测控系统功能与组成详解

太空电站测控系统是对太空电站进行跟踪测量、监视与控制的技术系统，是太空电站的重要组成部分，是天、地联系的唯一通道，它通过自己的测控站，建立地面与太空电站的天地无线电链路，完成对太空电站的遥测、遥控。测控系统的工作过程是将航天指控中心汇集的各测控站通过下行链路获取的信息，经处理和分析后形成控制决策，生成遥控指令，再通过上行链路发向太空电站实施。本系统由地基测控网、天基测控网组成。

（1）地基测控网 它由地面测控站、航天测控中心和通信系统构成。

1）地面测控站采用先进计算机和网络技术，为降低成本，采用现有成品软、硬件。利用大规模集成电路，地面测控站可做得很小，视频部分可利用多芯片封装技术，装到便携式计算机中，自动化程度很高，无人值守。

2）航天指控中心是综合状态监视、综合症技术分析和控制决策的中枢。在太空电站发射阶段，录取数据和监测参数，判断航天器是否入轨，入轨后继续进行运行段飞行控制。在载人飞行期间，航天指控中心向航天员中心传送航天员生理遥控信息、话音、图像及生命保障系统信息，由航天员中心配合对航天员生理状态和有关设备进行监视分析，并提出相应控制支持建议，由航天指控中心组织综合分析后决策实施。在建设工程完成后，通过航天指控中心对太空电站的运行进行监控。

3）通信系统采用毫米波和激光技术。采用Ka频段（23GHz、25～27GHz），可提供3.5GHz的总传输带宽。工作频率的提高，在相同数传速率下，可减少收、发端天线的直径，减少受干扰的概率，允许的通量密度限制值会更高。利用激光束来传递信息，可使数传速率进一步提高，抗电磁干扰能力更强。在真空的卫星-卫星链路上使用激光，近于理想自由空间，没有大气和气候等不利因素的影响。数据中继卫星传送上千兆比特／秒的数据也只要使用几十厘米直径的望远镜，不需要使用4m以上的大口径微波天线。卫星-地面的激光链路也已试验成功，用40cm望远镜、1550nm激光的地面站可与近地卫星传递2.5Gbit／s的数据。(www.xing528.com)

（2）天基测控网 天基测控网是利用GPS（全球卫星定位系统）完成对中、低轨道航天器的测控。GPS用于航天器轨道测量的优点有：定时校频、精度高、实时性好、全球可用、设备简单。在轨航天器利用GPS可实现星上自主定轨和测姿。与推进和控制系统相结合，可实现轨迹保持自主、姿态保持自主和操作保持自主。

太空电站是民用项目，功能单一，测控要求条件较低。

太空电站可根据星上情况自主判别，需要地面对其测控时才呼叫地面，并下发存储的历史数据，以便判明故障，采用适当的行动使其恢复工作，发现不能自主解决的异常情况时，则自动进入保安模式。具体的太空电站的测控管理取决于发电及传输的特点，但是，要以现有的测控网和地面数据系统的功能和性能为基础提出要求，并且综合考虑天、地实现的可行性和必要性。适当放宽要求往往可以大大节省费用。例如，不要安排频繁的测轨活动（占测控总工作量的20％～30％），不要一天几次校准星上时钟，采用国际通用标准等。采用国际通用标准可明显缩短研发周期，降低成本。1982年在美国NASA和欧空局的建议下，成立了空间数据系统咨询委员会（CCSDS），负责开发和采纳适合于航天测控和数传系统的各种通信协议和数据传输规范。至2000年，CCSDS已公布了遥控信道编码、分包遥控、无损数据压缩、时间码格式、射频和调制系统、外测和轨道数据、高级在轨系统、空间通信协议规范、互支援参考模式等近30份蓝皮书（各成员国一致同意的正式版本）。目前已有150多个航天器采用CCSDS建议。CCSDS相当一部分建议已被国际标准组织（ISO）采纳，成为国际标准。