Recommended
More Related Content
Similar to 第11章 航天器遥测遥控分系统.ppt
More from furexpose
More from furexpose (11)
第11章 航天器遥测遥控分系统.ppt
- 4. 11.1 概述 4 遥测遥控系统属于自动化技术的重要分支，它是在自动控制、 传感技术、微电子技术、计算机技术和现代通信技术的基础 上不断完善和发展起来的，在国民经济、科学研究和军事部 门有广泛的应用。 最早的遥测遥控系统是利用齿轮系等机械传动方式测量转速， 测控范围只有几米。后来采用流体耦合方式（液压或气动）， 测控范围扩大到几百米。1957年苏联发射第一颗人造地球卫 星以后，遥测遥控技术随着航天技术的发展得到迅速的进步。
- 7. 11.2 遥测遥控系统结构 7 遥测遥控系统是由两个分系统组合而成的有机整体。由于遥 测遥控的方法不同、技术要求不同、被控对象不同，因此遥 测遥控系统具有多种型式。 记录器 显示器 计算机指 令发声器 反变换器 变换器 执行器 变换器 反变换器 传感器 被测对象 被控对象 遥测信道 遥控信道 控制端 被控端
- 11. 11.3 遥测分系统——系统组成 11 • 用来测出被测对象的参量信息，并将其转变为电 量。 传感器 • 在传感器与分路编码器之间起缓冲、匹配、线性 化和补偿的作用，有时还包括信源编码器。信源 编码器中有模数转换器和数据压缩器。 变换器 • 给基带遥测信号某种附加特征，以利于区分通路， 并变换基带信号的形式，增加传输过程中的抗干 扰性。 分路编码 器 • 暂时记录在多光谱照片或数字磁带上，待航天器 飞临地面测控站时进行记录重放 记录重放 器
- 12. 11.3 遥测分系统——系统组成 12 • 进一步再调制已调副载波（被参量信号调制的副 载波），放大后发送到地面测控站。 发射机 • 地面测控站的接收机收到航天器发来的遥测信号， 经放大、变频后，送到分路译码器。 接收机 • 根据航天器发来的不同制式的遥测信号采取相应 的区分通路和译码的方法，分离出各路遥测信号。 分路译码 器 • 记录需要事后处理和部分重要的实时处理参量。 记录器
- 13. 11.3 遥测分系统——系统组成 13 • 实时显示航天器的弹道（轨道）、航天器内部工 作状态参量和宇航员的工作生活情况，以便进行 实时监控，及时发出指令。 显示器 • 对收到的数据进行预处理，如数据的剪接，检异， 形式变换，消除固定误差和平滑滤波等，以提高 数据质量，节省数据处理时间。航天遥测的数据 处理有两种基本方式：实时处理（包括实时估算 弹道和显示宇航员的工作生活情况）和事后处理 （用于事后对各种遥测参量进行研究）。 数据处理 器
- 14. 11.3 遥测分系统——作用 14 • 为航天器性能评定和设计改进提供依据 1 • 为故障分析提供数据 2 • 为航天器是否完成飞行计划提供数据依据 3 • 为航天器遥控及其他分系统提供反馈信息 4 • 为地面站提供监测数据 5
- 15. 11.3 遥测分系统——特点 15 • 被测参数多，系统复杂 1 • 作用距离范围大，格式编排复杂，采用的新技术多 2 • 系统可靠性要求高 3 • 具有快速反应能力 4 • 系统冗余备份力度大 5
- 20. 11.3 遥测分系统——分类 20 一 • 频分制遥测系统 二 • 时分制遥测系统 三 • 码分制遥测系统
- 21. 11.3 遥测分系统——分类 21 频分制 • 频分制遥测系统一般都要进行二重调制或三 重调制。 • 目前采用的频分制遥测系统，其副载频的调 制方式大都采用调频制，因为调频制抗干扰 性能好，遥测精度也容易得到保证。在设计 时尽量减少路际干扰，用增大频偏来提高信 噪比；另一方面又要考虑在保证传输精度的 条件下满足测量路数的要求。 • 频分制遥测系统的理论和设计方法相当完善。
- 23. 11.3 遥测分系统——分类 23 时分制 • 在发送端，时分开关即转换开关按照定时电 路给出的顺序完成信道间的转换，而采样电 路按定时电路产生的定时脉冲对所有要传输 的信号采样。 • 在接收端使用的定时电路必须与发送端同步， 并由此定时电路来控制时分开关接入不同的 信道，这样就可以把各路信号分离开来，然 后把各路信号的采样值分别通过低通滤波器， 就可以恢复成原来的信号。
- 24. 24 低通 滤波器 低通 滤波器 低通 滤波器 低通 滤波器 传输门 传输门 传输门 时序逻 辑电路 同步 产生器 综 合 器 脉 冲 调 制 器 低 通 滤 波 器 选通门 选通门 选通门 同步提 取电路 时序逻 辑电路 解调器 解调器 解调器 f1(t) f2(t) fN(t) (1) (2) (N) (1x2) (N) (1x2) (N) (N) n(t) ∑ 信道 (1) (2) f1(t) f2(t) fN(t) n1(t) n2(t) nN(t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- 25. 11.3 遥测分系统——分类 25 码分制 • 码分制遥测是以不同副载波码型（或波形） 结构划分遥测信号。 • 在发射端，各路调节器的输出经采样保持分 别调制自相关性非常强而互相关性非常弱的 周期性序列函数，相加后形成组合信号去调 制载波。 • 在接收端，经载波解调恢复出组合信号，再 和本机产生的相应周期序列进行相关性解调， 在序列函数周期内积分便取得各路信号的采 样值经低通滤波器恢复出原信号。
- 26. 26 S1(t) 相 加 器 发 射 机 接 收 机 无线 通道 X X Sn(t) X 正交函数 发生器 L1(t) … … …Ln(t) …… X 同步信号 发生器 正交信号 发生器 L1(t) … … …Ln(t) X X …… …… ∫ ∫ S1(t) Sn(t)
- 27. 11.3 遥测分系统——体制 27 • 航天器遥测系统还分为两类体制：一类是PCM（Pulse Code Modulation）遥测系统，在过去几十年中主要采用； 另一类是分包遥测系统，将逐渐成为主流体制。 PCM • 信息信号的一种特殊调制方式，包含采样、量化 和编码。在进行多路传输的PCM遥测系统中，数 字信息以及用于PCM遥测的特定帧同步码组等信 息按一定的格式由程序控制器完成格式控制，形 成串行的PCM码元序列。由于串行的多路信息以 帧长为周期出现在帧同步码组之后，PCM遥测信 息呈现具有一定周期的数据结构叫帧结构。
- 30. 11.3 遥测分系统——体制 30 • 航天器遥测系统还分为两类体制：一类是PCM（Pulse Code Modulation）遥测系统，在过去几十年中主要采用； 另一类是分包遥测系统，将逐渐成为主流体制。 分包 • 分包遥测是将从空间获得的源数据以标准化和高度自 动化的方式传输到用户的一种遥测数据传输结构的机 制和规约。 • 分包遥测建议书叙述下列两个过程：1) 由航天器上的 源应用过程产生的空间任务数据，传送到地面的分布 式用户应用过程，即：端—端传送。2) 数据的传递通 过空间数据获取网完成。该网由航天器、射频链路、 测控站、地面通信线路和任务控制中心组成。
- 31. 11.3 遥测分系统——体制 31 • 航天器遥测系统还分为两类体制：一类是PCM（Pulse Code Modulation）遥测系统，在过去几十年中主要采用； 另一类是分包遥测系统，将逐渐成为主流体制。 分包 • 随着航天器上信源的自主性和随机性越来越强，很多应用过 程能够产生数据包，且不同应用过程源包有不同的数据发生 率和包长，这就要求遥测系统具有动态组织这些数据包的能 力，因此分包遥测体制更适用于自主性强的多信源、多应用 过程的情况。分包遥测不但可以大大提高遥测能力和信道利 用率，更可以很好适应不同任务的需求，实现高柔性和低成 本，尤其对于具有高度随机性的故障数据，只有用分包才可 能实现有效的遥测数据传输。
- 32. 32
- 35. 11.4 遥控分系统 35 早期的航天器遥控信息只有开关命令这一种形式，如设置电 源通断、信号通断等。随着航天任务的日益复杂，遥控的概 念逐渐拓宽为上行数据传输。在遥控用户接口方面，对于相 对简单的任务，三种基本的指令格式如下： (1) 低层次的开关指令，用于置位或者复位的双稳态脉冲。 (2) 高层次的开关指令，操作自锁继电器或者射频波导切换的 高功率脉冲。 (3)数据注入，这些是完全数字化的语言，可用于如对星载计 算机中的存储器进行重新分配，或者设置姿态控制分系统中 的寄存器。
- 36. 11.4 遥控分系统——系统组成 36 航天器遥控系统通常由监控台、指令产生器、指令传输设备、 执行设备、被控对象和监测系统等组成。 指令 产生器 指令传输 设备(发) 指令传输 设备(收) 执行设备 PSK PCM 监控台 监控系统 （收） 监控系统 （发） 被控对象 控制端 被控端
- 38. 11.4 遥控分系统——作用 38 • 在卫星的入轨和运行阶段，遥控系统的作用是对卫 星姿态、运行轨道及星载设备进行控制和调整 1 • 在轨的航天器通过遥控系统提供的上行链路进行星- 地时钟比对，星上计算机指令、程序和数据的输入 2 • 在航天器返回段，遥控系统需对其进行姿态调整、 反推火箭点火和返回舱分离等控制 3 • 由于运载载人飞船的火箭不允许装自毁装置，因此 安全遥控系统便成了唯一的安全控制手段 4
- 39. 11.4 遥控分系统——特点 39 • 少则几十条，多则上千条。通常将指令条数与指令 长度合称为指令容量，指令容量可达几百万字节。 指令 条数 多 • 相对弹(箭)安全遥控而言，航天器遥控工作时间长， 且多次重复使用，因此要求具有更高的保密性 工作 时间 长 • 为节省航天器上测控设备的种类和数量，并减小干 扰，大多采用统一信道体制，工作在S频段或C频段 统一 信道 体制 • 航天器是远距离惯性飞行，无火焰影响，所以利用 功率较小的发射机与高增益定向天线配合，即可完 成远距离航天器的遥控任务 作用 距离 远
- 44. 11.4 航天测控网 44 北京航天控制中心 发射场指控中心 西安卫星测控中心 测 测 控 站 控 站 应用站 应用 信息 中心 图 我国的航天测控地面系统
- 47. 11.4 航天测控网 47 天伺馈 测速 (A/B) 测距 (A/B) 测角 (A/B) 遥测 (A/B) 遥控 (A/B) U S B 射 频 信 道 卫星/微波 远程用户/测控中心 时统 H U B 主机 （甲） 主机 （乙） 监控显示 子系统 双 工 控 制 台 模拟器 不间断电源 网管 工作站 图 典型地面站的配置
- 48. 11.4 航天测控网 48
- 49. 49 谢谢各位！