航空航天测控技术概论.ppt

第八章航空航天测控技术概论;航空航天技术是20世纪对人类社会生活最有影响的科学技术领域之一，也是表征一个国家科学技术先进性的重要标志，而测控技术是航天航空中最重要的环节之一。

航空是指在地球周围稠密大气层内的航行活动。

航天是指在大气层之外的近地空间、行星际空间、行星附近以及恒星际空间的航行活动。但是，在地面发射航天飞行器或者当航天飞行器返回地面时，都要经过大气层；

特别水平起降的航天飞机，虽然主要活动在大气层之外的空间中，但其起飞和降落过程与飞机极为相似，就兼有航空和航天的特点。

所以从科学技术上看，航空与航天不仅是紧密联系的，有时甚至是难以区别的。;航空航天测控系统是指对火箭、导弹、卫星等飞行器的各个阶段进行跟踪、测量和控制的专用技术设施。

航空航天测控系统的测量分为两大类：

一类是精密测量飞行器的飞行弹（轨）道参数，如坐标、速度、加速度等，称为外弹道测量，简称外测；

另一类是测量飞行器内部的工作状态，如工作参数、有效载荷参数、宇航员生理参数等，称为内弹道测量，简称内测，亦称为遥测。

对飞行器的控制也可分为两大类：

一类是一次性控制，如对故障火箭、导弹实施“自毁”的安全指令控制，简称“安控”；

另一类是对飞行器运行情况的调整和控制，如对星船的姿态控制、变轨、交会及回收等各种机动控制。;8.1空间飞行器轨道;图8-1弹道导弹、人造卫星及宇宙飞船的轨道;1.弹道导弹的飞行弹道;2.人造卫星的发射轨道;8.2坐标系统与时间系统

8.2.1坐标系统及换算;2.地心轨道坐标系

地心轨道坐标系OX1Y1Z1如图8-5所示，坐标系的原点O为地心，基准平面是轨道平面，Y1轴的方向指向近地点（轨道上距离地心最近的点），X1轴位于轨道平面上，它的指向与飞行器在近地点上的运动方向一致，而Z1轴的指向应使坐标系构成右旋坐标系。;3.大地测量坐标系

大地测量坐标系的原点就是地心，基准平面为赤道平面，X′轴为零子午线平面与赤道平面的相交线，Z′轴为穿过北极点的轴线，而Y′轴的指向应使坐标系构成右旋坐标系。;4.测量坐标系

在对飞行器进??观测时，常采用测量坐标系。测量坐标系的原点OT就是地球表面上测控站或其它观测设备所在位置点，XT轴位于本地水平面上并指向正北方向，YT轴与本地垂线的方向重合，而ZT轴使坐标系构成右旋坐标系。;5.弹体坐标系;二、坐标变换;(2)坐标绕Y轴旋转PHI角度

(3)坐标绕X轴旋转SITA角度;2.坐标的平移

设坐标系OXYZ经平移后得到坐标系O1X1Y1Z1，空间任意一点P在两坐标系中的坐标分别为（x,y,z）和(x1,y1,z1)，若新坐标的原点O1在旧坐标系中的坐标为(x0,y0,z0)，那么坐标平移变换关系可表示为;8.2.2时间系统及换算;8.3空间定位的原理与方法;;;;4.距离和

R1为发站到目标距离，R2为收站到目标距离。设发站和收站间的距离为b，则目标位于以发站和收站为焦点，以b为焦距，长半轴为S/2的旋转椭球面上。;5.距离差

距离差r表示目标至发站与收站的距离之差。设发站和收站间的距离为b，则目标位于以发站和收站为焦点，以b为焦距，距离差为r的旋转双曲面上。;6.方向余弦

方向余弦指目标和基线上坐标原点的连线与基线间的夹角的余弦，如图8-16(a)所示。若方向余弦为，则目标位于一张角为的水平锥面上。该水平锥面在如图坐标系中的方程为;7.高度(高程)h

若已知高度h，则目标位于水平面上。其方程为;8.3.2几种典型的几何定位方法;1.RAE定位方法

精密跟踪脉冲雷达以及加装激光测距装置的光电经纬仪一般可测得每一时间点上目标的R、A、E，故可以单站独立定位。设单台雷达测得目标的距离、方位角和俯仰角值分别为R、A、E。

速度和加速度参数可由多个时间点的位置参数通过一次微分和二次微分平滑求得。;2.3定位方法;3.角度交会定位法;8.4航空航天测控技术

8.4.1测控信号与信道设计;二、信号设计与载波频率选择

1.基带信号的设计

(1)当指令、遥测、数传等信息需要采用抗干扰编码及误差控制时，应对原始信息进行变换；

(2)对某些信息（如指令、数传等）进行加密时，应对原始信息进行变换；

(3)当要求与其它消息一起对同一射频载波进行多重调制时，为满足其相容性，应对原始信息进行变换；

(4)在原始信息中增设地址码或其它辅助信息时．有时也要改变原始信息的形式。;2.副载波组合方式的选择

(1)测距信号的选择

对于以连续波方式工作的微波统一测控系统，测距信号有三种形式：

纯侧音测距信号

纯二进制的随机码测距信号（以下简称全码系统）

混合