運載火箭測控系統技術與發展

張維

摘要：針對中國新一代運載火箭發射軌道多樣、外部環境日益復雜、上行控制和空間環境安全要求逐步提高等發展特點，以及高碼率、高覆蓋、高精度的測控需求，研究了人基測控、多音組合編碼安控、高效遙測和測控數傳一體化等幾種運載火箭測控新技術的應用前景;從工程的角度，提出了中國運載火箭測控系統發展思路和人地一體化的測控體系結構;并就測控系統資源配置與使用模式、新型測控體制和測控手段、遙測和安控頻段等重點發展方向簡述了作者的觀點。

關鍵詞：運載火箭;測控系統;人基測控

1引言

中國的運載火箭測控系統是從導彈測控系統發展起來的，起步于20世紀50年代，經歷了引進仿制、自主研發、提高發展等3個階段。目前，現有的酒泉、太原、西昌3個航天發射場己圓滿完成了180余次各型運載火箭發射任務，發射場和各射向任務航區擁有固定、車載、船載等85套光學和無線電測控設備，己形成比較完備的運載火箭測控系統。

2運載火箭測控新技術

新的測控需求促進了相關技術的研發和應用，近年來取得突破并逐步用于工程任務的新技術主要集中在以下幾方面：

1）天基測控技術。

隨著我國北斗二號衛星導航系統和天鏈一號中繼衛星系統的建成運行，天基測控技術正成為大力推廣應用的重點。UNSS（Ulobal Navigation Satel-lite場stem，全球導航衛星系統）在運載火箭上的成功應用，不但提高了整個飛行軌道的測量精度，同時也為簡化航區的地而外測設備奠定了基礎;而數據中繼衛星的應用，將在大范圍、長弧段內為運載火箭提供數據傳輸手段。“十一五”期問，突破了箭載S頻段共形相控陣天線關鍵技術，并于2012年2次成功開展了CZ-3 A系列運載火箭遙測數據的中繼衛星傳輸試驗，傳輸速率256 kbit/s。目前，正在開展基于中繼衛星Ka頻段的運載火箭遙測數據傳輸關鍵技術研究，預期傳輸速率可達2-5M bit/s;同時，還將開展基于中繼衛星系統的前向安控關鍵技術研究，解決地而安控覆蓋能力有限的問題。

2）多音組合編碼調頻安控技術。

自20世紀60年代中國自行研制154一期安全遙控系統起，經過多年發展，盡管設備可靠性得到很大改善，但其調制體制一直沒變。為進一步提高安全控制的可靠性，在新發射場建設中，參照美國主字母安全遙控體制，提出了一種改進型主字母安全遙控體制，即多音組合編碼調頻體制。該體制采用15單音選4組成1個字母，可定義1 365個字母，從中選擇若十個字母組成1條指令。由于指令的每個字母是由特定的4個單音組合的，而靶場電磁環境很難產生特定的字母單音組合，因此，虛指令概率大大降低。

3運載火箭測控系統發展構想

針對新型、多類運載火箭的發展，測控系統也需要進行優化和發展，其總體思路是：進一步優化測控系統組成結構，大力推進新技術應用，合理發展實況景象測量，適當擴展運載火箭測控頻段，構建手段多樣、配置優化、性能最優、安全可靠的天地一體化運載火箭測控系統。

3.1運載火箭測控系統組成結構

我國己經建成了覆蓋亞太區域的北斗二號區域衛星導航系統，以及東、中、西3星組網的準全球覆蓋中繼衛星系統。天基測控手段的成熟應用，將為地而測控系統的組成優化創造良好條件，未來我國運載火箭測控總體上采用天地基測控相結合的體系結構（圖1）。天基主要采用中繼衛星系統和以北斗二號導航系統為基礎的UNSS測量手段，重點解決覆蓋范圍和全程測量精度問題。地基首區主要采用光學、雷達、遙測、遙控等手段，重點解決運載火箭發射初段中繼天線覆蓋受限，首區安全測量與控制問題;航區主要采用遙測手段，重點保證運載火箭飛行關鍵段的可靠監視問題，逐步弱化直至取消航區地而外測手段。

3.2新型測控體制的應用

1）積極推廣多音組合編碼調頻安控體制在其他靶場的應用。建設中的海南發射場安全遙控己經采用多音組合編碼調頻體制，太原發射場也即將采用多音組合編碼調頻安控體制，該體制具有安全性好、可靠性高、抗十擾能力強的特點。測控系統計劃在“十二五”末期啟動酒泉發射場和西昌發射場安控換代，在“十三五”中期將安控體制全而更新為多音組合編碼調頻安控體制。

2）進一步完善測控數傳一體化技術。上而級運載火箭測控的發展思路應與衛星測控趨于一致或兼容，有利于綜合應用地而測控資源，這就要求技術體制要兼容幾kbir/a到10Mbir/s的遙測信息傳輸，要適應上而級短時大數據量傳輸與衛星長期應用的特點。根據這種思路和需求，就是要發展箭星通用的測控數傳一體化體制。“十二五”末期首先完成西昌和海南發射場發射任務S頻段遙測設備和測控設備測控數傳一體化改造，具備支持上而級運載火箭測控能力;同時，不斷完善技術體制，適時在衛星中推廣應用。

3.3合理增強實況景象測量能力

隨著首區反射式動目標測量脈沖雷達、UNSS測量等無線電測量設備的使用，對光學設備彈道測量功能的需求逐步降低;而光學飛行實況景象測量功能具有無線電設備無法比擬的優勢，能夠直接反映運載火箭飛行狀態，為任務指揮和故障分析提供更好的條件。因此，發射場光學測量設備功能將由彈道測量為主向實況景象測量為主發展，但因易受天氣影響制約，將進一步加強紅外測量手段的應用，實現由可見光測量向多譜段綜合測量的轉變日‘爪同時，支持運載火箭發展箭載高清圖像測量，為運載火箭飛行狀態判別及飛行故障識別、定位提供更為直觀的依據。

4結語

由于我國運載火箭的標準化和型號的穩定性，使測控系統的技術體制和狀態也保持了長期的穩定。當前，多類新型運載火箭正在研發，新的功能和應用形態不斷出現，這必將帶來測控需求的變化，而這種變化正是測控系統優化體系結構、發展技術體制、研究應用新技術、不斷提高綜合能力的驅動和機遇，也預示著新一代運載火箭測控系統將會很快出現。

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