中國衛星測控網

中國衛星測控網，是中國跟蹤測量和控制太空飛行器的地面系統。由西安航天控制中心、9個航天測控站、若干陸上活動測控站、兩艘測量船以及連線它們的測控通信網構成。

建網初期主要測控裝備有微波雷達、超短波都卜勒測速儀和光學設備，以及雙頻都卜勒測速儀、超高頻指令遙控系統和微波統一系統等。航天測控是反映一個國家綜合科技實力的重要標誌之一。作為當今世界最尖端的領域之一，航天測控涉及天文、天體力學、空間控制技術、電子信息、數值計算等多個尖端學科。

70年代初成功地跟蹤了東方紅1號衛星；1975年10月準確地控制返回型遙感衛星返回到預定場區；1984年4月，保證了中國第一顆地球靜止軌道試驗通信衛星的發射。信息管理、指揮、控制機構總部位於西安市。

基本介紹

• 中文名：中國衛星測控網
• 外文名：China Satellite Monitoring and Control Network
• 套用領域：航空航天
• 主要功能：跟蹤測量和控制太空飛行器
• 主要構成：測控站、測量船、測控通信網
• 總部：西安航天控制中心

發展歷程

中國衛星測控網由西安衛星測控中心和若干測控站以及遠洋測量船組成。西安衛星測控中心是中國衛星測控網的通信樞紐、指揮控制中樞和數據處理中心。由於西安衛星測控中心是中國衛星測控網的管理機構，通常也以西安衛星測控中心泛指中國衛星測控網。

20世紀60年代末開始建設，初期位於陝西省渭南地區，建設初期完成了中國的第一顆人造地球衛星（1970）和第二顆人造地球衛星(1971)的跟蹤、測量任務以及初期中國試驗通信衛星的變軌、定點的跟蹤、遙測、遙控任務。

80年代中遷至西安，經過擴建到80年代末，西安衛星測控中心已具有能對多個衛星同時進行實時跟蹤測量和控制的能力，並且具有任務後分析和軟體開發的能力。測控中心由中心計算機系統、監控顯示系統、綜合通信網、時間統一勤務系統及相應的研究室組成。中心計算機系統是由多台高性能計算機經由星形耦合器與乙太網連線而成。具有較高的可靠性，較強的處理能力，並配有多星測控系統軟體。監控顯示系統是面向指揮人員和工作人員給出太空飛行器的各種參數的各種設備組合，由大螢幕的圖像顯示和表格顯示、X-Y記錄器顯示、各種台式螢幕顯示器以及監控台等組成。

艱難起步

當已開發國家投入極大物力財力爭相發展之時，我國卻只能以有限投入艱難起步。參與中心組建的科技人員回憶，“組建之初，許多人甚至連計算機是什麼模樣都沒見過，一切都要從頭學起。幾乎每個夜晚，大家埋頭苦學到深夜，煤油燈熏得所有人都是紅眼睛、黑鼻孔。”就在大山腳下幾間借來的屋子裡，他們編製成了“東方紅一號”衛星軌道計算、軌道預報、數據處理等一整套測控方案，當 1970年4月“東方紅一號”衛星成功發射後，他們準確預報衛星飛臨世界244個城市上空的時間和方位，在太空樹起第一座“牧星”里程碑。

不懈奮鬥

從“牽引”衛星返回地面到將衛星定點於36000公里高空，從控制回收載人飛船到同時管理數十顆衛星，西安衛星測控中心數十載自力更生、奮力拚搏，實現了一個個歷史性跨越。

衛星在太空中出現一個微小故障，就有可能導致壽命的終結。而事實是，由於航天事業的高風險，衛星故障時常發生。2001年，及時排除太陽能帆板故障，使危在旦夕的某通信衛星重新恢復功能；2002年，奮戰六晝夜搶救超期服役的某資源衛星；2003年，某海洋衛星告急，採用緊急測控方案，準確注入指令，使衛星恢復安全狀態；2007年，歷經60天連續奮戰，使某導航試驗衛星起死回生。

“很多衛星的搶救難度之大技術之複雜都是世界之最。” 中心主任董德義說，“太空應急處置能力正是我們測控能力的最突出體現之一。”

伴隨著一次次妙手回春化險為夷，伴隨著一次次創新突破精測妙控，西安衛星測控中心圓滿完成6次“神舟”飛船、100餘顆衛星的發射測控、回收和在軌管理任務，為我國航天事業建立起一座座不朽的豐碑。

美國、俄羅斯等國都是在全球布網，對太空飛行器進行全時段測控，而我國航天測控網覆蓋率還不到這些國家的五分之一。以遠遜於已開發國家的資源和設備，達到同等測控能力，這正是航天測控事業的中國特色。

“從體系到技術、從巨觀到微觀，無一不需要創新。”中心技術部副總工程師余培軍說，“沒有任何一本教科書能學到航天測控怎么發展，每一次進步都可以說是一次重大突破。”

他們創造出獨特的航天測控體系，固定站與移動站相結合，衛星測控網、飛船測控網和深空測控網於一體的航天測控網，實現了測控網“以太空飛行器控制語言為基礎的中心遙控透明控制模式”。這種新模式，使得只敲動幾下鍵盤，就能在短時間內向衛星傳送所需要的指令。

硬體不足靠軟體、靠策略，一直是中心發展進步的法寶。正是因為自主創新，使他們的很多測控解決方法在世界上獨一無二。

他們提出了測控資源最優分配策略與算法，新研製了6大類數百萬行測控軟體，具備同時支持三個發射場發射的衛星早期測控任務的能力；他們獨立研發的精密定軌系統，將定軌精度提高到米級；超同步轉移軌道衛星四次變軌技術、同步衛星雙星共位技術和高精度位置保持技術，有效節省了衛星燃料、延長了衛星壽命，使軌道控制精度由數百米提高到幾十米；改進衛星姿態算法，將同步軌道段定姿精度提高到0.03度以內，使定姿精度達到國際先進水平……

中心的綜合測控能力持續攀升，中國的航天測控事業也在持續不斷的創新中實現著歷史性的跨越。

不斷進取

1984年，當我國準備發射第一顆地球同步軌道通信衛星時，西安衛星測控中心只有4台電晶體計算機，總記憶體量不如一台286微機。而已開發國家測控這種衛星時，使用的是當時最先進的、運算速度每秒百萬次以上的高性能計算機。

嚴格說來，當時中國不具備測控這種衛星的能力。然而，科技人員用科學的測控計畫、靈巧的總聯程式、精細的軟體設計，來彌補計算機處理速度不夠和記憶體不足的缺陷。經過反覆試驗，他們通過4台計算機並聯，套用新的測控方案和測控軟體，滿足了通信衛星的測控需求，確保了任務圓滿完成。

不久，國外航天專家到中心參觀時，認為中國人一定把設備藏起來了——他們怎么也不相信，複雜測控是由眼前的4台“老古董”完成的。

這4台被稱為“功勳計算機”的故事，一直流傳到今天，成為中國航天測控人知難而上創造奇蹟的一個縮影。

如果都等到條件具備才發展，中國的航天測控就無從發展。只要祖國的航天事業提出新需求，測控人就能利用現有條件想方設法實現。

近年來，中心設備面臨的任務成倍增長。他們採用平台化、組件化設計方法，構建了具有高度重組能力，適應多星並行測控的功能分散式測控軟體平台，具備了同時執行兩顆衛星實時任務和一顆衛星任務準備的能力，具備了40顆以上衛星的長期管理能力，使測控能力再次實現了歷史性的躍升。

回首40年風雨征程，中心黨委書記張勝勤深有感觸：“今天的成就來之不易，其中重要的一條就是自主創新，以有限資源創造無限可能，不僅是一種經驗，更是一種追求，一種精神。”

組成

中國衛星測控網是一個可以兼容近地衛星測控和地球同步衛星測控的衛星測控系統。它包括以下7 個專業系統。

(1) 跟蹤測量系統

利用無線電跟蹤測量設備對衛星實施跟蹤測量, 獲取衛星距離( R )、方位角( A )、俯仰角( E )、距離變化率(T) 等運動參數, 用以確定衛星的軌道要素(也稱軌道根數)。

(2 ) 遙測系統

利用無線電遙測設備接收和解調衛星的遙測信號, 從而獲取衛星的工程參數和探測參數。

(3) 遙控系統

利用無線電遙控設備向衛星傳送遙控指令, 從而控制衛星的運動和工作狀態。

(4 ) 數據處理系統

由計算機硬體和軟體組成。計算機分為測控中心計算機、測控站計算機和測控設備的微型計算機三級。測控中心計算機為大型計算機構成的計算機群, 擔負複雜的實時和事後數據處理任務, 測控站計算機為小型或微型計算機, 主要用於數據匯集和交換, 也有一定數據處理能力; 測控設備的微型計算機系測控設備的終端, 主要用於數據錄取和自動化監測。

( 5) 通信系統

由線路終端、數據傳輸終端、交換設備和通信鏈路組成。通信鏈路有有線鏈路、無線鏈路和衛星通信鏈路。通信方式有話音、電傳電報、傳真、數據傳輸和電視圖像傳輸。

( 6) 時間頻率系統

由定時設備、信號產生器和頻標源組成。中心與各站的時間頻率系統均與陝西天文台發播的標準時間信號進行比對, 從而保證了全測控網的時間同步。

( 7) 指揮監控系統

由語音調度設備、監視顯示設備、鍵盤、指令機等組成。用於匯集、顯示測控網、測控設備和太空飛行器的工作狀態, 為指揮人員和分析人員提供信息, 並傳送指揮命令和控制指令。

主要測控站

按照性質、任務之不同, 中國衛星測控網中的測控站可分為以下三類：

(1) 固定式近地衛星測控站

長春、南寧、喀什三站為固定式近地衛星測控站。主要測控 設備有VHF/ UHF統一測控設備、雙頻都卜勒測速儀、遙測 解調設備、遙控設備、單脈衝雷 達等。VHF/UHF統一測控設備採用信道綜合技術，兼有測量 R、A、E、T、遙測、遙控功 能，測距變化率誤差不大於0.1 米/秒。單脈衝雷達測距誤差不 大於10米、測角誤差不大於0.2密位、測距離變化率誤差不 大於0.2米/秒。

南寧測控站即將配置S波 段統一測控設備，上行頻率 2025〜2120兆赫，下行頻率 2200〜2300兆赫，體制與技術指標與國外同類設備相同。

渭南、閩西、廈門三站為固 定式近地衛星/地球同步衛星測 控站。渭南、閩西站主要測控設 備有雙頻都卜勒測速儀、遙測解 調設備、遙控設備、C波段統一 測控設備、C波段引導儀等。C波段統一測控設備兼有測量 R、A、E、T、遙測（編碼遙測 與模擬遙測）、遙控（指令控制 與同步控制）功能。該設備天線 口徑10米，載波調製方式上行 為PM/FM，下行為PM，測 距採用偽碼、側音混合體制。測 距隨機誤差不大於10米，測角 隨機誤差不大於0.15密位，測 距變化率誤差不大於0.03米/ 秒（上行調相）。

渭南、廈門站年內將配置國 際標準C波段統一測控設備。 該設備上行頻率為5925〜6425 兆赫，下行頻率為3700〜4200 兆赫，天線口徑15米，測距採用數字式側音體制，技術指標與 C波段統一測控設備基本相同。

(3)機動式測控站

第一活動站、第二活動站和 回收測量站是3個機動測控站。 第一、第二活動站可根據需要在 適當地方展開，以彌補衛星測控 網和運載火箭航區測量之空缺。 這種活動站的主要測控設備有機 動式VHF/ UHF統一測控設 備和機動式單脈衝雷達。其中第 一活動站的單脈衝雷達系高機動 數字式跟蹤測量雷達，其性能與 美國AN/ MPQ-39雷達相 當。回收測量站負責衛星再入艙 再入大氣層後的測量和再入艙的 搜尋、回收。該站配置有回收測 量雷達、直升機載無線電定向設備等。

遠洋測量船在執行衛星測控 任務時也納入衛星測控網內，作 為衛星測控網的一個重要組成部分。

衛星測控要點

從1970 年4 月24 日中國發射第一顆人造衛星東方紅一號到1990 年底, 中國衛星測控網圓滿完成了30顆衛星的測控任務。以返回式遙感衛星和同步通信衛星的測控為例說明西安衛星測控中心及其所屬測控站的測控要點。

1、 返回式遙感衛星的測控

入軌段：測控中心向測控站傳送引導信息。測控站對衛星進行跟蹤測量和接收解調遙測數據, 並實時向測控中心傳送。測控中心實時判斷衛星的入軌狀態，確定衛星的初軌根數。根據需要, 測控中心指揮測控站對衛星實施控制。

運行段：衛星每次升軌，降軌過程均由測控中心組織有關測控站進行跟蹤測量和接收解調遙測數據，測控中心進行實時處理。

測控中心組織有關測控站對衛星實施控制，包括向星載計算機進行數據注入。衛星每次出境，測控中心均進行軌道改進計算、軌道預報計算和回收落點計算，上述各種計算均採用先進而成熟的方法，從而達到較高精度。

回收段：衛星回收前一圈,測控中心指揮有關測控站對衛星進行控制，使衛星啟動回收程式。

衛星回收控制由測控網與星上控制系統共同完成。衛星進入回收圈，測控中心指揮第一活動站和第二活動站分別向衛星發出調姿指令和兩艙(衛星儀器艙和再入艙) 分離指令。兩艙分離後，儀器艙在軌道上繼續運行，再入艙則在測控系統的控制下重返大氣層。

再入艙進入大氣層後降落傘系統啟動，再入艙乘降落傘下降。位於四川中部的回收測量站利用直升機載無線電定向設備和地面測量雷達對再入艙進行跟蹤測量，並實時預報再入艙落點座標。再入艙著陸後，回收測量站會同研製單位回收再入艙。

我國發射的12 顆返回式遙感衛星的回收均取得圓滿成功，它表明我國衛星測控系統在回收測量、計算、控制方面具有較高的精度和可靠性。

2、同步通信衛星的測控

主動段：測控中心匯集測控站(船) 的跟蹤測量數據和遙測數據，實時監視運載火箭的飛行情況。

轉移軌道：衛星入軌後，測控中心及時計算衛星軌道要素和姿態參數。在衛星運行中，測控中心利用測控站(船) 獲取的跟蹤測量數據和遙測(模擬遙測和編碼遙測) 數據，對衛星的軌道要素、姿態參數和轉速反覆計算。當需要控制時，測控中心計算出控制量，實時發往測控站，由測控站利用遙控和同步控制設備對衛星實施控制。控制包括軌道控制、姿態控制和轉速控制。控制目的是使衛星逐漸具備遠地點發動機點火條件。

在“ 點火圈”的遠地點, 測控中心指揮測控站發出遠地點發動機點火指令, 遠地點發動機點火，衛星獲得速度增量，脫離大橢圓轉移軌道，進入準同步軌道。

準同步軌道：對衛星實施軌道控制，使衛星建立適應的漂移速度，向定點位置漂移。當到達定點位置後，實施“ 定點捕獲” 控制，使衛星實現同步定點。

同步軌道：利用遙控指令打開衛星通信轉發器。測控系統配合衛星通信系統對衛星進行“在軌測試” 。

在衛星壽命期內對衛星進行長期測控管理，包括衛星定點保持、姿態保持、工作狀態控制、星蝕期間能源管理等。

中國衛星測控網在對同步通信衛星的測控中充分體現了精度高、可靠性高、自動化程度高、測量信息利用率高等特點。

西安衛星測控中心

功能

西安衛星測控中心（以 下簡稱測控中心）的主要功能：實時制定測控計畫（也稱測 控策略），實施多星（6顆衛 星）測控自動調度；匯集測控站、測量船所獲取 的衛星、運載火箭的跟蹤測量數 據、遙測數據，並進行實時處理和事後處理；確定衛星的軌道要素和姿態參數，進行星下點軌跡計算和發 布觀測預報；對衛星的運行和工作狀態進行監視，生成控制指令，對測控網的工作狀態進行監視和控制；完成返回式衛星的回收和長 壽命衛星的長期測控管理。

組成

測控中心以數據處理系統為主體，此外還有指揮監控設備、 通信設備、時間頻率設備和保障備、設施等。圖1與圖2分別 為該中心外景與指揮大廳，在此只介紹數據處理系統等主要部分。

(1)數據處理系統 數據處理系統主要包括計算機硬體和測控套用軟體。

計算機硬體包括3台NCI 2780 計算機、2 台 VAX 8700 計算機、若干VAX-Ⅱ計算機 及大量外部設備。3台NCI2780 計算機和兩台VAX 8700計算 機經乙太網（Ethernet)構成局 域網。物理上，5台計算機用 CI經星形耦合器構成VAX群 集；邏輯上，其中2台NCI 2780計算機在群集之外按雙工 方式運行，起前端機的作用。各計算機間的通信採用乙太網和 CI鏈路兩種手段，二者互為備 份，從而提高了系統的可靠性與 處理能力。2台前端機通過通信 控制處理器（CCP)、通信鏈 路，與測控站計算機組成遠程計算機網。

測控套用軟體根據測控對象 可分為近地衛星測控軟體和地球 同步衛星測控軟體。根據軟體性 質又可分為以下4類：①實時軟體：包括信息交換、軌道計算與 預報、姿態計算、控制量計算、 監視顯示等軟體。②事後處理軟 件：包括跟蹤測量數據事後處理 和遙測數據事後處理等軟體。③ 多星測控軟體：包括多星計畫生成、多星自動調度、人機接口、 系統配置管理等軟體。④仿真軟 件：包括測控網工作狀態模擬、 衛星動力學模擬等軟體。

(2)指揮監控設備

測控中心的指揮監控設備有 語音調度匯接機、可程式指令機和專用監視顯示設備。專用監視 顯示設備包括主處理機、顯示處 理機、視頻分配器、顯示終端 (顯示屏、大螢幕投影儀)、鍵盤 和硬考貝設備，可顯示圖形、圖 像、字元、曲線等。該監視顯示 設備具有畫面放大、縮小、迭 加、漫遊功能和人機對話功能。

指揮大廳除布置了供指揮人 員和分析人員使用的大量顯示屏外，還有5個大螢幕投影儀。屏 幕尺寸為3x2.2 (平方米），為 玻璃微珠螢幕。

(3)通信設備

測控中心具有有線通信設 備、無線單邊帶通信設備和衛星 通信地球站。衛星通信地球站有 13米站和12米站，可利用國內通信衛星和國際通信衛星進行通 信。為與外國測控網聯網工作創 造了有利條件。

信息交換

測控中心與發射場、測控站 (船）的信息交換關係如圖3所示。通信規程採用高級數據鏈路 規程（HDLC)。