航天测控通信数传系统概述

第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。

测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。

❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。

❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。

❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。

❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。

❖测控一体化：测量、控制、管理。

二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。

以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。

2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。

3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。

航天器测控地面站中的实时数据传输与处理技术随着航天事业的发展和技术的进步，航天器测控地面站在航天任务的成功与失败中扮演着重要的角色。

实时数据传输与处理技术是航天器测控地面站中至关重要的一环，它直接决定了地面站对航天器状态的监测、指导和控制的效果。

本文将就航天器测控地面站中实时数据传输与处理技术的重要性、现行技术的应用与问题以及未来发展方向进行探讨。

在航天器测控地面站中，实时数据传输与处理技术的作用不可忽视。

航天器在轨运行时，需要实时、准确地向地面站传递各种监测数据，如姿态数据、遥测数据、图像数据等。

只有实时获取到这些数据，地面站才能及时反馈给航天器相关的监控指令，实现对航天器的及时控制与调整。

而这些数据的传输与处理则需要借助先进的技术手段，确保数据的及时性、准确性和安全性。

因此，实时数据传输与处理技术成为地面站中最为关键的环节之一。

目前，航天器测控地面站中实时数据传输与处理技术主要应用了以下几种方法。

首先是利用高速互联网传输技术，通过地面到空间的卫星通信链路，实现远程数据传输。

这种方式能够在广域范围内传输大量数据, 数据传输速度快，但也受到卫星通信链路的限制，一旦链路中断，数据传输将停止。

其次是利用局域网传输技术，通过局域网内部的高速数据传输设备，实现数据在地面站内部的快速传输。

这种方式能够满足地面站内部各个模块之间的数据传输需求，但无法实现跨地区的数据传输。

另外，还有基于存储介质传输的方法，即将数据存储在物理介质中，通过快速传输设备将存储介质传输到指定地点进行数据处理。

这种方式具有一定的灵活性，但数据传输速度较慢。

以上方法在实际应用中都发挥了重要的作用，但也都存在一些问题。

当前在航天器测控地面站中存在着一些现行技术的问题。

首先是数据传输速度不足。

由于航天器在轨运行时的监测数据量很大，而传统的数据传输方法无法满足实时传输的需求，导致数据传输速度不够快。

其次是数据安全性隐患。

航天器测控地面站中的数据传输往往涉及到一些敏感信息，如航天器的轨道参数、工作状态等。

㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀１６６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３１卷㊀第６期㊀２０２２年１２月我国载人航天器测控与通信技术发展陈晓光㊀易予生㊀丁凯(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀１０００９４)摘㊀要㊀梳理了我国神舟载人飞船㊁天舟货运飞船和空间站的测控与通信技术设计状态和发展历程,提出了我国载人航天器测控与通信系统逐步小型化㊁集成化㊁通用化㊁高性能的发展趋势.结合未来载人航天新阶段测控与通信技术的需求,给出了未来载人航天器测控与通信可重构㊁智能化㊁批产化㊁一体化发展的重点方向和关键技术.关键词㊀载人航天器;空间站;地基测控;天基测控;出舱通信中图分类号:V ４４８㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ０２０D e v e l o p m e n t o fT T &CC o m m u n i c a t i o n sT e c h n o l o g yf o rC h i n aM a n n e dS pa c e c r a f t C H E N X i a o g u a n g ㊀Y IY u s h e n g㊀D I N G K a i (B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a )A b s t r a c t :T h e d e s i g n s t a t u s a n dd e v e l o p m e n t o fC h i n a sS h e n z h o um a n n e ds pa c e c r a f t ,T i a n z h o u c a r g o s p a c e c r a f t a n ds p a c es t a t i o n T T&C (t e l e m e t r y ,t r a c k i n g an dc o mm a n d )c o mm u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y a r es u r v e y e d ．T h ed e v e l o p m e n t t r e n do fm a n n e ds pa c e c r a f tT T&Cc o mm u n i c a t i o n s s y s t e m ,w h i c hi s g r a d u a l l y m i n i a t u r i z e d ,i n t e g r a t e d ,u n i v e r s a la n dh i g h Ｇp e r f o r m a n c ei si n t r o Ｇd u c e d ．C o mb i n e dw i t h t h e r e q u i r e m e n t s o fT T &Cc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y i n t h e n e ws t a ge of f u Ｇt u r em a n n e d s p a c e ,t h e k e y d i r e c t i o n s a n d t e c h n o l og i e s f o r th e r e c o n fi g u r a b l e ,i n t e l l i g e n t ,b a t c h p r o d u c Ｇt i o n a n d i n t e g r a t e d d e v e l o p m e n t o f f u t u r em a n n e d s pa c e c r a f tT T &Cc o m m u n i c a t i o n a r e g i v e n ．K e y w o r d s :m a n n e ds p a c e c r a f t ;s p a c es t a t i o n ;g r o u n d Ｇb a s e d T T&C ;s p ac e Ｇb a s ed T T&C ;E V A c o mm u n i c a t i o n s收稿日期:２０２２Ｇ１０Ｇ０８;修回日期:２０２２Ｇ１２Ｇ１０基金项目:中国载人航天工程作者简介:陈晓光,男,硕士,研究员,研究方向为载人航天器系统设计和测控通信.E m a i l :s u n r i s e ７７＠s i n a ．c o m .㊀㊀载人航天器测控与通信技术包括测控技术及数据传输技术两部分.载人航天器入轨后,由器上测控与通信分系统和地面站系统㊁中继卫星系统一起,共同建立器地无线测控㊁测量及对地数据传输㊁中继数据传输通信链路,完成对载人航天器状态采集㊁轨道测量㊁运行控制㊁载荷数据下传地面等功能.载人航天器测控与通信系统是航天器在轨与地面沟通和数据传输通信的重要生命线,为载人航天器在轨正常工作提供各项信道保障条件[１Ｇ２].㊀㊀近年来,随着微电子㊁软件无线电等技术的发展,涌现了大量应用于测控与通信领域的新技术㊁新产品㊁新思路,呈现出一些新变化㊁新趋势[３Ｇ５].本文在梳理和总结我国载人飞船㊁货运飞船㊁空间站测控与通信技术发展现状的基础上,结合测控与通信技术的发展历程,总结提炼了载人航天器测控㊁导航㊁数传㊁星间等方面的发展趋势.最后,归纳并给出了未来载人航天器对测控与通信技术的需求,以及测控与通信技术未来发展的重点方向和关键技术.１㊀测控与通信技术发展现状载人航天测控与通信的主要任务是在天基中继卫星㊁导航星座㊁陆基测控站和海基测控船支持下,完成载人航天器(载人飞船㊁货运飞船㊁空间站)的跟踪测轨㊁遥测遥控㊁中继通信㊁高速数传㊁图像通信㊁话音通信㊁交会对接通信㊁出舱活动通信等功能,见图１.图１㊀载人航天器测控与通信系统F i g １㊀M a n n e d s p a c e c r a f tT T&Cc o mm u n i c a t i o n s s ys t e m ㊀㊀由图１可知:通过对地测控与通信链路,实现天地遥测㊁遥控㊁话音数据的上下行传输;通过中继链路,实现天基遥测和指令数据㊁图像㊁话音㊁试验数据㊁延时数据㊁平台状态信息的传输;通过我国北７６１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展斗(B D)星座,实现定位和测速;通过遥控指令系统,完成整器指令分发与执行;通过空空通信链路,实现目标飞行器㊁追踪飞行器之间的指令㊁遥测㊁定位数据及遥操作图像数据的传输;通过出舱通信链路及舱内外无线通信链路,实现航天员与空间站之间的话音及遥测数据传输.１ １㊀地基测控系统载人航天器地基测控系统主要采用统一S频段测控体制.如图２所示,统一S频段测控集跟踪㊁测距㊁测速㊁遥测㊁遥控等功能于一体,设备简单,可靠性高,测量精度适中,已在我国载人航天器中得到广泛应用.(１)载波调制体制.统一S频段测控采用频分复用调制体制,每个基带信号先调制到自身的副载波上,几个已调副载波合并之后,再对主载波进行角度调制.一般来说,地(海)面站上/下行载波都采用调相体制(P M/P M),航天器上的测控与通信设备采用相参工作体制;或者,地面站采用上行载波调频,下行载波调相体制(F M/P M),航天器上的测控与通信设备采用非相参体制.(２)测距㊁测速体制.纯侧音测距体制或伪随机码(P N码)测距体制,或音码混合体制.采用侧音测距时,最高侧音用来保精度,低侧音用来解距离模糊.测速采用连续播双程相干多普勒测速技术,载波同步后从载波或伪码中提取出多普勒频移进行测速.(３)遥控遥测体制.对上行遥控副载波进行脉冲编码(P C M)/相移键控(P S K)调制,或P C M/多频移键控(M F S K)调制,或P C M/幅移键控(A S K)调制等.编码遥测采用对下行遥测副载波进行P C M/ P S K调制,或P C M/差分相移键控(D P S K)调制.话音㊁数据㊁图像对通信副载波进行P S K或D P S K 调制.图２㊀载人航天器统一S频段测控系统F i g ２㊀U S BT T&Cs y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t１ ２㊀天基测控系统中继卫星系统作为天基测控通信网,能够有效扩大中㊁低轨道飞行器测控㊁通信覆盖范围;中继终端设备利用我国第２代数据中继卫星系统支持,完成天地双向高速数据传输[６].中继天线终端主要实现功能包括:捕获并跟踪中继卫星信标信号;在中继卫星的可视弧段通过中继信道向地面传输数据;在中继卫星的可视弧段通过中继信道接收地面上行数据;完成规定的前向和返向信道数据处理;进行伪码测距[７Ｇ８].天链中继卫星系统利用地球同步轨道上的２~３颗中继卫星实现对载人航天器的跟踪㊁测控㊁通信甚至导航[９],如图３所示.体制上采用扩频测控体制,同时还有高数据率数传体制.采用P C M㊁偏移四相相移键控(O Q P S K)及P C M㊁码分多址(C D M A)㊁二相相移键控(B P S K)数据传输体制,跟踪导航统一采用单通道单脉冲测角㊁伪码测距的单站定轨体制,并利用星本体测控数据提高用户的跟踪导航精度,采用I,Q双通道调制,I路传送短P N码,Q路传送长P N码,短码引导长码捕获来解决无模糊测距和快速捕获问题.８６１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀图３㊀载人航天器天基测控系统F i g ３㊀S p a c eＧb a s e dT T&Cs y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t ㊀㊀２００８年９月,神舟七号载人飞船首次使用天链一号０１星进行天基测控和跟踪,传回的视频图像清晰,话音质量好,数据可靠,成功实现了我国天基信息传输的重大突破;２０１１年１０月,天链一号０１星和０２星形成的双星系统,圆满完成神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器的交会对接任务,极大地扩展了可数传和测控的轨道弧段,并首次实现同一波束内双目标的捕获跟踪和中继数传;２０１２年６月,神舟九号载人飞船发射升空,３名航天员成功完成与天宫一号的自动和手动对接任务,并进驻天宫一号,实现了多项首创.在轨１３天中,大量数据㊁图像㊁音频㊁电邮及神舟Ｇ天宫组合体的测控等信息,通过中继卫星系统高质量地传到地面指控中心,为此次任务的圆满完成提供了有力的保障.１ ３㊀导航定位系统载人航天器目前可同时处理我国B D二代卫星定位系统㊁G P S和格洛纳斯(G L O N A S S)卫星定位系统信号,并使用B D＋G P S㊁G P S＋G L O N A S S进行兼容定位,实现了全部B D和G P S卫星正常跟踪,在进行绝对定位解算前,优先选择B D导航卫星观测量.设备内部对导航处理板进行热备份,B DＧG P S导航板采用B D＋G P S兼容方式,处理B D卫星B１㊁B３频点和G P S卫星L１频点信号;全球导航定位系统(G N S S)导航板采用G P S＋G L O N A S S兼容方式,处理G P S卫星L１和G L O N A S S卫星L１信号.系统框图如图４所示.在交会对接和撤离阶段,追踪飞行器B DＧG P S兼容机通过空空通信设备获取目标飞行器原始测量数据,经过差分解算计算出２个飞行器间的相对位置和相对速度.绝对定位精度(３轴,１σ)不大于１５m,绝对测速精度(３轴,１σ)不大于０ ２５m/s.相对测量模式分为载波固定解㊁双差伪距㊁位置差分３种.图４㊀载人航天器定位系统F i g ４㊀P o s i t i o n i n g s y s t e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t１ ４㊀空空通信系统空空通信子系统实现与来访飞行器间的数据交换,同时满足目标飞行器(天宫一号㊁天宫二号㊁天和核心舱)对追踪飞行器(载人飞船㊁货运飞船㊁光学舱)交会对接通信支持.在交会对接段与来访飞行器的空空通信设备建立双向空空通信链路,并实现手控遥操作任务.空空通信机根据距离远近具备９６１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展大㊁小功率切换功能.空空交会对接模式可分为自动交会对接㊁手动遥操作及径向对接３种工作模式.自动交会对接和径向交会对接模式时,双向数据传输速率较低,空空通信采用扩频方式进行通信,空空通信机a/b采用双机热备份方式工作.手控遥操作通信模式下,双向数据传输速率较高,空空通信采用非扩频方式进行通信,空空通信机a/b采用双机发射冷备份方式工作.１ ５㊀出舱通信系统在神舟七号飞船航天员出舱活动时,出舱通信子系统提供了超高频(UH F)的无线通信功能,实现了无线状态下出舱航天员与舱内航天员㊁出舱航天员与地面的双向通话及生理遥测数据的传输.空间站出舱通信方案在我国载人航天工程二期出舱方案基础上,重点解决了航天员在舱外跨小区切换和功率的远近效应问题.航天员在舱外活动时,通过在舱内配置出舱通信处理器㊁舱外配置的UH F收发天线与出舱航天服通信设备建立无线双向链路,传输数据包括语音㊁遥测信息等,并实现对舱外活动１００％的无线通信覆盖,如图５所示.图５㊀神舟七号和空间站航天员出舱F i g ５㊀A s t r o n a u tE V Ai nS h e n z h o uＧ７a n dC h i n aS p a c eS t a t i o n１ ６㊀图像话音系统我国载人航天工程一期和二期的图像话音设备采用了类似电路交换的设备进行切换,设备种类多,系统复杂,使用不便.鉴于地面因特网通信技术的发展,分组交换技术已经取代电路交换技术,具有切换时间快等很多突出优点,图像话音数据可在因特网上传输㊁处理和交换,再考虑到航天员信息服务㊁显示㊁空间站信息管理等需要,设计了高速通信网,传输图像㊁话音㊁空间站信息㊁航天员办公数据等中高速数据,另外还传输系统网综合数据和舱间通信的数据,以作为系统网的备份.载人空间站舱内㊁外摄像机采用集成化㊁网络化的设计思想,将图像(含伴音)采集㊁压缩编码及网络通信功能集于一身,不需要为摄像机配置专门的图像编码及网络通信接口设备.摄像机内部完成图像模拟信号的模拟/数字(A/D)变换㊁编码压缩,形成数字图像及伴音数据后,通过以太网通信模块的以太网接口直接与通信网交换机连接,实现摄像机的网络接入.载人航天器话音通信采用集中式的话音处理方案,由话音处理器实现所有话音终端的接入㊁管理㊁通信等功能,完成天地会议通话㊁专用通话㊁出舱通信㊁舱内会议等多种模式的话音通信.中继K a频段单址(K S A)信道㊁U S B链路㊁数传链路传输天地话音,互为备份.U S B上㊁下行链路提供２条高级多带激励(AM B E)体制话音通路,包括１路任务话和１路专用话,合计３２k b i t/s.中继链路由于带宽允许,提供３条高级语音编码(A A C)体制的话音,包括１路任务话和２路专用话,合计５７６k b i t/s.２㊀载人航天测控与通信技术发展特点根据载人航天任务需求,载人航天器测控与通信系统的发展分为３个阶段.第一阶段为U S B地基测控;第二阶段为地基测控为主,天基测控为辅;第三阶段为基于天基测控的天地一体化网络通信,地基测控为辅.第一阶段,从神舟一号至神舟五号.从１９９２年载人航天工程立项至神舟五号载人飞船,测控与通信系统仅有地基测控,采用U S B统一测控体制,同时包括天地话音通信㊁图像传输㊁着落信标机等产品,本阶段测控覆盖率仅为１６％.第二阶段,从神舟六号至神舟十一号,以及天宫一号和天宫二号.从神舟六号开始搭载海事终端,神舟七号搭载我国第１套中继终端,首次在国内实现了基于中继卫星系统的天基测控,测控覆盖率在０７１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀神舟七号达到了４４％.随着我国中继卫星系统的建设,在天宫二号时实现了３颗中继卫星的覆盖,测控覆盖率达到了８８％.第三阶段,从天舟一号至空间站建成,包括神舟十二号及后续载人飞船㊁天舟一号至后续货运飞船㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱及后续的光学实验舱.从天舟一号开始,到空间站三舱,以及后续的光学实验舱,测控与通信系统采用天地一体化网络通信,并首次在国内实现了基于I P 网络的天地通信,实现天地话音㊁图像和载荷数据的网络传输,实现空间站三舱㊁天舟货运飞船㊁光学实验舱的在轨组网通信.表１总结了载人航天器测控与通信技术的发展特点.表１㊀载人航天器测控与通信技术的发展特点T a b l e １㊀D e v e l o p m e n t c h a r a c t e r i s t i c s o fm a n n e d s p a c e c r a f t T T &Cc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y功能测控技术技术特点应用航天器地基测控㊀统一载波S 频段,遥控为P C M ＧP S K ＧP M ,遥测为C M ＧD P S K ＧP M ,测距为３~１１０k H z ㊀分立器件㊁直插元件,遥测１６k b i t /s,质量５ １k g㊀神舟一号~神舟八号㊁天宫一号㊁天宫二号㊀集成芯片㊁表贴元件,采用了E S A 标准频率流程,遥测１６~６４k b i t /s 自适应,采用小型化设计,质量２ ５k g㊀神舟九号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱数传㊀S 频段㊀两路７６８k b i t /s 数据分别为图像话音数据的I 支路㊁飞船平台数据的Q 支路㊀神舟一号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号天基测控㊀S 链路㊁K a 链路:由高速通信处理器㊁中继综合单元㊁K a接收组件㊁K a 发射组件及中继天线组成,中继天线共用１套展开及伺服机构㊀S 前向:U Q P S K＋扩频,传输速率２k b i t /s ;S 返向B P S K＋扩频,传输速率２０k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率５０k b i t /s ;K a 返向:S Q P S K ,传输速率１ ６M b i t /s ㊀神舟七号~神舟十四号㊀S 前向:U Q P S K＋扩频,传输速率２k b i t /s ;S 返向:B P S K＋扩频,传输速率２０k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率５M b i t /s ;K a 返向:S Q P S K ,传输速率１４４M b i t /s㊀天舟一号~天舟四号㊀S 前向:U Q P S K＋扩频,传输速率２k b i t /s ;S 返向:B P S K＋扩频,传输速率３２k b i t /s ;K a 前向:S Q P S K ,传输速率１０M b i t /s ;K a 返向:S Q P S K 和８P S K ,传输速率１ ２G b i t /s㊀天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱(使用二代中继卫星)卫星导航系统㊀接收G P S 导航卫星信号㊀G P S :L １频段㊀神舟一号~神舟七号㊀兼容B D ,G P S ,G L O N A S S 导航卫星系统㊀B D :B １,B ３频段;G P S :L １频段;G L O N A S S :L １频段㊀神舟八号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱空空通信系统㊀自动交会对接㊁手控遥操作㊁径向交会对接㊁前向交会对接及转位㊀扩频模式为B P S K 调制,传输速率为２ ８k b i t /s和２８k b i t /s ;非扩频模式为D Q P S K 调制,传输速率为３ ５５６２５M b i t /s 和５ ７２５M b i t /s ㊀神舟八号~神舟十四号㊁天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱出舱通信系统㊀UH F 无线通信:舱通信处理器＋舱内外出舱通信天线㊀UH F 无线通信(点对点通信)㊀神舟七号㊀前返向频分㊁码分体制,采用内㊁外环联合功率控制及R a k e 接收技术㊀天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱图像话音系统㊀M P E G ２/M P E G ４图像压缩算法/H ２６４编码㊀标清图像:M P E G ２图像压缩算法,单幅７６８k b i t /s图像(含伴音);话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊀神舟一号~神舟六号㊀标清图像:M P E G ４图像压缩算法,单幅７６８k b i t /s图像(含伴音)或双幅３８４k b i t /s 图像(含伴音);图像编码器集中处理,统一调度,进行 ６选２ 或 ６选１ 图像切换;话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊁协同话㊀神舟七号~神舟十四号㊀高清图像:采用H ２６４编码;舱内外摄像机采用集成化㊁网络化设计,集成图像采集㊁压缩编码;话音采用集中混音策略,任务话㊁专用话㊁协同话及在轨拨号的I P 电话㊀天舟一号~天舟四号㊁天和核心舱㊁问天实验舱㊁梦天实验舱㊀㊀(１)载人航天测控与通信系统的发展方向具有小型化㊁集成化㊁通用化㊁高性能的特点.(２)导航接收机的从单频到多频,从以G P S 为主份转换为B D 为主份.１７１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展(３)在对地数据传输通信方面,数据传输在数据率㊁传输频段㊁设备集成度等方面均取得了较大的进展.速率由低向高㊁单通道向双通道发展㊁分立单机向集成化发展㊁空间站中继数传达到１ ２G b i t/s.(４)测控与通信系统为增加鲁棒性,普遍采用了自主管理设计,当诊断出信道或基带因空间环境影响出现故障时进行自主复位或断电操作,使系统能够快速㊁自主恢复,减少了地面人为干预,提升了效率.(５)高速测控与通信㊁B D短报文㊁二代测控中继终端㊁在无地面干预自主测控技术,均已在载人航天器中得到应用验证.３㊀载人航天测控与通信技术发展趋势为满足载人航天发展新阶段对测控与通信技术的需求,载人航天测控与通信技术有以下发展趋势.(１)批产化㊁通用化.通过测控通信产品的标准化㊁模块化,以满足测控通信产品状态统一和批产化的需求.在批生产方面,需要由分立单机装配方式向采用先进构架㊁集成统一单板和无缆化装配方式转换,如采用统一功能板,通过配备不同软件来实现各种功能[１０].(２)测控管理自主化㊁高效化.通过无依托自主测控㊁星间数据交互等有效测控手段,满足大规模多航天器的高效测控管理需求.(３)数字化㊁小型化.采用先进的数字技术降低成本,用软件技术实现相关功能,借用先进的工业技术成果,使设备集成度更高㊁性价比更高㊁成本更低.(４)通过推动以激光㊁K a频段高速数据传输为代表的先进技术应用,满足提升通信性能的需求.４㊀发展建议在载人航天测控与通信技术发展趋势牵引下,后续重点研究的几项测控与通信领域关键技术如下.(１)应答机抗干扰抗截获技术.充分利用在研载人航天器,推进扩跳频应答机在轨验证,建立型谱.开展宽带扩跳频技术研究,提升抗干扰性能.(２)导航接收机抗干扰技术.开展高精度抗干扰㊁干扰检测等技术攻关.(３)多模通用化测控终端设计技术.开展 技术状态系列化,硬件平台通用化,特殊模块组合化 先进硬件技术研究工作,应用软件无线电技术,形成多功能㊁多体制㊁通用化的多模测控终端工程化产品.(４)一体化通信架构技术.开展先进通信系统架构研究,基于标准化㊁通用化通信接口及平台处理模块,实现具有可重构㊁智能化能力的批产化一体通信产品.(５)新体制高速数传技术.针对Q/K a频段开展１６A P S K/３２A P S K高阶调制技术研究,实现自适应编码调制(AM C)技术,完成在轨载人航天器与地面数据传输平均速率最大化.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]张越,洪家财．G N S S星间测控技术发展现状与趋势[J]．电子测量技术,２０１８,４１(２３):１１７Ｇ１２２Z h a n g Y u e,H o n g J i a c a i．D e v e l o p m e n t t r e n d so fG N S S i n t e rＧs a t e l l i t e st e c h n o l o g i e s[J]．E l e c t r o n i c M e a s u r eＧm e n tT e c h n o l o g y,２０１８,４１(２３):１１７Ｇ１２２(i nC h i n e s e) [２]单长胜,李于衡,孙海忠．中继卫星支持海量航天器在轨测控技术[J]．中国空间科学技术,２０１７,３７(１):８９Ｇ９６S h a nC h a n g s h e n g,L i Y u h e n g,S u nH a i z h o n g．T r a c k i n g a n dd a t a r e l a y s a t e l l i t e s y s t e mf o r h u g e n u m b e r s a t e l l i t e c o n t r o l[J]．C h i n e s e S p a c e S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,２０１７,３７(１):８９Ｇ９６(i nC h i n e s e)[３]闫林林．卫星测控数传一体化的设计与实现[D]．南京:南京理工大学,２０１８Y a nL i n l i n．D e s i g na n dr e a l i z a t i o nt h eT T&Ca n dd a t a t r a n s m i s s i o n i n t e g r a t e ds y s t e mo f s a t e l l i t e s[D]．N a n j i n g: N a n j i n g I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y,２０１８(i nC h i n e s e) [４]罗大成,刘岩,刘延飞,等．星间链路技术的研究现状与发展趋势[J]．电讯技术,２０１４,５４(７):１０１６Ｇ１０２４L u o D a c h e n g,L i u Y a n,L i u Y a n f e i,e ta l．P r e s e n t s t a t u s a n dd e v e l o p m e n t t r e n d s o f i n t e rＧs a t e l l i t e l i n k[J]．T e l e c o mm u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g,２０１４,５４(７):１０１６Ｇ１０２４(i nC h i n e s e)[５]C l a r k GJ,E d d y W,J o h n s o nS K,e ta l．A r c h i t e c t u r e f o rc o g n i t i v en e t w o r k i n g w i t h i n N A S A sf u t u r es p a c e c o mm u n i c a t i o n s i n f r a s t r u c t u r e[C]//P r o c e e d i n g so f t h e ３４t hA I A AI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nS p a c eO p e r a t i o n s．W a s h i n g t o nD．C．:A I A A,２０１６:１Ｇ１０[６]李佩珊．一体化测控通信传输体制研究[D]．成都:电子科技大学,２０１６L i P e i s h a n．R e s e a r c ho nt h e i n t e g r a t e dT T&Ca n dc oＧmm u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o ns y s t e m[D]．C h e n g d u:U n iＧv e r s i t y o fE l e c t r o n i cS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y o fC h i n a,２０１６(i nC h i n e s e)[７]I s r a e lDJ,H e c k l e rG W,M e n r a dRJ,e t a l．E n a b l i n g c o mm u n i c a t i o na n d n a v i g a t i o nt e c h n o l o g i e sf o rf u t u r e２７１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀n e a r e a r t hs c i e n c em i s s i o n s[C]//P r o c e e d i n g so f I n t e rＧn a t i o n a lC o n f e r e n c eo nS p a c e O p e r a t i o n s,２０１６．W a s hＧi n g t o nD．C．:A I A A,２０１６:１Ｇ９[８]雷厉．航天测控通信技术发展态势与展望[J]．电讯技术,２０１７,５７(１２):１４６４Ｇ１４７０L e i L i．D e v e l o p m e n t s t a t u sa n dt r e n d so f s p a c eT T&C a n d c o mm u n i c a t i o n t e c h n o l o g y[J]．T e l e c o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,２０１７,５７(１２):１４６４Ｇ１４７０(i nC h i n e s e) [９]蒋罗婷．国外小卫星测控通信网发展现状和趋势[J]．电讯技术,２０１７,５７(１１):１３４１Ｇ１３４８J i a n g L u o t i n g．D e v e l o p m e n t a n d t r e n d s o f f o r e i g n T T&Ca n d c o mm u n i c a t i o nn e t w o r k s f o r s m a l l s a t e l l i t e s [J]．T e l e c o mm u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,２０１７,５７(１１):１３４１Ｇ１３４８(i nC h i n e s e)[１０]饶启龙．航天测控技术及其发展发向[J]．信息通信技术,２０１１,５(３):７７Ｇ８３R a oQ i l o n g．S u r v e y o nd e e p s p a c eT T&Ca n d c o mm uＧn i c a t i o n t e c h n o l o g y[J]．I n f o r m a t i o na n dC o mm u n i c aＧt i o n sT e c h n o l o g i e s,２０１１,５(３):７７Ｇ８３(i nC h i n e s e)(编辑:夏光)３７１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晓光等:我国载人航天器测控与通信技术发展。

测控系统介绍测控系统是指一种利用各种传感器、仪器和控制装置进行实时监测、测量、控制和管理的系统。

它可以应用于各种领域，如工业生产、实验室研究、环境监测等。

测控系统不仅可以提供数据采集和实时监控功能，还可以实现自动化控制和远程管理，为生产和研究提供了更高的效率和便利。

测控系统的组成测控系统一般由传感器、信号传输、数据处理和控制装置等组成。

1. 传感器传感器是测控系统中的关键组件之一，其作用是将被测量转化为电信号，并将其送入测量仪器或控制器。

传感器的选择应根据被测量的属性和环境条件来确定，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。

2. 信号传输信号传输是指将传感器采集的电信号传输到数据处理单元或控制装置的过程。

根据传输距离和传输速率的不同，信号传输可以采用有线传输或无线传输方式。

有线传输包括常见的串口、以太网和CAN总线等，无线传输包括蓝牙、Wi-Fi和LoRa等。

3. 数据处理数据处理是测控系统中的核心环节，它负责对采集到的信号进行数字化、滤波、放大等处理，以得到准确的测量结果。

数据处理还可以包括数据压缩、数据存储和数据分析等功能，并通过人机界面展示给用户。

4. 控制装置控制装置是测控系统的控制中心，它接收数据处理单元处理后的信号，并根据一定的算法和逻辑进行控制操作。

控制装置可以是嵌入式控制器、PLC、工控机等，根据具体的应用场景和要求来选择。

测控系统的应用测控系统广泛应用于各个领域，如工业生产、实验室研究、环境监测、医疗设备等。

1. 工业生产在工业生产中，测控系统可以用于生产过程的监测和控制。

通过实时采集机器的参数，如温度、压力、流量等，可以实现对生产过程的精确控制和故障检测。

测控系统还可以实现生产数据的记录和分析，为生产过程的改进提供可靠数据支持。

2. 实验室研究在科学研究和实验室环境中，测控系统可以帮助研究人员采集实验数据并对其进行分析。

通过测量和控制实验条件，可以提高实验的准确性和可重复性。

航天测控通信原理及应用航天测控通信原理及应用随着现代科技的不断发展，航天技术也得到了迅速的发展。

而航天测控通信就是航天技术中不可缺少的一部分。

下面将从原理和应用两个方面介绍航天测控通信。

一、原理1.航天测控的基本原理：航天器在太空中运行时，通过地面站向航天器发送指令，收集空间信息，控制航天器，保证其安全降落。

这就需要航天测控系统。

2.航天测控通信的原理：在航天测控过程中，必须采用通信方式完成地面站和卫星之间的数据传输。

这就是航天测控通信。

通信利用无线电波传播。

一般采用发射功率较小的卫星遥测遥控技术，通过地面站向卫星发出指令，并从卫星收到数据，完成数据传输。

3.航天测控通信系统的构成：航天测控通信系统由地面站和卫星两部分组成。

地面站主要包括天线、收发设备、终端设备、数据处理设备等。

其中最主要的装备为卫星接收机和卫星发射机。

卫星上装配有天线控制装置（ACU）、卫星通信模块、遥控遥测模块等电子设备。

二、应用1.卫星通信：在航天测控中，卫星通信是必不可少的一部分。

利用航天测控技术的无线电波传导特点，将指令传输到卫星，使卫星按指令完成任务。

2.星载测控：随着卫星的发展，测控技术也不断进步。

星载测控技术就是指在卫星上安装测控设备，实现卫星测控的一种技术。

3.深空测控：深空测控是指对行星、卫星、彗星等天体进行跟踪观测，并根据观测结果进行数据分析和处理。

4.测量和确定地球重力场：航天测控通信技术也可以用于测量和确定地球的重力场，帮助科学家更好地研究地球的内部结构和演化历史。

综上所述，航天测控通信是航天技术中不可缺少的一部分，它为航天器的安全运行提供了难以替代的保障。

同时，在工况监测、环境监测、人类生活等多个领域也有广泛应用。

随着信息技术的不断进步，航天测控通信技术也将不断完善和发展。

航空航天工程师的航空器通信和导航系统设计原理航空航天工程师在航空器通信和导航系统设计方面发挥着重要的作用。

本文将介绍航空器通信和导航系统设计原理，并探讨其在航空航天领域的重要性。

一、航空器通信系统设计航空器通信系统是为了在飞行中实现航空器与地面通信以及航空器之间的通信而设计的。

它包括无线电通信和数据链通信两个主要部分。

1.无线电通信无线电通信是航空器与地面的主要通信方式之一。

其原理是利用无线电波进行信号传输。

航空器通过无线电台与地面控制站进行通信，实现航空器与地面的信息传输和交流。

在设计航空器的无线电通信系统时，需要考虑频率使用、信号传输强度、信道选择等因素。

2.数据链通信数据链通信是指通过数据链路实现航空器之间相互通信的方式。

数据链通信采用数字化的方式传输信号，相比于无线电通信具有更高的带宽和更稳定的传输性能。

在设计航空器的数据链通信系统时，需要考虑数据格式、传输速率、加密技术等因素。

二、航空器导航系统设计航空器导航系统是为了确定航空器在空中准确定位、确定航向和确定位置而设计的。

它包括惯导系统、GPS定位系统和地面导航系统等。

1.惯性导航系统惯性导航系统是利用航空器内部的陀螺仪和加速度计等设备，通过对航空器的运动状态进行测量和分析，实现航空器的准确定位和航向确定。

惯导系统具有较高的精度和可靠性，但随着时间的推移会出现累积误差。

2.GPS定位系统GPS定位系统是通过接收地面卫星发射的GPS信号，利用三角测量和时差测量等原理来确定航空器的位置和速度。

GPS定位系统具有全球覆盖、高精度和高可用性的特点，成为航空器导航系统中重要的一部分。

3.地面导航系统地面导航系统主要包括航空器地面雷达和无线电导航设备等。

航空器地面雷达通过接收航空器发送的信号，确定航空器的位置和高度。

无线电导航设备包括VOR导航台、ILS系统等，通过提供导航信号来辅助航空器进行导航。

三、航空器通信和导航系统在航空航天领域的重要性航空器通信和导航系统是航空航天工程中不可或缺的一部分。

航天智能测运控系统体系架构与应用-航天工程论文-工程论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：随着商业航天的快速发展,各类卫星星座项目的持续推进,航天器的商业应用日趋普及,在轨航天器呈现出数量多、平台多、种类多、用途广等趋势,重点依靠资源投入和人力增加的测控模式,已经难以适应未来多星、多任务、多用户的测控服务的发展需要。

近年来,人工智能技术不断取得突破,在多类单项测试中超越人类。

将人工智能的发展成果应用到测控系统中,在自主测控、自主故障诊断、任务规划、资源分配方面,采用智能化方法,促进测运控以平台载荷为核心的管理模式向以数据业务为核心的管理模式转变, 提高测控任务的完成效率和资源利用率。

关键词：测控; 智能化; 故障自主诊断; 自主测控; 数据挖掘; 机器学习;1 、商业航天智能测运控需求分析1.1 、航天器数量快速增加近年来，万物互联成为人类社会的基本要求，许多全球性或者全天候航天任务越来越复杂，卫星将在今后一个时期内迎来快速发展，航天器的在轨数量将会激增。

卫星星座在信息传输、定位导航、侦察观测等领域，具有全球覆盖、实时性好等先天优势，应用日益广泛。

星座中卫星的数量从数十颗，发展到数百颗，数千颗，Space X 公司布局的Starlink星座计划发射约42000颗卫星。

星座构型在卫星轨道基础上，通过合理的时空布局，适应各种应用功能的需要。

1.2 、测运控系统日益复杂在轨航天器数量将越来越多，规模越来越大，类型与应用模式越来越复杂，管控要求和难度大幅提升。

相对于数量激增的在轨航天器，地面测运控系统将面临着数量不足、设备短缺的问题。

小卫星需要大天线，但是小卫星的寿命通常比较短，而地面测运控设备投入又比较大，因此要求地面测运控资源必须能够组网重复使用。

在传统单颗卫星的测运控任务外，对多星的同时测运控支持、多星及星座在轨运行管理等，对地面测运控网络如何提供及时、有效、灵活的测运控服务提出了极高的要求，增加了航天测运控系统的负担和操作复杂性。