测控通信网的组成_天文知识_外空网

ufoman 发表于 2016-10-31 14:32:31

测控通信网的组成

从世界航天测控技术发展的水平讲，航天测控通信网由一般航天控制中心、分布在世界各地的若干航天测控站（包括海上测量船）以及空中空间测控平台（如测量飞机、跟踪与数据中继卫星等）组成。　　　　航天控制中心　　　　航天控制中心是航天器飞行的指挥控制机构。其主要任务是：实时指挥和控制分布在全球各地的航天测控站收集、处理和发送各种测量数据、监视航天器的轨道、姿态以及设备的工作状态，实时向它们发送控制指令，确定航天器的飞行轨道参数，发布其轨道预报等。　　　　航天控制中心由数据处理系统、软件系统、通信系统、指挥监控系统和时间统一系统组成。数据处理系统包含多台大型高速计算机和软件系统，实时处理或事后处理由各测控站汇集来的数据；软件系统包括管理程序、信息和数据处理程序等，控制中心通过计算机软件实施对整个测控系统和航天器的控制和管理；通信系统包括地面通信和空间（卫星）通信系统，由各种通信设备和数传设备组成，负责控制中心与各测控站、发射场、回收区之间的通信联络和数据传输；指挥监控系统由各种监控台、屏幕显示等设备组成，直观地显示各测控站的设备工作状态、航天器运行情况，使指挥控制人员随时掌握航天器的运行状态，并实时下达指挥命令和发出控制指令；时间统一系统由高精度时钟、标准时频信号源及相应的接口设备组成，为控制中心和各测控站提供标准时间和频率。　　　　航天测控站　　　　航天测控站（以下简称测控站）包括固定站和活动站两种类型。根据测控区域的要求，测控站分布在很广的范围，其布站可在本国境内，也可在全球任何适当的地点。　　　　测控站的任务是直接对航天器进行跟踪测量、遥测、遥控和通信等，它将接收到的测量、遥测信息传送给航天控制中心，根据航天控制中心的指令与航天器通信，并配合控制中心完成对航天器的控制。测控站也可根据规定的程序独立实施对航天器的控制。测控站的设备包括外测系统、遥测系统、遥控系统、通信系统、电视系统、时间统一系统、计算机系统以及辅助设备。外测系统是测控站的主体部分，其任务是对航天器进行跟踪测量，获取航天器的运动参数，确定航天器的轨道和位置。遥测系统的任务是接收从航天器发送的关于航天器上设备工作状态、空间环境参数和宇航员的生理信息等。电视系统接收有关载人航天器的动态作业情况，观察宇航员在航天器内和舱外的活动。　　　　测控站按其分布，有陆上测控站、海上测量船、空中测量飞机和跟踪与数据中继卫星四大类。　　　　中国从1967年开始建设自己的航天测控网，1970年正式投入使用。当初的航天测控通信网由西安卫星测控中心和若干个航天测控站、海上测量船以及连接它们的专用通信网组成。西安卫星测控中心，是中国航天测控网的信息交换数据处理中心、指控中心和通信中心。原址在陕西渭南，20世纪80年代中期，为适应我国航天事业的飞速发展和对外空间技术交流，于1987年迁至西安，并对设备进行了全面的更新。该中心由数据处理系统、通信系统、指挥监控系统和时间统一系统组成，可对不同轨道的卫星进行定轨、定姿和管理，并具有多种卫星同时管理的能力。当时的航天测控网中固定站有长春、闽西、厦门、渭南、南宁和喀什测控站；机动站有两个机动测控站和回收测量站；海上有三艘“远望”号测量船。建网初期，主要测量设备有单脉冲精密跟踪雷达、多普勒测速仪、光学测量设备和短波遥测设备等。70年代初成功地跟踪了中国第一颗人造地球卫星——“东方红”1号。后又增加了双频多普勒测速仪、超短波遥测系统、遥控系统和回收测量系统。从1975～1996年，对中国用一枚运载火箭发射的3颗卫星同时予以测控管理。80年代初，测控网增加了微波统一测控系统并设计了先进的地球同步轨道卫星测控应用软件，在历次的地球同步通信卫星发射中，测控网参加了主动段飞行测控，完成了过渡轨道段和地球同步轨道的测控并对卫星进行了包括轨道保持在内的长期测控管理。1988年和1990年，测控网先后圆满完成了对中国发射的第一颗和第二颗太阳同步轨道“风云”-1号气象卫星的测控任务。从1990年中国发射美国制造的“亚洲”-1号通信卫星起，中国航天测控网开始对中国承揽的国际商业性发射任务提供测控支持。中国航天测控网在技术上与国际上主要测控网渐趋兼容，可与之联网工作。　　　　随着载人工程的启动，航天测控网又进入了一个新的发展阶段，扩充改造了设备，更新了软件，在北京西郊数百公倾的土地上又建设了北京航天指挥控制中心，在山东组建了青岛测控站，在国外设立了卡拉奇站（巴基斯坦）、纳米比亚站、马林迪站（肯尼亚）及“远望”-4号船等，使整个网的测控能力有了新的质的飞跃。目前，参加载人飞船工程地面测控系统有北京航天指挥控制中心、酒泉卫星发射指挥控制中心、西安卫星测控中心、酒泉卫星发射中心、酒泉综合测控站、发射首区各光学站、山西兴县站、陕西渭南站、厦门站、新疆喀什站、和田站、巴基斯坦卡拉奇站、南非站以及位于三大洋的四艘“远望”号测量船等。通信系统有指挥通信、数据传输、天地通信、时间统一、实况电视监视及传输、语音通信、帧中继交换等系统。通信系统的主用网络和备用网络覆盖了整个中国和世界三大洋。采用Vsat和IBS/IDR体制卫星通信系统、SDH和PDH光纤传输、国防通信网、国家通信网、国际海事卫星通信系统及国际租用电路等多种传输手段，组成以北京卫星地球站、酒泉卫星地球站、西安卫星地球站为枢纽节点、北京航天指挥中心、东风中心、西安中心为骨干节点，其他各测控站（船）为用户节点的网状通信网络，提供高速度、多方向、多业务、高质量的传输路由。　　　　测控系统与通信系统有机结合，在火箭、飞船测控通信系统的配合协调下工作，共同完成对运载火箭和飞船的测控通信任务。　　　　那么，为什么要建立那么多的站呢？这是由于航天测控系统通信是以无线电微波传播为基础的，而微波信号又是直线传播，不能拐弯，由于地球曲率的影响，一个区域的测控站不可能实现对飞船的全程观测，因此只有用分布在全球不同地点的地面测控站“接力”才能完成测控通信任务。因此，一个国家无论在自己国家建了多少测控站，都满足不了大型航天任务跟踪测量的需要，因此，还需要在空中建立卫星观测与数据中继传输系统，或在大陆延伸之外的海洋上建立活动的测控站，鉴于各种原因所致，我国目前暂时还是选择了后者。这也是我国先后建造4艘海上航天远洋测量船的原因所在。　　　　我国的第一、二艘“远望”号航天测量船于1979年建成。1980年5月首次执行洲际导弹全程飞行试验的测量任务，获得了圆满成功。1982年10月“远望”号测量船第二次出海为水下潜艇发射火箭测量跟踪。1984年我国“远望”号测量船又完成了我国“长征”-3号运载火箭发射试验通信卫星的测量任务。1986年，“远望”号测量船经过技术改造，总体技术性能包括系统的可靠性、稳定性、协调性、实时性、快速性和自动化程度都有了很大提高，实现了标准化、系列化，提高了国内与国际的兼容能力。　　　　航天测量船比在陆地建造的测量站要复杂得多，工程庞大得多。“远望”-1号、-2号测量船的排水量21076t，首舷高184m，尾舷高155m。它的续航力为18万海里。“远望”号测量船有很强的适航性，能在南北纬60度间任意海域航行。“远望”-1号、-2号测量船配备了大量现代化的测量设备，装有单脉冲雷达、微波统一测控系统、双频测量设备、船载遥测系统、激光电影经纬仪、综合船姿船位系统、复示变形测量设备和中心计算机等。它们由时间统一勤务系统、气象系统和通信系统来保证其正常的工作。　　　　1995年底投入使用的“远望”-3号船是我国第二代综合性航天远洋测量船。全船集中了二十世纪九十年代科学技术精华，汇集了我国当今船舶、机械、电子、通信、气象、计算机等方面的先进技术，其硬件设施达到了国际先进水平。　　　　截止1998年8月，我国组建了4艘“远望”号航天测量船。20多年来，“远望”号测量船队经受过各种恶劣海况的严峻考验，40次远离国土到三大洋，42次出色完成了远程运载火箭、各种航天器发射的海上测控任务，安全航行八十余万海里，测控精度达到世界先进水平，走出了一条具有中国特色的海上测控之路，为我国航天事业做出了贡献。

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