统一载波测控系统

第三章统一载波测控系统2020/1/251统一载波测控系统Unifiedcarrierobserveandcontrolsystem§3.1概述§3.2统一载波系统的工作原理及其组成§3.3统一载波测控系统中采用的新技术§3.4统一载波测控系统的应用作业与思考题第三章统一载波测控系统2020/1/252§3.1概述[Introduction]★在统一载波系统提出之前，测控系统多采用由功能不同的各种设备组合而成的“分离体系”。★统一载波测控系统：地面测控站和飞行器测控设备都采用一个载波、一个天线、一个公用信道设备来实现测控，即：在一个载波上用几个副载波调角，实现频分复用的几路信号的传输。从而实现测控中的多功能综合，即将测控的多种功能统一在一个载波上，故称为统一载波测控系统，又称为综合测控系统。当采用S频段（1.55~3.4GHz）载波时，称为统一S频段系统（USB，UnifiedS-band）。当采用C频段（3.4~8GHz）载波时，称为统一C频段系统（UCB，UnifiedC-band）。第三章统一载波测控系统2020/1/2533.1.1“统一”的基本原理[Basicprincipleof“Unified”]★“统一”的基本原理是基于频分制多路通信原理，遥测和遥控各用一个副载波传输（有时也增加语音副载波等其他信号），从而实现测轨（测距、测速、测角）、遥测和遥控（即TT＆C）三种功能的综合。★载波锁相环是统一载波系统的心脏，是实现它的技术基础。★特征：①测轨、遥测、遥控三类设备统为一体，频段统为一个。②采用伪码测距或多侧音测距技术，以实现无模糊测距。③飞行器定轨采用A.E.R单站定轨体制。第三章统一载波测控系统2020/1/2543.1.2统一载波测控系统的特点[Thefeaturesofunifiedcarriersystem”]一．统一载波并实现多功能综合二．减小飞行器上设备的体积、重量，且电磁兼容性好。三．作用距离远采用锁相接收技术，实现了随目标回波的多普勒频率变化的跟踪滤波，由于锁相环带宽窄，大大提高信噪比。采用连续波雷达体制和伪码测距，作用距离远并实现距离无模糊测距。四．简化了地面设备的维护、使用，同时节约了投资。五．已纳入国际标准，便于国际合作。六．具有中等的测距定位精度。采用单站定位体制（即A.E.R定位），较适合于近距离测轨定位，以及轨道航天器的定位（如卫星、飞船）。第三章统一载波测控系统2020/1/2553.1.2统一载波测控系统的特点[Thefeaturesofunifiedcarriersystem”]七．采用频分制所引起的组合干扰较大，且数据速率不能太高。频分制的一个主要缺点是组合干扰，包括多副载波和多载波的组合干扰。克服频分制组合干扰的一个办法是采用“时分制”，“时分制”传输的是数字信号，用不同的时间分路实现数据的传输，容量大。（“全时分”“全数字”的方案则是美国的TDRSS.）传输信息的副载波频率不能太高，因而数据速率不能很高——为此组成多载波系统，如“阿波罗”登月的USB系统。第三章统一载波测控系统2020/1/256§3.2统一载波系统的工作原理及其组成[Workingprincipleandcompositionofunifiedcarriersystem]★1966年，美国的阿波罗登月工程是统一载波系统最经典的应用。之前的“水星”和“双子星座”飞船测控网为分离测控系统。★阿波罗统一S频段测控系统。硬件：飞机应答机和地面系统：飞船上只用了一S频段应答机，地面只用了一套S频段地面站。“阿波罗”登月，包括两个航天器——指挥舱和登月舱，都采用了USB测控系统，有两个信号传输通道，一个是地面与登月舱之间的通道；另一个是地面站与指挥舱之间的通道。当登月舱在月球上着陆后，宇航员在月面行走时与登月舱的联系，通过一个背负式电台来实现。3.2.1统一载波系统的工作原理[Workingprincipleofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/257★阿波罗统一S频段测控系统。“阿波罗”指挥舱采用“多副载波”频分体制，各副载波的频谱不相重叠，接收时可用分路滤波器分开。“阿波罗”采用上行“双载波”，一个用于对指挥舱的测控；另一个用于对登月舱的测控，从而实现双目标测控。3.2.1统一载波系统的工作原理[Workingprincipleofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/258★一个完整的统一载波测控系统由14个分系统组成。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]1.天馈伺分系统★“天馈伺”是天线、馈源和伺服的简称。天馈伺分系统的作用是定向辐射和接收微波信号能量，通过角跟踪接收机检出角误差信号，连续稳定地跟踪目标，从而实时地跟踪测量出目标的角度位置。★主要技术要求：测角精度高，天线增益高。第三章统一载波测控系统2020/1/2592.发射分系统★发射分系统的作用是对载波信号进行调制和功率放大。★主要技术要求：输出功率和短期频率稳定度。3.接收分系统★接收分系统的作用是在强噪声背景中检测出微弱信号，并能以最小的失真复现信号。★主要技术指标：噪声温度、本振的短期频率稳定度、群时延漂移、角跟踪通道的相移及增益一致性、锁相环的最窄带宽和捕获灵敏度。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/25104.测距分系统★测距分系统的作用是测量出地面测控站与飞行器之间的径向距离。★主要技术要求：测距精度、最大无模糊测量距离、距离捕获时间。（最大无模糊距离由飞行器的最远距离决定，并用相应的最低频率侧音来保证）5.测速分系统★测速分系统的作用是测量出地面测控站与飞行器之间的径向速度。测量方法采用载波多普勒频率测量法。★主要技术要求：测速精度和测速范围。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/25116.遥测分系统★遥测分系统的作用是接收和处理由飞行器上遥测设备下发的遥测信号，并恢复遥测数据。★主要技术要求：误码率、最大码速率、可解调的最高副载波频率和调制解调方式等。7.遥控分系统★遥控分系统的作用是接收测控中心送来的（或本地应急产生的）指令或注入数据，调制到副载波上，再调制到载波上，通过天线实时或定时地向空间发射到飞行器应答机，经应答机解调出已调副载波，再二次解调出遥控指令（或注入数据）。控制执行部件以实现对飞行器的控制。另外，还能将遥控指令和教校验信息经下行信道反馈送回地面站，即经遥测完成校验作用。★主要技术要求：漏指令概率、虚指令概率、最大码速率、可解调的最高副载波频率和调制解调方式。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/25128.应答机★应答机是测控系统中的飞行器载设备，它与地面站协同工作，共同完成测距、测速、测角、遥测、遥控任务。★主要技术要求：捕获灵敏度、发射功率、频率捕获范围和捕获时间、距离零值漂移、发射信号的短稳以及体积、重量、耗电、可靠性等特殊要求。9.监控分系统★监控分系统用来对全系统进行监视和控制。监视的内容包括设备状态、工作参数、目标参数、设备配置情况和数据信息，并能进行数据处理格式编排与显示，实时打印全部控制指令；控制功能能实现远控、本控和分控，控制的内容包括：工作状态、工作参数、设备配置、测控系统对目标的捕获的控制和监视等。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/251310.时/频终端★时/频终端的任务就是将这些设备在时间上和频率上统一联系起来，使不同地点的测控站点在时间和频率上保持严格同步，并满足一定的精度和稳定度要求，从而使测得的数据有统一的时标和相干频率源。11.数据传输分系统★数据传输分系统是测控站的对外接口设备，负责收集和编排测控站测得数据和监控分系统的监视信息，并送往测控中心或其他有关部门；同时也将这些部门发送来的遥控指令（或其他注入数据），远程监控命令，以及测距、测速、测角的指令信号等发往测控站。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/251412.测试标校分系统★测试标校分系统的作用是进行系统的测角、测距标校系统性能测试、设备调试检查、系统大回路测试，以及系统的模拟演练等。13.电视跟踪分系统★电视跟踪分系统用作无线电信号中断时（如，通过等离子体“黑障”时。注：温度过高形成气体电离层，使通信失效的现象为黑障现象）的角跟踪；同时完成系统的角度和星体标校，可跟踪测量飞机上的光标和标校塔上的光标。14.数据记录分系统★模拟记录器或8mm旋转头数字记录器、热敏绘图仪。3.2.2统一载波系统的组成[Compositionofunifiedcarriersystem]第三章统一载波测控系统2020/1/2515★统一载波测控系统的主要任务是完成测控，因此系统工作程序首先是应建立目标和测控站之间的持续的双向通信链路，即实现系统对飞行器的捕获。全过程如下：3.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessofsystemcapture/acquisition]一．角度引导、搜索和截获★系统捕获的第一步是完成地面站对空中飞行器在角度上的截获，即使地面站的天线波束对准飞行器目标。第三章统一载波测控系统2020/1/25163.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessofsystemcapture/acquisition]一．角度引导、搜索和截获★角度引导：帮助实现角度截获目标的手段。★最常用的有计算机（又称数字）引导、宽波束雷达模拟引导、自带宽波束小天线（和测控天线装在同一个天线轴上）实现自引导。这些引导方式可以综合使用，以提高引导的成功概率。其互联关系：第三章统一载波测控系统2020/1/25173.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessofsystemcapture/acquisition]一．角度引导、搜索和截获1.计算机引导（数字引导）测控天线按计算机提供的角度数据和角度变化率运动。2.宽波束雷达引导用作角度引导的雷达，其波束宽，覆盖空域大，截获目标能力强。第三章统一载波测控系统2020/1/25183.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessofsystemcapture/acquisition]一．角度引导、搜索和截获3.角扫描截获方式角扫描截获方式的实现方法是使天线以多种形式在不同范围和方向进行机械扫描（也可用电扫），以覆盖目标轨道可能散布空域，扩大截获目标的范围。天线扫描速率满足的条件：a.可捕条件：波束照射目标的时间应大于跟踪接收机的频率捕获所定时间和系统判决时间。b.不漏捕条件：扫描速率和扫描范围还应保证飞行目标以最大穿越速度运动时，在扫描周期内不出现漏掉目标的现象。c.机构安全条件：天线的最大扫描速度还应控制在天线轴架结构允许的极限值以内，以确保天线伺服机构的安全。第三章统一载波测控系统2020/1/25193.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessofsystemcapture/acquisition]二．频率引导和频率捕获★地面站在完成对飞行器目标的角截获之后，就应进行对飞行器发回的信标频率的捕获。对于用锁相相干解调方式的跟踪接收机载波频率捕获锁定是完成自动角跟踪的先决条件。★为使测控系统的跟踪接收机能捕获锁定信标频率，通常在接收机中加频率扫描和频率引导来帮助捕获。第三章统一载波测控系统2020/1/25203.2.3系统捕获的工作过程[Workingprocessof