航天测控技术及其发展方向

I G I T C W技术 研究Technology Study48DIGITCW2023.121 航天器地面自动测控技术概述1.1 技术特点航天器地面自动测控技术是指通过自动化系统对航天器进行测量、控制和监测的技术。

它具备多项技术特点，其中之一是自动化。

自动化是指通过计算机系统和软件算法实现对航天器的自动控制和任务执行。

航天器地面自动测控技术能够自动调度任务、处理数据以及监测航天器的状态，从而实现对航天器的自动化操作和管理。

这种自动化特点极大地提高了航天器任务的效率和准确性，减少了人为操作错误的风险[1]。

另一个重要的技术特点是实时监控。

航天器地面自动测控技术可以实时地获取航天器的遥测数据，通过监测和分析数据，及时掌握航天器的运行状态和性能指标。

这种实时监控的能力使得地面操作人员能够快速发现异常情况并做出相应的响应，确保航天器的安全性和任务的顺利进行。

实时监控还有助于发现潜在的问题和故障，并及时采取措施进行修复和调整，以保证航天器的可靠性。

此外，航天器地面自动测控技术还具备远程控制的能力。

它可以实现对航天器的远程控制，即使航天器位于太空中，地面操作人员仍可以通过地面站设备和通信系统，远程控制和操纵航天器运行。

这种远程控制的特点使得航天器可以独立执行任务，减少人员的直接干预，提高任务执行的灵活性和效率。

1.2 应用场景航天器地面自动测控技术在航天领域具有广泛的应用场景，其中之一是保障航天器测试产品的安全性航天器地面自动测控技术的安全性与可靠性研究高鹏远（北京普安信达科技有限公司，北京 100086）摘要：文章研究了航天器地面自动测控技术对测试产品安全性与可靠性的保障。

通过分析航天器地面自动测控技术的特点和应用场景，探讨了该技术在测试产品安全性与可靠性方面的重要作用。

重点研究了该技术应用过程中可能出现的安全和可靠性问题，并提出了相应的解决方案和措施。

通过实验和案例分析，验证了这些措施在提高测试产品安全性和可靠性方面的有效性。

航空测控技术的发展趋势与策略研究航空测控技术在航空航天领域发挥着至关重要的作用，它涉及到飞行器的导舩、通信、控制等多个方面，直接影响着飞行器的飞行安全和航行效率。

随着航空航天技术的快速发展和应用需求的不断提升，航空测控技术也在不断创新和改进。

本文将对航空测控技术的发展趋势进行研究，并提出相应的策略，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

一、航空测控技术的发展趋势1. 智能化随着人工智能、大数据和云计算等技术的不断发展，航空测控技术也在向智能化方向发展。

智能化的航空测控系统能够更好地适应复杂多变的飞行环境，并能够通过数据分析和学习不断提升性能和适应性，提高系统的智能化水平，实现真正意义上的“智能飞行”。

2. 高精度在飞行器导航和控制领域，对测控系统的精度要求越来越高，特别是在卫星导航系统和精密制导武器等领域，高精度的测控技术能够大幅提高导航和打击的精度，保障飞行器的飞行安全和作战效果。

3. 自主化自主化的航空测控技术是当前的发展趋势之一。

通过引入自主决策和执行机制，航空测控系统能够在一定程度上降低对地面指挥控制的依赖，能够更加灵活地适应飞行任务的变化和紧急情况的处理，提高航空器的自主飞行和作战能力。

4. 多元化未来的航空测控技术将朝着多元化发展，涉及到多种导航和控制手段的融合应用，包括卫星导航、惯性导航、地面雷达引导等多种手段，以提高系统的稳定性和适应性，保障航空器的飞行安全。

二、发展趋势所带来的挑战1. 技术集成航空测控技术的智能化和多元化发展在一定程度上增加了系统的复杂程度，需要更多的技术集成和协同运作，提高系统的整体性能和可靠性，但这也给技术研发和系统集成带来了挑战。

2. 数据安全智能化的航空测控系统需要大量的数据支持，但与此同时也面临着数据安全的挑战，包括数据泄露、网络攻击等问题，如何确保数据的安全性和保密性将是未来系统设计和应用中的一大难题。

3. 国际标准航空测控技术的发展需要更多的国际合作和标准统一，但不同国家和地区的技术标准和法规存在差异，这将增加航空测控技术的应用成本和风险，如何通过国际合作推动航空测控技术的全球统一将是一个长期的挑战。

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。

先进测控技术在航空航天中的应用前景航空航天领域一直是人类探索未知、追求进步的前沿阵地，而先进测控技术则如同这一伟大征程中的“眼睛”和“神经”，为飞行器的安全、高效运行提供了关键支持。

随着科技的不断发展，先进测控技术在航空航天中的应用前景愈发广阔，正引领着这一领域朝着更高、更远、更精准的方向迈进。

先进测控技术涵盖了众多方面，包括但不限于高精度测量、实时监测与控制、智能传感器技术以及数据处理与传输等。

在航空航天领域，高精度的测量是确保飞行器性能和安全性的基石。

例如，惯性导航系统能够精确测量飞行器的姿态、速度和位置，即使在卫星信号受到干扰的情况下也能保持可靠的导航。

激光测距和雷达测速等技术则可以为飞行器的起降、飞行姿态调整提供极其精确的数据支持。

实时监测与控制技术在航空航天中的应用更是至关重要。

通过在飞行器关键部位安装传感器，实时收集温度、压力、振动等参数，地面控制中心能够及时了解飞行器的运行状态。

一旦发现异常，便可迅速采取措施进行调整或修复，从而有效避免潜在的故障和危险。

这种实时监测与控制技术在载人航天任务中尤为重要，它关系到宇航员的生命安全和任务的成败。

智能传感器技术的发展为航空航天测控带来了新的突破。

智能传感器不仅能够感知物理参数，还具备一定的自我诊断和自适应能力。

它们可以根据环境变化自动调整测量精度和范围，大大提高了测量的可靠性和准确性。

同时，智能传感器体积更小、重量更轻、能耗更低，符合航空航天对设备轻量化和高效能的要求。

数据处理与传输技术的进步也为航空航天测控提供了强大的支撑。

随着飞行器产生的数据量呈爆炸式增长，高效的数据处理和快速的传输成为了关键。

先进的数据压缩算法能够在不损失重要信息的前提下，大幅减少数据量，提高传输效率。

高速、稳定的数据传输链路则确保了地面控制中心能够及时获取和处理飞行器的相关数据，为决策提供依据。

在未来，先进测控技术在航空航天领域的应用前景令人充满期待。

首先，随着太空探索的不断深入，对于深空探测任务的测控要求将越来越高。

现代测控技术在航空航天监测中的应用航空航天领域一直是人类探索未知、追求进步的重要方向。

在这个充满挑战和机遇的领域中，现代测控技术发挥着至关重要的作用。

它犹如一双敏锐的眼睛，时刻关注着飞行器的状态和运行情况，为航空航天事业的安全、高效发展提供了坚实的保障。

现代测控技术涵盖了众多先进的技术手段和方法，包括传感器技术、数据采集与处理技术、通信技术、计算机技术以及自动控制技术等。

这些技术相互融合、协同工作，形成了一个完整的测控体系，能够对航空航天飞行器进行全方位、实时、精确的监测和控制。

传感器技术是现代测控技术的基础。

在航空航天监测中，各种各样的传感器被广泛应用。

例如，压力传感器用于测量飞行器内部和外部的气压变化，温度传感器用于监测发动机、机身等部位的温度情况，加速度传感器用于感知飞行器的加速度和振动，位置传感器用于确定飞行器的空间位置和姿态。

这些传感器能够将各种物理量转化为电信号，为后续的数据处理和分析提供了原始数据。

数据采集与处理技术则是对传感器采集到的数据进行收集、整理和分析。

在航空航天监测中，数据量通常非常庞大，而且要求处理速度快、精度高。

先进的数据采集系统能够在极短的时间内采集大量的数据，并通过高速通信链路将其传输到地面控制中心或飞行器内部的计算机系统中。

数据处理软件则运用各种算法和模型，对这些数据进行筛选、滤波、融合和计算，提取出有用的信息，如飞行器的飞行轨迹、速度、姿态、发动机工作状态等。

通过对这些数据的分析，工程师们可以及时发现潜在的问题和故障，并采取相应的措施进行处理。

通信技术在航空航天监测中起着关键的桥梁作用。

它确保了飞行器与地面控制中心之间的信息传输畅通无阻。

随着技术的不断发展，卫星通信、微波通信、激光通信等多种通信方式被应用于航空航天领域。

卫星通信具有覆盖范围广、不受地理条件限制的优点，能够实现全球范围内的飞行器监测和控制。

微波通信则具有传输速率高、抗干扰能力强的特点，适用于近距离、高速数据传输。

航天测控技术体系设计理念航天测控技术体系设计是航天任务顺利完成的关键，它是指在航天任务实施过程中，为了实现航天器的定位、追踪、通信、数据传输、导航、遥测遥控等功能，所要采用的一套综合性技术体系。

在航天测控技术体系设计中，应该贯彻以下设计理念。

首先，航天测控技术体系设计要注重系统整体性。

航天任务是一个复杂的工程系统，需要整合多种技术手段来实现各项功能。

因此，在设计航天测控技术体系时，需要从整体上考虑各种技术之间的相互关系和相互作用，确保各项功能有机衔接、协调一致。

其次，航天测控技术体系设计要注重多层次、多通道的设计。

由于航天任务的特殊性，要求能够同时进行定位、追踪、通信、数据传输等多种功能，并保证数据的可靠性和实时性。

因此，在航天测控技术体系设计中，需要采用多层次、多通道的设计思路，通过同时采用多种手段和多个通道来实现不同功能的实时传输和处理。

再次，航天测控技术体系设计要注重可靠性和安全性。

航天任务的成功与否直接关系到国家的利益和声誉，因此，在航天测控技术体系设计中，必须高度注重系统的可靠性和安全性。

具体来说，可以采用冗余设计、安全备份、防止干扰和攻击等措施，确保系统不受外界影响，能够稳定可靠地运行。

最后，航天测控技术体系设计要注重创新和发展。

航天测控技术是一个不断发展的领域，随着科学技术的进步和航天任务的发展，需求也在不断变化。

因此，在航天测控技术体系设计中，要注重创新和发展，不断引入新的技术和理念，提高系统的性能和效率，满足新的需求。

综上所述，航天测控技术体系设计需要贯彻整体性、多层次、多通道、可靠性、安全性和创新性等设计理念。

只有在此基础上，才能够设计出高效、可靠的航天测控技术体系，确保航天任务能够顺利完成。

测控技术在航空航天中的创新应用航空航天领域一直是人类探索未知、追求进步的前沿阵地。

在这个充满挑战和机遇的领域中，测控技术发挥着至关重要的作用。

它就像是一双“眼睛”和一双“巧手”，实时监测飞行器的状态，精确控制其运行轨迹，确保航空航天任务的安全、可靠和高效完成。

测控技术涵盖了测量、控制以及与之相关的通信、计算机等多个方面。

在航空航天领域，其应用范围广泛，从航天器的发射、在轨运行到返回，从飞机的飞行试验到日常的航班运营，测控技术无处不在。

在航天器发射阶段，测控技术要确保火箭的各项参数正常，包括推进剂的流量、压力，发动机的工作状态，以及火箭的姿态和速度等。

通过地面的测控站、海上的测量船以及太空中的中继卫星等组成的测控网络，实时获取这些数据，并及时向控制中心传输。

控制中心的专家们根据这些数据进行分析和判断，如有异常，迅速采取措施进行调整，确保火箭能够准确地将航天器送入预定轨道。

进入在轨运行阶段，测控技术的任务更加艰巨。

航天器要面对复杂的太空环境，如宇宙射线、微流星体撞击、温度变化等，这些因素都可能影响航天器的性能和寿命。

测控技术通过各种传感器和监测设备，对航天器的姿态、轨道、能源供应、设备运行状态等进行持续监测。

例如，利用星敏感器测量航天器的姿态，通过太阳电池阵监测能源的产生和消耗，借助遥感设备获取地球和其他天体的信息。

同时，测控技术还要实现对航天器的远程控制。

当需要调整轨道、改变姿态或者进行设备的开关操作时，地面控制中心通过发送指令，经过通信链路传输到航天器，航天器上的控制系统接收到指令后执行相应的动作。

在航空领域，测控技术同样不可或缺。

飞机在飞行过程中，需要实时监测众多参数，如飞行速度、高度、姿态、发动机性能、燃油消耗等。

这些数据通过飞机上的传感器采集后，传输到驾驶舱的仪表盘和飞行管理系统中，供飞行员参考。

同时，这些数据也会通过通信系统传输到地面的空中交通管制中心，以便管制员对飞机的飞行进行监控和指挥。

智能化测控技术的未来发展趋势在当今科技飞速发展的时代，智能化测控技术正以惊人的速度改变着我们的生活和工作方式。

从工业生产到航空航天，从医疗健康到智能家居，智能化测控技术的应用无处不在，其未来的发展趋势也备受关注。

智能化测控技术是一种融合了测量、控制和信息技术的综合性技术。

它通过对各种物理量、化学量和生物量的精确测量，结合先进的控制算法和智能决策系统，实现对生产过程、设备运行和系统状态的实时监测与优化控制。

这种技术的出现，极大地提高了生产效率、产品质量和系统的可靠性，为人类社会的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。

随着信息技术的不断进步，智能化测控技术也在不断地发展和完善。

未来，智能化测控技术将朝着更加智能化、集成化、网络化和微型化的方向发展。

智能化是智能化测控技术未来发展的核心趋势。

未来的测控系统将具备更强大的智能感知、分析和决策能力。

通过采用先进的传感器技术和机器学习算法，测控系统能够实时感知环境的变化和设备的运行状态，并对采集到的数据进行快速准确的分析和处理。

基于这些分析结果，系统能够自主地做出决策，实现对设备和系统的自适应控制和优化运行。

例如，在工业生产中，智能化的测控系统可以根据生产线上的实时工况，自动调整生产参数，提高生产效率和产品质量；在智能家居领域，智能测控系统可以根据家庭成员的生活习惯和需求，自动调节室内的温度、湿度和照明等环境参数，提供更加舒适和便捷的生活体验。

集成化是智能化测控技术的另一个重要发展趋势。

未来的测控系统将不再是单一功能的测量或控制设备，而是集测量、控制、通信、计算和显示等多种功能于一体的集成化系统。

这种集成化的系统能够大大简化系统的结构，降低成本，提高系统的可靠性和稳定性。

同时，集成化的测控系统还能够实现不同功能模块之间的协同工作，提高系统的整体性能。

例如，在汽车电子领域，集成化的测控系统可以将发动机控制、制动系统控制、车身电子控制等多个子系统集成在一起，实现对汽车的全面监测和控制，提高汽车的安全性和舒适性。