自動化期刊

[拼音]：hangtian cekong xitong

[英文]：space tracking，telemetering and command system

對執行中的航天器（運載火箭、人造地球衛星、宇宙飛船和其他空間飛行器）進行跟蹤、測量和控制的大型電子系統。

發展概況

第二次世界大戰以後不久，在火箭試驗中就已採用某些光學和電子測量系統，例如光學跟蹤經緯儀和多普勒測速儀。但是作為完整的航天測控系統，則是在人造地球衛星出現之後才逐步形成的。最早的較為完整的航天測控系統是美國航空航天局(NASA)於1961年發射“水星”號載人飛船時使用的全球跟蹤網。這個系統在全球布有16個跟蹤站，其中14個站有雷達測量系統，15個站有遙測接收系統，6個站有遙控系統，14個站有對飛船的通訊系統。每個站均有自己的時間統一系統，全系統的時間則經與天文時間發播臺的時號相比對而統一起來。測控中心設在戈達德航天中心，配有2臺IBM-7090計算機作為實時計算、決策和控制之用。全系統靠全球性的通訊網來相互連線，但其中相當一部分線路是租用的。隨後，“阿波羅”號登月飛船、同步通訊衛星、同步氣象衛星和太空梭相繼發射，測控系統更趨完善，特別是實時控制方面的功能和自動化程度均有很大的提高。除了對近地衛星和飛船的測控系統外，還建立了對行星際探測的深空測控網。

中國航天測控系統也是在航天事業的發展中逐步臻於完善的。在大陸上已經建立了多個測控站和一個測控通訊中心。為了擴充套件觀測範圍，還建造了海上測量船，以便駛往遠洋對航天器進行跟蹤觀測。在整個測控系統中使用了多臺計算機，並有貫通各個測控站、測量船和測控中心的通訊網路。

系統組成

航天測控系統包括以下各種系統。前 3個系統，由地面的和裝在航天器上的兩部分電子裝置組成。

（1）跟蹤測量系統：跟蹤航天器，測定其彈道或軌道。

（2）遙測系統：測量和傳送航天器內部的工程引數和用敏感器測得的空間物理引數。

（3）遙控系統：通過無線電對航天器的姿態、軌道和其他狀態進行控制。

（4）計算系統：用於彈道、軌道和姿態的確定和實時控制中的計算。

（5）時間統一系統：為整個測控系統提供標準時刻和時標。

（6）顯示記錄系統：顯示航天器遙測、彈道、軌道和其他引數及其變化情況，必要時予以列印記錄。

（7）通訊、資料傳輸系統：作為各種電子裝置和通訊網路的中間裝置，溝通各個系統之間的資訊，以實現指揮排程。

各種地面系統分別安裝在適當地理位置的若干測控站（包括必要的測量船和測控飛機）和一個測控中心內，通過通訊網路相互聯接而構成整體的航天測控系統（見圖），或稱航天測控網。

總體設計

航天測控系統總體設計屬於電子系統工程問題。對整個系統來說，首先考慮的是航天任務的要求，可以針對某一個任務，也可以兼顧多個任務，從較長遠的發展要求來設計。航天測控系統的中心問題是從地面和航天器整體出發，實現資訊獲取，即將航天器的飛行和工作資料發回地面，並用計算機進行計算、決策和實時反饋來控制航天器飛行的軌道和姿態。因此，在總體設計中必須解決的問題有：

（1）全系統所要具備的功能和實現這些功能的手段；

（2）測控站佈局的合理性；

（3）控制的適時性和靈活性；

（4）各種裝置的效能、速度和精度；

（5）長期工作的可靠性；

（6）最低的投資和最短的建成時間。

跟蹤測量、遙測和遙控系統是整個測控系統的基本部分。電子測控系統的優點是可以對航天器全天候跟蹤，而且有較好的靈活性和足夠的精度。從系統工程的角度來看，對航天器跟蹤測量所得的資料，經過計算，可給出彈道、軌道或位置的資訊；而遙測所提供的資料，經過處理、分析可給出航天器的狀態資訊；它們都是系統中反饋迴路的重要資訊源。遙控則是控制系統中的執行機構。

電子測量和控制系統的地面部分，必須與裝在航天器上的電子裝置相配合才能完成測控任務。對於測量，航天器上必須有相應的信標機或應答機，它們發回地面跟蹤和測速用的射頻訊號，應答機還發回測距資訊。對於遙測，航天器上必須有檢測各種引數的感測器和傳送這些引數的射頻發射機。對於遙控，航天器上必須有指令接收機。因此，航天器上的和地面的兩部分電子裝置在設計時應該結合起來統一考慮。

為了提高測量的精確性和擴大資訊的傳輸量，測控裝置所用的無線電頻率大部分已經提高到微波波段。為了減少航天器上電子裝置的重量、體積，特別是要減少天線的數目，將各種測控功能適當地綜合在一個統一的射頻載波上是一個重要的發展。這種系統稱為微波統一測控系統。中國研製的微波統一測控系統，靈活多用，可進行單站或多站測量。

計算系統是整個測控系統的核心。各個測控站和各個裝置都可用自己的計算機來處理本站和本機的資料，但大資料量的計算以及根據計算結果進行分析和做出控制決策等，一般都要集中到測控中心來做。因此，在測控中心應裝有容量大、速度高的計算機，並能雙工工作以保證可靠性。在主機前端則可採用較小的計算機來進行資料的編輯、選擇和預處理。主機的計算結果，一方面輸入顯示系統加以顯示，以便指揮控制人員命a href='http://www.baiven.com/baike/221/243625.html' target='_blank' >芫荽俗鞽鼉霾擼渙硪環矯嬉部梢雜杉撲慊諶說募嗍酉陸凶遠治觥⒕霾擼苯友≡窨刂撇問ü？匭諾婪⒊鮒噶睢Ｕ廡┘撲恪⒎治觥⑷?機對話和決策，都須依靠計算機軟體系統來實現。因此，編制適當的軟體，經過演練確認其正確性，定型後並在實際中使用，是測控系統在航天器發射和管理中的一項十分重要的工作。

航天電子測控系統的新發展

從地面上對航天器跟蹤測量和控制，往往需要在很大範圍內佈置相當數目的測控站，疆域較小的國家不具備這種條件。為了解決這一困難，國際間的協作十分必要，為此需要使各國測控系統的頻率和體制統一起來。70年代初期，美國發射“阿波羅”號登月載人飛船時，開始應用S波段(2吉赫頻段)統一系統並經實踐證明了這種系統的優越性。現在美國的地面測控網已逐步改建，採用S波段統一系統作為主要的測控手段。西歐和日本也採用了頻段相同而體制類似的系統，並且已應用到不同型別的衛星和航天器上。各國的測控頻率和體制的統一，有利於互相利用。這是航天測控系統的發展趨勢。

對於較低軌道的衛星或其他航天器來說，一個地面測控站的跟蹤範圍畢竟有限，而設定測控站的數目又受到種種限制，不能無限增加。為了擴大跟蹤範圍，將測控站搬到同步定點衛星上，從35800公里的高空來觀測低軌道衛星是解決這一困難的一個辦法。1983年5月美國利用航天飛機發射的一顆跟蹤與資料中繼衛星(TDRS)是實現這個設想的第一步。兩顆定點在赤道上空，經度相隔約 140°的跟蹤與資料中繼衛星和一個相應的地面控制接收站組成跟蹤與資料中繼衛星系統 (TDRSS)。這種系統將能對多顆低軌衛星進行全球性不間斷的跟蹤、測控和資料中繼。從測控的角度來看，系統的工作原理和微波統一測控系統類似。測控點站仍設在地面（但減少到一個），而兩顆跟蹤與資料中繼衛星實際上是起了將測控訊號轉接和擴大到全球範圍的作用。

隨著應用衛星的發展，特別是導航衛星、高解析度遙感衛星、載人飛船的會合和對接、太空梭以及行星際和更遠距離的航行，對航天測控系統提出了更高的要求：

（1）提高衛星測軌、定位和姿態測定的精度；

（2）提高衛星或飛船機動控制的實時性和精確性；

（3）特遠距離時的跟蹤測量和高速資料傳輸。

更精密的光學和電子測控系統，更大容量和更高運算速率的計算機，更高精確度的時間標準和更高效率的通訊體制等，都是為解決上述問題需要研究的課題。