我国未来测控设备资源重组系统建设构想*

(北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094)

1 引 言

随着我国航天事业的发展，日益增多的航天发射任务和大量在轨运行的侦察、测绘、气象、通信、导航和遥感卫星对航天测控系统提出了越来越高的要求，有限的航天测控资源与日益增加的航天测控需求的矛盾逐渐突出。

为解决测控设备资源紧张的问题，我国通常采用在测控站增加测控设备的方法解决多星、多任务的测控问题，但这种解决方法会带来成本增加和资源浪费等问题。

测控资源重组技术是节约测控成本、高效利用测控资源、圆满完成测控任务的重要技术途径之一。我国在卫星测控任务越来越繁重的背景下，如何充分采用该技术，在利用有限成本的前提下，更好地完成日益繁重的航天测控任务，是必须认真研究的问题。

本文在介绍了测控资源重组的概念、优势之后，构想了我国未来测控设备资源重组系统的建设蓝图，为我国未来测控设备资源重组系统建设提供一定参考。

2 测控设备资源重组的概念及优势

2.1 测控设备资源重组概念

测控资源重组是综合测控站为满足多星、多任务测控需求而提出的通过动态调整或配置站内资源以实现站内测控资源效益最大化的一种测控站建设思路。测控设备资源重组分为软件重组和硬件重组[1]。

软件重组指基带设备的软件重组，即在同一硬件平台上通过动态加载不同软件实现不同功能[2]。

硬件重组是多套天线、多套信道、多套多功能数字基带在统一的监控管理之下，利用射频或中频开关矩阵进行组合配置使用的功能。重组后的测控设备由原来不同测控设备相应分系统互联重组形成功能完整的测控设备，具备独立完成测控任务的能力，以满足多类航天器测控的需要。同时，随着将来航天任务的增加，该硬件重组系统具备可扩充新设备的能力。

2.2 测控设备资源重组的优势

测控设备资源重组具备以下优势：

(1)软件重组实现了同一硬件平台上不同测量体制的灵活重构；

(2)单套设备可取消热备份设计，在多套设备中形成了n∶1备份模式，最大程度地提高了设备的利用率；

(3)站内多套测控设备重组，满足多星测控的同时，最大程度上减少了设备套量；

(4)实现了减员增效。

3 我国测控设备现状

随着软件无线电(Software Defined Radio,SDR)技术在我国的普及，目前基带设备的软件重组已经取得了迅速的发展，达到了国际先进水平；硬件重组也已经在多套型号设备上进行了成功的工程应用，但由于还存在一些因素的影响，硬件资源重组普及性还不是很高。

1998年开始，我国测控界就开始关注软件无线电技术，并开展了预先研究。2000年开始工程样机的研制，并于2003年成功研制出了我国测控领域的首台数字基带设备。该基带设备将遥控、遥测、测距、同控、模遥功能集成于一台工控机内，对外采用70MHz标准接口。随着我国软件无线电技术的迅速发展，目前完成了将遥控、遥测、测距、测速、数传、跟踪等功能全部集成于一台基带平台的技术攻关，并可通过现场或远程软件加载实现多种测量体制。软件重组技术在多个工程的测控设备上得到了广泛的推广和成功应用，我国在基带技术方面已经达到了国外先进水平。

在测控设备硬件重组方面，我国某些测控设备已经在总体设计初期考虑了这项技术，并实现了测控资源硬件重组，但硬件资源重组普及性还不是很高。我国测控设备硬件资源重组普及性不是很高的原因是：我国大部分测控设备是以工程为牵引，针对特定任务需求，在不同时期，由不同研制厂所分批建设的，测控设备都是分批按套独立建设，没有进行测控设备资源的重组设计。

我国测控设备建设的这种模式致使我国测控设备存在如下的一些问题：多套设备间可以互相利用的分系统经常进行重复建设;每套设备在中心都有一个客户机，不利于集中监控的发展;热备份设计使设备过于复杂;单套设备某分系统升级改造会导致整套设备一段时间无法工作。

我国测控设备建设中之所以存在以上问题，其原因主要有以下两点：

(1)未制定完善的测控设备标准化规范体系，在推行已有统一研制要求时的力度不够，容易受到各种个性要求的影响。随着技术的飞速发展，我国现行的测控设备标准化体系已经不能完全适应目前的测控设备，并且，由于测控设备使用单位多，各自对测控设备的使用有自己个性的要求。这些都导致了测控设备硬件接口、软件接口和界面的形式各异，这是影响我国目前测控设备无法重组的最大原因;

(2)伴随着航天事业的快速发展和新技术的不断涌现，测控系统必须紧跟卫星型号部门测控需求的变化，不断地修正地面测控系统的配置和技术参数。尽管测控系统在测控站总体设计过程中考虑了综合利用站内测控资源的问题，但这种亦步亦趋、紧跟型号部门逐步改造地面站的工作方式限制了真正意义上的站内测控资源重组的实现。

4 我国未来测控资源重组建设方案

4.1 测控资源重组系统组成框架

基于我国目前基带设备对外接口统一采用70 MHz中频，因此，我国未来测控资源重组系统在70 MHz 处利用开关矩阵实现测控天线和信道与基带部分的重组。随着器件和软件无线电技术的发展，中频可向射频扩展。

一个测控站根据任务需求，建设多套不同频段、不同口径的测控天线、多套基带设备。对其中同类型天线进行重组，而对于一些特殊要求的设备单独建设，整个站的组成示意图见图1。

图1 我国未来测控资源重组系统组成框架示意图Fig.1 The composition frame of China's future TT&C resource reconstruction system

测控资源重组系统中天线信道部分通过中频开关矩阵与基带连接，通过中频开关的切换，一套天线信道可以和任意一套基带连接，测控站监控分系统与各分系统通过网络连接。

监控分系统、时频分系统、测试分系统、标校分系统均为测控站共用设备，站内所有测控资源的调度在监控分系统的指挥下统一完成。

每套基带可以根据不同任务加载不同可执行软件，任意空闲基带设备可以担任任务基带设备的备份，在其中某套基带设备出现故障时，任意一套空闲的基带可以通过配置任务宏，继续完成任务。

监控分系统负责对全站设备进行集中管理，并负责自动运行流程的生成、管理、协调。

4.2 关键技术

我国未来若在大型测控站级实现大量测控设备的资源重组，还需在以下几个方面加强技术研究。

(1)测控设备的软硬件标准化

由于我国目前测控设备是针对特定任务，在不同时期、由不同研制单位研制，各个不同研制单位所研制的设备，甚至同一研制单位在不同研制时期所研制的设备其硬件及软件接口存在着很大的差异。而测控设备硬件及软件标准化是测控设备资源可重组的技术前提，否则无法通过大型中频开关矩阵进行天线信道与基带的任意切换，也无法通过系统监控对设备各单元进行监控。

现阶段，我们正在针对测控设备进行硬件及软件接口标准化工作，但由于我国测控设备长期处于各研制单位根据具体任务进行研制生产的阶段，接口之间存在较大差异，因此，加强测控设备软件及硬件标准化十分迫切。

(2)大型开关矩阵技术

目前，根据软件无线电技术的发展，我国测控设备只能在中频对测控信号进行数字化，信道通过中频开关矩阵与基带进行任意组合，开关矩阵的路数根据站内设备套量决定。

对于一个测控站，大型开关矩阵是实现测控设备资源重组的关键设备。目前，国内已成功在工程上应用了15×27的中频开关矩阵和2×8的射频开关矩阵，但对于更大路数的开关矩阵尚无工程应用，需要对此继续研究。

(3)监控分系统扩展技术

目前，我国测控设备在任何分系统进行改造升级时，都需要对监控分系统进行改造。而我们建设测控资源重组系统的同时，不可避免地将面临在已建成测控资源重组系统加入新设备的问题，若每次系统的升级都需要对监控分系统进行改造，在时间和经费上都是一种极大的浪费，也不符合测控资源重组的思想。如何建设可扩充的测控设备资源重组站监控分系统也成为关键技术之一。

(4)射频信号低损稳相传输技术

采用测控资源重组技术后，射频或中频信号低损稳相传输将成为测控资源重组面临的一个问题。目前，中频电缆低损稳相传输问题已经得到有效解决，但射频电缆的传输损耗仍然比较大，相位稳定性也比较差，并且损耗还随着频率的增大而增加。因此，射频信号的低损稳相传输将是一个需要继续研究的问题。

5 实施方案

测控设备资源重组是低成本、高效率完成多星多任务的技术手段，未来应在我国综合测控站进行推广实施，初步实施方案是：

(1)对目前的综合测控站进行分析评估，将已有测控资源进行有效整合，通过调研、设计形成已有测控设备进行资源重组的具体建设方案，并落实建设任务，建成我国的资源重组系统；

(2)建成后的资源重组系统需形成完整的设计和接入规范，作为后续测控设备研制的重要设计依据之一，以便新测控设备的顺利接入；

(3)当出现新的测控任务需要进行测控支持时，应对建成的资源重组系统性能进行综合分析评估，尽可能地考虑利用已有系统，仅进行必要的扩充性建设来满足新的测控任务要求；

(4)扩充的测控设备按照接入规范进行设计，正式接入资源重组系统时，应先对其进行接入验证，当确认其各项指标要求均符合接入规范后，方可正式接入资源重组系统。

6 结束语

目前，我国在测控设备软件重组技术方面已经达到了国际领先水平，并在测控设备工程应用上广泛推广了该技术。在某些测控设备的设计初期也考虑了硬件重组技术，并在工程应用上也实现了测控资源重组，但由于种种原因，测控设备硬件资源重组并没有得到有效推广。在我国航天事业飞速发展的今天，我国的大型综合测控站也越来越多，充分利用测控设备资源重组技术，将是利用有限经费完成日益繁重测控任务的一条有效技术途径。本文在介绍了测控资源重组技术的优势和我国测控设备的发展情况后，提出了我国未来测控资源重组系统的建设方案和实施方案，对我国未来测控资源重组系统的建设具有一定指导意义。

参考文献：

[1] 林华宝.国外卫星技术及应用现状与趋势[M].北京：中国宇航出版社，1998.

LIN Hua-bao. Foreign Satelliate Technology and Current Application Status and Trend[M].Beijing:China Astronautic Publishing House,1998.(in Chinese)

[2] 杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

YANG Xiao-niu,LOU Cai-yi,XU Jian-liang.Software Defined Radio :Principle and Application[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2001.(in Chinese)