[科普中國]-微波統(tǒng)一系統(tǒng)

組成

在一個載波上用多個副載波調(diào)相、實現(xiàn)頻分復(fù)用的多路信號傳輸，從而具有集跟蹤測軌(Tracking)、遙測(Telemetry)、遙控(Control)、數(shù)傳、語音等多功能于一體的系統(tǒng)稱為微波統(tǒng)一測量與控制系統(tǒng)。所謂“統(tǒng)一”是指采用一副天線、一個載波、一個公用收發(fā)信道來實現(xiàn)對航天器測控與通信。微波統(tǒng)一系統(tǒng)因其設(shè)備簡單，可靠性高，測量精度適中，在航天測控中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)采用S頻段載波時，稱為統(tǒng)一S頻段(Union S Band，USB)，用于中、低軌航天器與深空航天器測控；采用c頻段載波時，稱為統(tǒng)一C頻段(Union C Band，UcB)，用于地球同步軌道航天器測控。我國于20世紀(jì)80年代建成了C頻段測控網(wǎng)，隨后為了適應(yīng)航天領(lǐng)域的國際合作，于90年代建成了s頻段測控網(wǎng)，并在西安成立了S頻段測控網(wǎng)多任務(wù)管理中心，統(tǒng)一協(xié)調(diào)對航天器長期管理工作中的USB系統(tǒng)使用配置。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)由地面設(shè)備和航天器載設(shè)備相互配合，采用應(yīng)答式工作方式，單站相參測量定軌體制，單站測量的元素有方位角A，俯仰角E，距離R，距離變化率R。主要有天伺饋分系統(tǒng)、信道分系統(tǒng)、基帶設(shè)備、監(jiān)控分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)、模擬與標(biāo)校設(shè)備以及附屬配套設(shè)備等。

在微波統(tǒng)一系統(tǒng)中，地面遙控終端產(chǎn)生或者由指控中心通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)來的經(jīng)脈沖編碼的遙控指令(含數(shù)據(jù)注入)、數(shù)字話音等信號分別調(diào)制在各自的正弦副載波上，然后將已調(diào)各副載波信號與測距終端產(chǎn)生的測距信號(主側(cè)音、次側(cè)音副載波調(diào)制信號—采用次側(cè)音對副載波調(diào)制，進(jìn)行頻譜折疊)相加，構(gòu)成復(fù)合基帶信號，一起對載波調(diào)頻或調(diào)相，形成頻分復(fù)用統(tǒng)一載波信號，通過上行信道頻率變換和功率放大后，經(jīng)同一天線定向輻射至航天器上。航天器上應(yīng)答機接收解調(diào)后，遙控指令經(jīng)遙控終端二次解調(diào)和譯碼送給執(zhí)行機構(gòu)完成對航天器的遙控；電視話音信號經(jīng)接收解調(diào)后送給電視和話音終端。

航天器上遙測設(shè)備將航天器的姿態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)以及環(huán)境等參數(shù)，經(jīng)交換子采樣、變換成電氣參數(shù)的脈沖編碼調(diào)制信息，分別對各自的副載波進(jìn)行調(diào)制，然后和應(yīng)答機解調(diào)的測距信息一起對下行載波進(jìn)行相位調(diào)制，電視和語音信息對另一載波進(jìn)行正交調(diào)制，兩已調(diào)載波經(jīng)應(yīng)答機功率放大由天線發(fā)回地面。經(jīng)地面天饋線、接收信道接收解調(diào)后，由遙測終端解調(diào)獲得遙測信息；測距信息經(jīng)測距終端捕獲與測量得到目標(biāo)斜距；測速終端提取雙程多普勒頻率得到目標(biāo)的徑向速度。為執(zhí)行載人航天任務(wù)，微波統(tǒng)一系統(tǒng)還配有數(shù)傳通道，完成飛船上的圖像、航天員生理參數(shù)和話音等數(shù)據(jù)傳輸，其電視和話音信息送給電視和話音終端。

地面天伺饋測角系統(tǒng)完成對航天器的角跟蹤和角度測量。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完成微波統(tǒng)一系統(tǒng)與指控中心的信息交換。1

分系統(tǒng)工作原理微波統(tǒng)一系統(tǒng)在航天器上的S頻段統(tǒng)一系統(tǒng)測控應(yīng)答機與數(shù)傳機設(shè)備相對地面設(shè)備較為簡單，工作原理與地面設(shè)備大致相同。下面簡要介紹地面微波統(tǒng)一系統(tǒng)信道部分、基帶設(shè)備、角度跟蹤設(shè)備、數(shù)傳分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)的工作原理。1

信道部分微波統(tǒng)一系統(tǒng)的信道又分為上行信道和下行信道。上行信道主要由上變頻器、功率放大器、微波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和電源等組成。上變頻器主要作用是將基帶設(shè)備送來的上行已調(diào)中頻載波信號的頻率變換成發(fā)射所需的載波頻率，功率放大器則將上變頻器來的小信號放大至所需的功率后饋送給天線。

下行信道主要由低噪聲放大器、下變頻器、中頻放大器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)等組成。地面天線接收到的微弱射頻信號由低噪聲放大器進(jìn)行高頻放大后，再由下變頻器變換至中頻，經(jīng)中頻放大器放大后送給接收機，使鎖相環(huán)與解調(diào)器能正常工作。

基帶設(shè)備基帶是指載波調(diào)制之前信號所占用的頻帶，即終端設(shè)備所產(chǎn)生的原始信號固有的頻帶?；鶐гO(shè)備由上行調(diào)制器、鎖相接收機、遙測終端、遙控終端、測距和測速終端、語音終端、數(shù)傳終端、時頻終端等組成。

對于上行載波調(diào)制而言，為了避免對載波直接調(diào)制后在殘留載波根部產(chǎn)生較多邊帶信號分量，避免影響載波鎖相環(huán)工作和測速精度，微波統(tǒng)一系統(tǒng)一般采用二次調(diào)制方式，即將測距、遙測、遙控、通信、語音信息等先調(diào)制到副載波上，然后再調(diào)制到載波上。微波統(tǒng)一系統(tǒng)載波可以采用多種調(diào)制方式。由于角度跟蹤信息的提取和多普勒測速都需要殘留載波信號，故下行信道中通常采用測距信號和遙測副載波對載波的調(diào)相體制。而上行信道的調(diào)制方式有2種，一是當(dāng)不進(jìn)行雙向相干測速時，為使航天器上設(shè)備簡化，并充分利用載波能量，基帶信號或副載波一般對載波進(jìn)行調(diào)頻，最大調(diào)制頻偏一般在200～400 kHz；二是當(dāng)需要雙向多普勒測速時，測距信號和遙控副載波對載波進(jìn)行調(diào)相，調(diào)制指數(shù)一般在2 rad以下。上述調(diào)頻和調(diào)相可統(tǒng)稱為調(diào)角體制，調(diào)角信號只是頻率或瞬時相位變化，而幅值不變，故調(diào)角載波的平均功率為恒值，功率利用率高。由于調(diào)頻波將信號能量分散到各個譜線上，當(dāng)受到某一幅度信號干擾時，只能影響到與干擾信號頻譜對應(yīng)或相近的副載波信號，因而調(diào)頻波抗干擾性強，且調(diào)制指數(shù)越大，抗干擾性越強，因此調(diào)頻體制一般采用大頻偏調(diào)制方式。

中頻接收機主要由鎖相環(huán)、多普勒預(yù)置和掃描電路、載波解調(diào)器和電平自動控制電路等組成，主要功能是對下變頻器送來的中頻載波信號進(jìn)行頻率捕獲、相位捕獲，解調(diào)和提取角度誤差信息、距離信息、遙測副載波信號，并送出含多普勒信息的測速信號等。

空間目標(biāo)存在徑向速度，從而對載波進(jìn)行多普勒調(diào)制，進(jìn)一步考慮上下行頻率的不準(zhǔn)確度，使得實際接收的信號頻率偏離中心頻率可能達(dá)到土150 kHz，因此要求接收機信號帶寬設(shè)置得足夠?qū)挘员ＷC對信息的完整接收。微波統(tǒng)一系統(tǒng)地面接收機接收到的信號強度很弱，接收帶寬又比較寬，使接收信噪比很低，信號被噪聲淹沒。微波統(tǒng)一系統(tǒng)設(shè)計鎖相環(huán)路實現(xiàn)對弱信號的接收解調(diào)。鎖相環(huán)路實際上是一個頻帶很窄的相位跟蹤環(huán)，能很好地從低信噪比信號中提取有用信息，完成載波信號的頻率、相位捕獲與跟蹤，并為正交解調(diào)器提供基準(zhǔn)信號。為改善鎖相環(huán)路的頻率捕獲速度，往往采用改變環(huán)路帶寬、掃描捕獲、分段捕獲、多普勒頻率預(yù)置、頻率引導(dǎo)等技術(shù)措施。另外，由于接收到的信號頻譜較寬，鎖相環(huán)路有可能不是鎖定在主譜線上而形成錯鎖，因而需要設(shè)計必要的防錯鎖電路或利用快速傅里葉變換進(jìn)行頻率引導(dǎo)等措施以防止錯鎖。如果調(diào)幅干擾信號與有用信號一起進(jìn)入接收信道，雖然調(diào)幅信號也有邊帶，但只有振幅變化而沒有頻率和相位變化，故在鎖相環(huán)路輸出端不存在調(diào)幅信號，環(huán)路將其成功濾出，即鎖相環(huán)路具有良好的抗調(diào)幅信號干擾性能。由于環(huán)路對輸入信號是一個通帶很窄的帶通濾波器(可以小到幾赫茲至幾十赫茲)，而這個窄帶濾波器的中心頻率始終跟隨輸入信號頻率而變化，只要接收機環(huán)路相位跟蹤速度足夠快，就能把信息正確地提取出來。對于含有多普勒信息的輸人載波頻率，環(huán)路鎖定跟蹤后，由于鎖相環(huán)路的中心頻率始終跟隨輸人信號頻率而變化，因而又可以看做是一個由很多窄帶連接而成的帶通濾波器，輸出信號中將含有多普勒信息。由于環(huán)路帶寬很窄，多普勒信息被有效提純，從而提高了設(shè)備的測速精度。

國內(nèi)S頻段統(tǒng)一系統(tǒng)要適應(yīng)多種航天器不同極化天線的測控要求，往往采用極化分集接收技術(shù)，以便克服因航天器姿態(tài)變化、發(fā)收天線極化不一致、多徑效應(yīng)等因素造成的極化衰落所引起的信號起伏，獲得最佳接收信號效果。由于接收機具有接收左/右旋兩種圓極化波的能力，接收機也設(shè)置兩個信道，并保證進(jìn)入極化合成器的2信號相位一致。極化合成一般在中頻上進(jìn)行，合成器大多采用雙環(huán)極化分集接收方案。

統(tǒng)一系統(tǒng)中的遙測終端既含有模擬遙測，又含有編碼遙測。模擬遙測信號對副載波進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，編碼遙測的脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)流和遙控返回指令、執(zhí)行驗證信息一起對副載波進(jìn)行相移鍵控調(diào)制。已調(diào)遙測副載波與轉(zhuǎn)發(fā)的測距信號一起，對下行載波進(jìn)行調(diào)制，再發(fā)回地面。在地面站經(jīng)天線、接收設(shè)備的接收和解調(diào)，將解調(diào)的遙測副載波送人遙測終端，進(jìn)一步解調(diào)出模擬遙測和編碼遙測信息，供監(jiān)控顯示和記錄。

遙控終端接收指控中心的遙控指令(特殊情形下也可以由微波統(tǒng)一系統(tǒng)的遙控終端應(yīng)急產(chǎn)生)，或數(shù)據(jù)信息(脈沖編碼調(diào)制)，將其調(diào)制到副載波上，然后與測距信息、語音信息等一起對載波進(jìn)行同時調(diào)制(調(diào)相)或分時調(diào)制(調(diào)頻)，經(jīng)上變頻、功率放大后由天線輻射出去。航天器上天線接收后，經(jīng)應(yīng)答機接收解調(diào)出遙控副載波，送給遙控終端解調(diào)器，解調(diào)出遙控指令，送有關(guān)執(zhí)行部件，完成對航天器的控制，并將遙控指令回令和執(zhí)行驗證信息送給遙測部件，經(jīng)下行信道返回地面。遙控終端除了發(fā)送單條指令外，還可以發(fā)送指令串、符合指令以及注入數(shù)據(jù)等。

對于載人航天器，地面和航天器上均需配電視、語音終端，通過微波統(tǒng)一系統(tǒng)的收發(fā)信道、天伺饋系統(tǒng)等，就可進(jìn)行天地間相互通話、監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸。由于數(shù)字電視碼速率較高，不宜采用上述副載波調(diào)制方式，而是將語音、電視編碼信息與其他諸如航天員生理、醫(yī)監(jiān)、GPS定位信息等一起對另一獨立載波直接進(jìn)行四相移鍵控調(diào)制，與跟蹤測控載波一起傳送。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)的時頻終端接收時間統(tǒng)一系統(tǒng)送來的頻標(biāo)信號和標(biāo)準(zhǔn)時間信息，產(chǎn)生本系統(tǒng)所需要的各種頻率和時間信號，以確保微波統(tǒng)一系統(tǒng)與整個測控系統(tǒng)以及內(nèi)部各設(shè)備之間的時間同步。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)中采用純側(cè)音體制、純偽碼體制和音碼混合體制測距。當(dāng)采用純側(cè)音體制時，為了壓縮占用帶寬，常將低側(cè)音折疊到某一次側(cè)音上或調(diào)制在另一副載波上進(jìn)行傳輸。完成匹配、解模糊后，一般就不再發(fā)送解模糊的低側(cè)音，而只發(fā)高側(cè)音。微波統(tǒng)一系統(tǒng)的測距精度一般可達(dá)8～15 m。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)一般采用雙向相干多普勒頻率測速方案，即航天器攜帶的應(yīng)答機將收到地面發(fā)射的高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定度的上行載波信號按一定的相干轉(zhuǎn)發(fā)比變成下行信號，地面設(shè)備接收、提純，并由測速終端測量包含在接收頻率中的雙向多普勒頻率，即可獲得目標(biāo)相對于測控站的徑向速度，測速精度可達(dá)3～5 cm/s。1

角度跟蹤設(shè)備角度跟蹤設(shè)備由天饋線、伺服放大與驅(qū)動、天線控制單元(ACU)和軸角編碼器等組成。微波統(tǒng)一系統(tǒng)常采用比幅式單脈沖自跟蹤體制，其天線通常是效率較高的雙曲面改進(jìn)型卡塞格倫或格里高里天線，饋源為多喇叭饋源或多模饋源。微波統(tǒng)一系統(tǒng)的測角精度隨天線口徑而定，一般測量精度可達(dá)0.01～0.02。與該精密跟蹤測量大口徑天線共座的外掛式自引導(dǎo)小天線(俗稱外掛耳朵)，則采用圓錐掃描自跟蹤體制。

數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)由計算機、調(diào)制解調(diào)器、接口部件以及終端設(shè)備等組成，負(fù)責(zé)采集遙測、測距、測速、測角和本系統(tǒng)的監(jiān)視信息，進(jìn)行校驗和編排后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器和通信電路送往指控中心。同時，將指控中心發(fā)來的信息，進(jìn)行校驗、分解，分別送往各有關(guān)終端設(shè)備。

監(jiān)控分系統(tǒng)監(jiān)控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)運行狀態(tài)、工作參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)、設(shè)備配置等信息的集中監(jiān)控和顯示，同時接受來自遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制命令。測控站人員通過監(jiān)控系統(tǒng)直接對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控稱為本地監(jiān)控，由指揮控制中心通過監(jiān)控分系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控稱為遠(yuǎn)程監(jiān)控。另外，各分機還可以對其狀態(tài)進(jìn)行獨立監(jiān)控。21

工作方式微波統(tǒng)一系統(tǒng)可直接測得航天器的距離(R)、角度(A，E)、徑向速度(R)等參數(shù)，經(jīng)坐標(biāo)變換、數(shù)據(jù)處理，可得到航天器的飛行軌跡。系統(tǒng)為實現(xiàn)上述測控功能，往往設(shè)計多種工作方式，包括對目標(biāo)的截獲、搜索和引導(dǎo)，目標(biāo)捕獲，目標(biāo)測控及目標(biāo)丟失重捕等。

在運載火箭起飛之前，航天器上應(yīng)答機已開機，發(fā)射下行不掃描的已調(diào)制遙測的射頻信號，這時地面測控站便可按預(yù)定的飛行軌道截獲目標(biāo)。但由于地面微波統(tǒng)一系統(tǒng)天線波束狹窄，而目標(biāo)飛行軌道散布較大，使航天器很可能超出天線波束所照射的空域。為了可靠地截獲目標(biāo)，需要采取一些手段來幫助地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)，包括：

1)天線掃描，根據(jù)目標(biāo)速度設(shè)置天線按一定速率在一定范圍內(nèi)對目標(biāo)預(yù)定空域進(jìn)行掃描搜索的工作方式。

2)自引導(dǎo)，微波統(tǒng)一系統(tǒng)配有同頻、同天線座自引導(dǎo)小天線，該小天線波束寬，易于捕獲目標(biāo)，一旦小天線捕獲、跟蹤目標(biāo)后，即可以引導(dǎo)主天線截獲目標(biāo)。

3)外引導(dǎo)，在外界信息的引導(dǎo)下使天線波束逐漸接近于目標(biāo)，包括由波束較寬的引導(dǎo)儀實施模擬引導(dǎo)，根據(jù)理論彈道進(jìn)行數(shù)字程序引導(dǎo)，由中心計算機根據(jù)其他測控設(shè)備獲取的目標(biāo)位置信息實施數(shù)字引導(dǎo)等外引導(dǎo)工作方式。1

目標(biāo)捕獲微波統(tǒng)一系統(tǒng)首先進(jìn)行頻率捕獲，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)主天線角跟蹤，以及雙向載波捕獲(當(dāng)工作于調(diào)相/調(diào)相體制時)和距離捕獲。

當(dāng)采用天線掃描、自引導(dǎo)或外引導(dǎo)等手段使主天線對準(zhǔn)目標(biāo)(即目標(biāo)落入主天線波束內(nèi))時，地面跟蹤接收機迅速捕獲應(yīng)答機信標(biāo)信號，實現(xiàn)頻率捕獲，并送出載波鎖定指示信號。伺服系統(tǒng)根據(jù)跟蹤接收機送來的載波鎖定信號、角誤差電壓信號，經(jīng)判決由人工或自動轉(zhuǎn)入角跟蹤，并送出角度跟蹤狀態(tài)信號。主控臺根據(jù)跟蹤狀態(tài)信號，并經(jīng)過一定延時以保證設(shè)備穩(wěn)定跟蹤后，人工或自動控制發(fā)射機發(fā)出上行未調(diào)載波啟掃信號，應(yīng)答機捕獲地面設(shè)備的上行載波信號后，轉(zhuǎn)發(fā)下行載波信號，地面跟蹤接收機主環(huán)掃描跟蹤，同時應(yīng)答機鎖定指示通過遙測傳回地面，地面設(shè)備主控臺據(jù)此進(jìn)行人工或自動判決確定應(yīng)答機捕獲上行頻率后，控制發(fā)射機調(diào)制器停止上行微波頻率掃描，并按程序回到載波中心頻率。主監(jiān)控臺根據(jù)啟掃、停掃、回零、主接收機主環(huán)鎖定指示等信號，給出雙捕完成指示信號，送至測距機、測速機、遙控等終端設(shè)備。測距終端收到雙捕信號后，自動發(fā)出測距信號，并啟動距離捕獲程序，直至距離信號捕獲，送出距離捕獲信號至主監(jiān)控臺。至此，捕獲全過程結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入全跟蹤狀態(tài)。1

目標(biāo)檢測對目標(biāo)的測控包括遙測、遙控、角位置測量、測距、測速、語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

1)遙測終端收到下行載波捕獲信號后，進(jìn)行遙測副載波捕獲、位同步和幀同步提取，然后將解調(diào)提取的遙測信息加上時標(biāo)后，送出遙測信息。

2)天線自跟蹤后，角度編碼器將代表天線指向的角度信息加上時標(biāo)后，送出測角信息。

3)雙向載波捕獲后，遙控終端即可根據(jù)需要發(fā)送遙控指令或者數(shù)據(jù)(當(dāng)上行采用調(diào)頻體制時，發(fā)指令與測距分時工作，指令優(yōu)先)，實現(xiàn)對目標(biāo)的遙控功能。

4)距離捕獲后，測距終端將測距信息加上時標(biāo)后，送出目標(biāo)距離信息。

5)測速終端收到下行載波捕獲信號后，進(jìn)行雙向多普勒提取與測量，將測速信息加上時標(biāo)，送出測速信息。

6)系統(tǒng)實現(xiàn)自跟蹤和雙捕后，話音和數(shù)傳可以工作，實現(xiàn)天地數(shù)據(jù)、監(jiān)視、話音信息的雙向傳輸。1

目標(biāo)丟失重捕因某種原因引起下行載波失鎖時(目標(biāo)丟失)，天線首先轉(zhuǎn)入記憶跟蹤。當(dāng)時間較長，則從截獲目標(biāo)開始進(jìn)行重捕；若局部丟失，要根據(jù)不同的丟失狀態(tài)(雙向載波捕獲丟失、距離丟失、測量丟失等)進(jìn)行局部重捕，以節(jié)省時間。1

技術(shù)特點微波統(tǒng)一系統(tǒng)的一個顯著特點是基于單套設(shè)備實現(xiàn)測角、測距、測速、遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸、語音信息傳輸?shù)裙δ?，具有雷達(dá)、遙測、遙控、語音傳輸設(shè)備等多套地面設(shè)備的綜合功能，同時使得航天器上應(yīng)答機有效小型化。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)將上行數(shù)字化后的遙控基帶信號，先調(diào)制在副載波上，副載波頻率選定在8～16 kHz之間，避開干擾測距用的低側(cè)音，遙控副載波再對載波調(diào)相。遙控為單程工作方式。若采用側(cè)音測距時，最多同時用2個側(cè)音，即一個主側(cè)音和一個次側(cè)音對載波同時調(diào)相，兩者都為頻譜極純的單音。當(dāng)大距離確定后，只發(fā)一個主側(cè)音用來確定距離尾數(shù)即可。測距是雙程工作的，不論偽碼測距或側(cè)音測距都需要由測量站先發(fā)出參考測距信號，航天器接收到這個信號后再傳回地面與地面發(fā)出的信號比較相位延遲，以得出距離。遙控和測距一般不同時工作，以節(jié)約功率。用測控系統(tǒng)傳語音，采用信源壓縮后的低質(zhì)量語音，如Rb=2.4～4.8 kbit/s，其碼速率不超過遙測碼速率，用相移鍵控方式調(diào)制另一個副載波后，再調(diào)制載波。

用上述3種副載波對載波進(jìn)行線性調(diào)相的特點是：載波未被調(diào)制前，在頻率域(頻譜分布圖)上表現(xiàn)為一條線譜。載波受各種副載波調(diào)制后，載波分量降低，但不完全消失。降低后的載波分量，稱為殘余載波，故多副載波對載波調(diào)相的體制，又稱為殘余載波調(diào)制。殘余載波分量作為信標(biāo)頻率使用，并用做測速和測角目的。當(dāng)航天器和測量站存在相對運動速度時，此殘余載波分量即產(chǎn)生多普勒頻移fd正比于徑向速度vt.為了提高fd的測量精度，測量站應(yīng)采用頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都很高的原子鐘作為產(chǎn)生上行載波頻率源。殘余載波分量功率的大小，直接影響到測速精度和測角精度。測速和測距都要求采用雙程相干工作方式。1

發(fā)展方向隨著數(shù)字技術(shù)、軟件無線電和數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及專用集成電路性能(集成度、處理速度、耐空間輻射等)的提高，微波統(tǒng)一系統(tǒng)正在向軟件化發(fā)展，向“有人值守，無人操作”以及資源綜合利用方向發(fā)展。1

多功能數(shù)字綜合基帶采用多功能數(shù)字綜合基帶處理技術(shù)和緊湊型外部組件互聯(lián)(CPCI)總線技術(shù)，將測距、測速、遙測、遙控、數(shù)傳各個終端集成到一個基帶內(nèi)的硬件平臺，通過加載不同的應(yīng)用軟件，實現(xiàn)不同的功能，具有現(xiàn)場重組功能。

目前采用的方案是在射頻下變頻到70 MHz中頻信號，進(jìn)行數(shù)字采樣，此后的捕獲跟蹤、測距測速、數(shù)據(jù)解調(diào)解碼、同步、解密輸出信號及格式編排、協(xié)議轉(zhuǎn)換等操作均在數(shù)字域內(nèi)完成。發(fā)射過程與此相反，所有基帶信號處理在數(shù)字域完成，最后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)上變頻、放大后發(fā)射出去。這種軟件化的天地測控設(shè)備利用大規(guī)模集成電路與單片微波集成電路(MMIC)配合，可構(gòu)成體積小、功率低、質(zhì)量輕的可在軌重新配置的應(yīng)答機，只需改變軟件就可適應(yīng)航天任務(wù)各階段測控需求，從而同一型號應(yīng)答機可用于不同航天任務(wù)，靈活性好。1

遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程測試采取客戶機/服務(wù)器體制實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控單元主要由客戶機和服務(wù)器2部分組成。監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)采集、上報全系統(tǒng)的監(jiān)視信息，執(zhí)行客戶機下發(fā)的控制命令，存儲測控設(shè)備的各種數(shù)據(jù)?？蛻魴C提供良好的人機操作界面，利用網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行信息交換，通過服務(wù)器實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控。監(jiān)控分系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程監(jiān)控的工作方式下，本地監(jiān)控不做任何操作。監(jiān)控分系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)送來的遠(yuǎn)程監(jiān)控命令后，顯示、分解、控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備完成測控任務(wù)，實現(xiàn)“有人值守，無人操作”。網(wǎng)管中心或遠(yuǎn)程客戶機對監(jiān)控分系統(tǒng)實施遠(yuǎn)程控制，監(jiān)控分系統(tǒng)通過本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行本地控制。遠(yuǎn)程客戶機及網(wǎng)管中心通過遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)將控制命令及測控計劃、軌道根數(shù)下發(fā)給監(jiān)控分系統(tǒng)的服務(wù)器，對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

通過測試儀器和測試網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)監(jiān)控的統(tǒng)一調(diào)度下，完成系統(tǒng)指標(biāo)和分系統(tǒng)指標(biāo)的自動測試，能夠有效地輔助操作手對全系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測，靈活地對所關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行快速測試。測試計算機通過網(wǎng)口采集示波器的波形數(shù)據(jù)，具有將波形數(shù)據(jù)和頻譜數(shù)據(jù)記錄并發(fā)送的能力。在需要信號源參與的測試過程中，測試計算機可控制信號源輸出所需頻率和幅度的信號，通過測試輸出開關(guān)選擇送發(fā)射分系統(tǒng)或高頻接收分系統(tǒng)。1

數(shù)字與自動化數(shù)字化可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可維修性，有利于系統(tǒng)的綜合化、設(shè)備的軟件化、部件的模塊化、接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

在接收機方面實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)(Digital Phase Locked Loop，DPLL)、動態(tài)速率分配(Dy—namic Rate Repartitioning，DRR)，快速傅里葉變換(Fast Fourier Transforms，F(xiàn)FT)三合一的數(shù)字載波環(huán)；測距、測速、遙測、遙控等終端設(shè)備可編程數(shù)字化。系統(tǒng)監(jiān)控方面采用面向過程的設(shè)計方法和層次化軟件結(jié)構(gòu)，采用流程生成器和流程執(zhí)行器、任務(wù)配置庫等手段，根據(jù)指控中心下發(fā)的測控計劃，生成工作流程。系統(tǒng)監(jiān)控根據(jù)工作流程的要求，以時間符合或事件驅(qū)動方式，自動控制系統(tǒng)設(shè)備完成相應(yīng)的測控任務(wù)。系統(tǒng)工作流程由一系列的設(shè)備控制命令、命令執(zhí)行時間、命令執(zhí)行參數(shù)等組成，監(jiān)控分系統(tǒng)根據(jù)生成的工作流程，以時間符合方式或事件驅(qū)動方式完成設(shè)備工作參數(shù)設(shè)置、設(shè)備配置組設(shè)置、自動化測試、自動化標(biāo)校和自動化捕獲跟蹤、戰(zhàn)斗報表形成等，有效減輕操作手的壓力，提高工作效率。1

測控資源重組為解決有限的航天測控資源與日益增加的航天測控需求的矛盾，采用測控資源重組技術(shù)是節(jié)約測控成本、圓滿完成多星測控任務(wù)的重要技術(shù)途徑之一。測控資源重組是綜合測控站為滿足多星、多任務(wù)測控需求而提出的通過動態(tài)調(diào)整或配置站內(nèi)資源以實現(xiàn)站內(nèi)測控資源效益最大化的一種測控站建設(shè)思路。

測控設(shè)備資源重組分為軟件重組和硬件重組。軟件重組指基帶設(shè)備的軟件重組，即在同一硬件平臺上通過動態(tài)加載不同軟件實現(xiàn)不同功能。硬件重組是多套天線、多套信道、多套多功能數(shù)字基帶在統(tǒng)一的監(jiān)控管理之下，利用射頻或中頻開關(guān)矩陣進(jìn)行組合配置使用的功能。重組后的測控設(shè)備由原來不同測控設(shè)備相應(yīng)分系統(tǒng)互聯(lián)重組形成功能完整的測控設(shè)備，具備獨立完成測控任務(wù)的能力，以滿足多類航天器測控需要。31