运载火箭测控系统技术与发展

张维

摘要：针对中国新一代运载火箭发射轨道多样、外部环境日益复杂、上行控制和空间环境安全要求逐步提高等发展特点，以及高码率、高覆盖、高精度的测控需求，研究了人基测控、多音组合编码安控、高效遥测和测控数传一体化等几种运载火箭测控新技术的应用前景;从工程的角度，提出了中国运载火箭测控系统发展思路和人地一体化的测控体系结构;并就测控系统资源配置与使用模式、新型测控体制和测控手段、遥测和安控频段等重点发展方向简述了作者的观点。

关键词：运载火箭;测控系统;人基测控

1引言

中国的运载火箭测控系统是从导弹测控系统发展起来的，起步于20世纪50年代，经历了引进仿制、自主研发、提高发展等3个阶段。目前，现有的酒泉、太原、西昌3个航天发射场己圆满完成了180余次各型运载火箭发射任务，发射场和各射向任务航区拥有固定、车载、船载等85套光学和无线电测控设备，己形成比较完备的运载火箭测控系统。

2运载火箭测控新技术

新的测控需求促进了相关技术的研发和应用，近年来取得突破并逐步用于工程任务的新技术主要集中在以下几方面：

1）天基测控技术。

随着我国北斗二号卫星导航系统和天链一号中继卫星系统的建成运行，天基测控技术正成为大力推广应用的重点。UNSS（Ulobal Navigation Satel-lite场stem，全球导航卫星系统）在运载火箭上的成功应用，不但提高了整个飞行轨道的测量精度，同时也为简化航区的地而外测设备奠定了基础;而数据中继卫星的应用，将在大范围、长弧段内为运载火箭提供数据传输手段。“十一五”期问，突破了箭载S频段共形相控阵天线关键技术，并于2012年2次成功开展了CZ-3 A系列运载火箭遥测数据的中继卫星传输试验，传输速率256 kbit/s。目前，正在开展基于中继卫星Ka频段的运载火箭遥测数据传输关键技术研究，预期传输速率可达2-5M bit/s;同时，还将开展基于中继卫星系统的前向安控关键技术研究，解决地而安控覆盖能力有限的问题。

2）多音组合编码调频安控技术。

自20世纪60年代中国自行研制154一期安全遥控系统起，经过多年发展，尽管设备可靠性得到很大改善，但其调制体制一直没变。为进一步提高安全控制的可靠性，在新发射场建设中，参照美国主字母安全遥控体制，提出了一种改进型主字母安全遥控体制，即多音组合编码调频体制。该体制采用15单音选4组成1个字母，可定义1 365个字母，从中选择若十个字母组成1条指令。由于指令的每个字母是由特定的4个单音组合的，而靶场电磁环境很难产生特定的字母单音组合，因此，虚指令概率大大降低。

3运载火箭测控系统发展构想

针对新型、多类运载火箭的发展，测控系统也需要进行优化和发展，其总体思路是：进一步优化测控系统组成结构，大力推进新技术应用，合理发展实况景象测量，适当扩展运载火箭测控频段，构建手段多样、配置优化、性能最优、安全可靠的天地一体化运载火箭测控系统。

3.1运载火箭测控系统组成结构

我国己经建成了覆盖亚太区域的北斗二号区域卫星导航系统，以及东、中、西3星组网的准全球覆盖中继卫星系统。天基测控手段的成熟应用，将为地而测控系统的组成优化创造良好条件，未来我国运载火箭测控总体上采用天地基测控相结合的体系结构（图1）。天基主要采用中继卫星系统和以北斗二号导航系统为基础的UNSS测量手段，重点解决覆盖范围和全程测量精度问题。地基首区主要采用光学、雷达、遥测、遥控等手段，重点解决运载火箭发射初段中继天线覆盖受限，首区安全测量与控制问题;航区主要采用遥测手段，重点保证运载火箭飞行关键段的可靠监视问题，逐步弱化直至取消航区地而外测手段。

3.2新型测控体制的应用

1）积极推广多音组合编码调频安控体制在其他靶场的应用。建设中的海南发射场安全遥控己经采用多音组合编码调频体制，太原发射场也即将采用多音組合编码调频安控体制，该体制具有安全性好、可靠性高、抗十扰能力强的特点。测控系统计划在“十二五”末期启动酒泉发射场和西昌发射场安控换代，在“十三五”中期将安控体制全而更新为多音组合编码调频安控体制。

2）进一步完善测控数传一体化技术。上而级运载火箭测控的发展思路应与卫星测控趋于一致或兼容，有利于综合应用地而测控资源，这就要求技术体制要兼容几kbir/a到10Mbir/s的遥测信息传输，要适应上而级短时大数据量传输与卫星长期应用的特点。根据这种思路和需求，就是要发展箭星通用的测控数传一体化体制。“十二五”末期首先完成西昌和海南发射场发射任务S频段遥测设备和测控设备测控数传一体化改造，具备支持上而级运载火箭测控能力;同时，不断完善技术体制，适时在卫星中推广应用。

3.3合理增强实况景象测量能力

随着首区反射式动目标测量脉冲雷达、UNSS测量等无线电测量设备的使用，对光学设备弹道测量功能的需求逐步降低;而光学飞行实况景象测量功能具有无线电设备无法比拟的优势，能够直接反映运载火箭飞行状态，为任务指挥和故障分析提供更好的条件。因此，发射场光学测量设备功能将由弹道测量为主向实况景象测量为主发展，但因易受天气影响制约，将进一步加强红外测量手段的应用，实现由可见光测量向多谱段综合测量的转变日‘爪同时，支持运载火箭发展箭载高清图像测量，为运载火箭飞行状态判别及飞行故障识别、定位提供更为直观的依据。

4结语

由于我国运载火箭的标准化和型号的稳定性，使测控系统的技术体制和状态也保持了长期的稳定。当前，多类新型运载火箭正在研发，新的功能和应用形态不断出现，这必将带来测控需求的变化，而这种变化正是测控系统优化体系结构、发展技术体制、研究应用新技术、不断提高综合能力的驱动和机遇，也预示着新一代运载火箭测控系统将会很快出现。

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