～4GHz 4～8GHz 8～12GHz 12～18GHz 18～27GHz 27～40GHz 40～300GHz