现代航天 测控原理 周智敏李企舜编著 国防科技大学出版祉
09901690 现代航天测控原理 62 周智敏李企舜编著 国防科技大学出版社 鄘閨围!!非 C0456022
图书在版编目(P数据 现代航天测控原理/周智敏,李企舜编著.一长沙:国防科技大学 出版社,1998.9 lSBN7-81024-4949 现代航天测控原理 ①周智敏②李企舜 l1④无线电②航天测控③教材 ⅤTN99 国防科技大学出版社出版发行 电话:(0731)455568邮政编码410073 责任编辑:徐飞责任校对:谢小伟 新华书店北京发行所经销 国防科技大学印刷厂印装 787X10921/16印张:15字数:346千 1998年9月第1版第1次印刷印数:1-2000册 定价:1800元
内容提要 本书主要讲述现代航天无线电测控的原理、技术及 测控系统,以原理介绍为主。重点介绍了航天无线电测 控信号,测速、测距、测角技术,遥测、遥控技术,统 测控系统等;并介绍了近年来出现的航天测控新技术, 如中继卫星系统、GPS技术及其在航天测控方面的应用 本书适合作为大专院校有关专业的教材,也可作为 从事航天测控工作的工程技术人员的参考书
前言 航天测控技术是航天技术的重要组成部分,测控系统则是航天飞行器正 常飞行必不可少的技术保障。 随着航天技术的飞速发展,航天测控技术也在发生着巨大变化,各种新 的、更先进的测控技术和测控系统不断出现,相比之下,以往的测控专业教 材已显陈旧,无法适应技术发展的新形势。为此,作者编写了本教材,旨在 较全面、深入地介绍现代航天测控原理及系统,并力求反映出当前航天测控 的新技术。 航天测控是一门综合性学科,涉及的技术领域广泛,本书侧重于介绍航 天飞行器的无线电测控。全书分为三部分第一部分(13章)是无线电测控 的基础篇;第二部分(4~7章)是常规测控技术篇,包括外弹道测量、遥测与 遥控、统一测控系统等;第三部分(8-10章)是测控新技术篇,重点介绍近 年来出现的天基测控系统,即中继卫星系统和GPS系统,它们代表着航天测 控技术发展的方向。 本书既可作为有关专业高年级本科生的教材,也可作为从事航天测控事 业的工程技术人员的参考书。在编与过程中,作者得到了国防科技大学有关 部门的鼓励和支持,老一代测控专业教员给予了无私的帮助,作者所在课题 组的部分教员、研究生为本书的录入、图表绘制付出了辛勤劳动,出版社的 徐飞同志在本书的编辑、修改过程中提出了许多宝贵意见,在此对他们及所 有帮助过我的同志表示衷心的感谢。由于作者水平有限,加之时间仓促,书 中疏漏及不当之处在所难免,诚望读者批评指正。 作者 一九九八年春于长沙
目录 第1章航天测控概论 空间环境及常用天文术语 .1.1航天器的空间飞行环境 .1.2常用天体名词解释 1.2常用坐标系及空间定轨方法 22588 12.1常用坐标系, 1.22空间定轨方法 13导弹、卫星飞行弹轨)道 13.导弹飞行弹道 933 32卫星轨道 .4航天测控系统… 第2章测控信号和信道设计 21引言 .21 22信号设计与毂波频率选择… 23测控基带信号…… 23.1基带信号的表示式与频域特性 27 23.2脉冲编码(PCM信号的产生 24基带信号对载波的啁角 25N个正弦与M个方波副载波对载波的调角信号… 2.5.1M个正弦副载波与M个方波对載波的调角信号的基本公式 35 2.5.2调角信号的带宽 38
26数字信号对副载波的调角 26.1FSK信号的产生与功率谱… 2.6.2移相键控信号的产生与功率谱……….… ddi 附录2.1随机脉冲序列的功率谱公式推导 附录2.ASK信号的功率谱密度 第3章信号的锁相接收与相干解调 3、!锁相接收机 3.1引言 3.1,2锁相接收机中的载波跟踪环 3.1.3信号调制对载波跟踪环的影响 3.14锁相接收杋中载波跟踪环性能分析 63 3.1.5锁相接收机的组成及设计举例.…… 32信号的相干解调 3.2.]相干接收与相于解调的概念, 76 3.2.2调相信号的相干解调…… 3.2.3调频信号的槽于解调. 32.4数字信号对副戟波调相信号的解调 录31推导门14(号-=0 附录32关于cos()的计算 第4章航天无线电测速 4!引言 42多普勒测速系统 43多普勒频率的提取与测量 44多普勒测速误差分析 45双频测速技术.…… 第5章航天无线电测距 5.l距离估计理论 52侧音测距 5.2.1侧音测距原理及测距精度 104 522准最优距离估计器 5.3仍码测距 7
5.3.】伪码的基本概念及其性质 532m序列 1 13 53.3复合伪随机码 534伪码(門N)距离跟踪接收机. 135 附录51特征多项式与序列周期的关系… 第6章航天遥测、遥控系统 61航天遥测系统 6.1.1遥测信号的基本理论 61.2遥测系统的组成和工作原理 61.3PCM遥测系统的同步技术… 62航天遥控系统 62.遙控系统的组成和工作原理、… 165 622遥控系统主要技术指标 第7章微波统一测控系统 7.|系统组成与x:作原理 7.1.1系统的基本组成 169 7.3,2地面测控站的工作原理…. 172 72角度测量和角度自跟踪 !74 7.2.!引导、捕获、角跟踪的概念 74 7.22角度测量原理 75 7.3微波统一测控系统举例 7.3.↓统一S波段系统的组成和工作原理 7.3.2“阿波罗”统一S波段系统 !84 第8章中继卫星系统和国外测控系统 8.中继卫星系统 82国外航天测控系统 8.2.1靶场测控系统与航天测控系统 8.22国外航天测控网 第9章全球定位系统及导航定位原理 9.IGPS的组成 92GPS定位原理
9、3导航接收机定位原理 205 第10章GPS测量技术及在航天测控中的应用 10.1多莒勒測量定位与载波相位测量定位…. 10.l.!多普勒测量定位 10.1.2戟波相位测量定位 10.2GPS相对定位 213 10.2.Ⅰ差分定位… 0.22伪距测量相对定位 103航速测定与时间测定, 0.3.1航速的测定… 220 10.32利用GPS测定时间 222 10.4GPS在航天测控中的应用… 参考文献 227
第1章航天测控概论 山i以米,人类就没有停止过探索宇宙空间的遐想和努力、但真儿邀义」的大事 业的开端是在第一次世界大战末期、以德网研制成功受制导的V2导弹为 我们将在地球大气层以外的宇宙空间的飞行称为航天,而相应的飞行器称为航犬 器。航天器分为无人航天器和载人航人器两大类,各种盯途的人遺地球卫尼、究间探测 器属无人航夭器,载人飞船、空间站、航夭飞机则为载人航天器 航犬技术对科学研究和国民经济的发展起着重要的作用,如孱通仁、卩导前 气象观測、大地测量、卫呈遥感等,山成为国民经济屮所不可缺少的。在小1.航 技术更显示出巨大的威力,部署在太空的各类侦察卫可将地而军事设置及大部队调动 怙况一览尢氽,卫星通信和卫导航为部队的指挥调动、精确定位提供∫抆术保障、各 种战略导弹则是现代化战争中远程精确打击的主要于段。在海湾战争中、以关国为首的 多国部队动用了几十颗卩星为其军事行动服务,为确保作战胜利起了重要作用。这表明 外层空间已成为继陆地、海洋和空中之后的第四战场,今后的战争,将是海、陆 人四维一体的战争 逦常将航天技术划分为航天运载器技术、航天器技术和航天测控术:大纠成部 分。本书以测控技杺为硏究对象。航天测控是保证航天器正常飞行所必不可少的技于 段、航人测控系统是指在航天飞行器飞行的各个阶段(发射、运行、收等)完对民測 逯和控制这两大任务的技术系统。航大測控系统的基本任务包含測量、控制和通信∴个 方徊 测量分成“外弹道测量”和“内弹道测量”两种。“外弹道测量”简称外澳.主要 内容是精密测量导弹与航天飞行器的飞行轨道参数,如坐标、速度、加速度等:“内弹 道测量”简称内测,主要内容是測量导弹和航天飞行器内部的T作状态、子航员的1物 参数、各种1程参数等等。从测量于段来看,有无线电测过和光学测量之分。个书重 点研究无线电外弹道测量技术 飞行器的控制也分为两类:一类是一次性控制、如在飞行器试验屮发生障、从 地面发控制指令使故障蝉“自毁”的安全控制指令、简称“安控”;另一类控制是飞 行器运行的指令控制,如星船的姿态控制、变轨、父会,对接、停靠及收等各种机动 挖制,这类指令控制称为遥控。 航天测控技术是随着航大技术的发隈而发展的,它与航大运载器技木、航大器木 的发展相辅相成。若从前苏联1957年发射篛一颗人造地球卫星算起,航大测控救术u 厉了40年的不断发展和变迁,从目前米看,航尺測控技术的发展呈现两人明显势 是各国航天测控网联网合作,这样可允分发挥各国測控資源的作川,降低航人任务的 煳控保囌費用;是向天其测挖系统发展,以往的航大测控网都是在地球長面设::吊
