我國新一代運載火箭遙測系統發展

毛尊富 黃小春 趙海龍

【摘 要】基于我國新一代運載火箭提出的無毒、無污染、可靠性高的要求，根據成熟型號積累的成熟經驗，我國遙測系統又提出了新的測試發展方案。包括系統設計方案、遙測信道傳輸方案、遙測參數測量方案、遙測地面系統方案等。各種統一化、標準化的思想在我國新一代運載火箭遙測技術中得以實現，其創新的各項技術在遙測地面測控技術中具有深遠意義。

【關鍵詞】新一代運載火箭 遙測系統 發展 統一標準化

1 引言

遙測系統是運載火箭系統中重要的組成部分，遙測技術對運載火箭的發展起著重要的作用。隨著新一代運載火箭的相繼立項，總體對遙測系統提出了更高的要求和更高的可靠性，新一代的航天遙測人在成熟型號遙測系統的基礎上提出了我國新一代運載火箭遙測系統的發展方案。

2 運載火箭遙測系統概述

運載火箭遙測系統是運載火箭電氣系統之一，是運載火箭的一個組成部分。它的主要功能包括：

（1）獲取地面試驗及飛行試驗數據，為火箭設計評定提供依據。遙測系統提供了寶貴的實測數據，特別是飛行試驗的遙測數據，其完整性和真實性是任何地面仿真試驗獲得的測試數據難以與之相比的。

（2）為故障分析、設計和生產工藝改進提供依據。火箭在飛行試驗中，由于設計不周、零部件可靠性不高、人為差錯以及有些試驗事先無法在地面進行等原因發生故障時，必須依靠遙測系統提供的數據，迅速查清故障的部位及起因，采取措施進行補救。同時，遙測數據還為進一步提高火箭的可靠性指明方向。

（3）測定火箭內外的環境參數，為及時預報和判斷火箭是否完成運載任務提供依據。環境參數的獲得對于驗證火箭各部件環境適應能力，檢查各種防護措施的有效性，制定規范化的環境條件和試驗方法都是極為重要的。

3 運載火箭遙測系統原理

遙測系統利用箭載傳感器、變換器等采集各種電量、非電量參數送往采編單元，中心程序器對幀格式進行編程控制，經調前濾波器送往發射機，由發射天線發送出去。地面接收設備將S頻段天線捕獲到的PCM/FM的微弱射頻信號，經過極化電橋形成左、右旋極化信號，再經過放大濾波分路后形成兩對射頻信號通過高頻電纜饋分送到兩個射頻組合、經混頻、濾波、放大，輸出中頻信號分送給兩個分集接收機，再經中頻濾波放大、調頻解調、增益控制、視頻濾波放大等，將PCM視頻信號送解調設備及磁記錄設備，最后由地面微機完成數據處理，并將結果加以記錄或顯示。

4 現役運載火箭遙測系統存在的不足

現今我國運載火箭遙測技術雖然已經相對較為成熟，但仍然存在一定的不足，歸納起來主要有以下幾個方面：

（1）我國沒有統一的遙測測試技術和管理體制、測試標準。系統總線、系統結構以及硬件設備選型，測試軟件運行環境均不統一，使系統標準化和通用化程度低，造成測試系統種類繁多和低水平系統的重復研制，研制周期長。

（2）我國的航天測控技術經過多年的發展，已經建立了與國際標準一致的采用S頻段的統一載波地基測控網，承擔著并較好地完成了我國各類航天器從發射到入軌多個階段的測控任務，但也暴露出覆蓋率低、測軌精度低、跟蹤過程復雜、地面站通信網復雜以及運行維護費高等問題（例：每次發射都要派出遙測船以跟蹤接收遙測信號）。

（3）由于遙測測試系統綜合化，功能和性能要求也不斷提高，目前的遙測測試系統機動性、靈活性，可靠性和穩定性不能滿足需求。測試平臺不統一，還未實現自動化測試，數據判讀仍然需要大量設計人員，還未實現自動判讀，系統結構及測試復雜度高。

（4）衛星導航測量只能用到GPS導航系統，未能兼容中國自主研制組建的BD-2（北

斗）系統。遙測系統對全箭參數的測量與傳輸速度、容量、精度有待提高。

（5）人工智能測試技術，故障診斷技術和分析水平低、試驗期間故障的分析和隔離主要靠技術人員的經驗，需要不斷重復試驗尋求規律，定位精度低、不能滿足使用要求。

5 新一代運載火箭遙測系統發展方向

針對以上現役火箭存在的問題，為了滿足總體對新一代運載火箭高可靠性的設計要求，提出了我國新一代運載火箭遙測系統如下方案，用來滿足未來新型號的遙測系統要求。

5.1 系統設計

我國新一代運載火箭遙測技術采用PCM-FM體制、2個S波段點頻完成全箭參數的測量與傳輸，并采用S波段天基測控子系統完成遙測數據中繼傳輸。采用衛星導航+地面雷達兩種測量模式完成火箭的外彈道測量，衛星導航測量主要基于GPS，并兼容BD-2（北斗）和GLONASS（GPS）。地面雷達測控采用單脈沖雷達測量加光學測量模式。無線安全控制采用多音組合調頻體制。

系統設計時充分貫徹一體化設計思想，在地面統一測控方面進行了一體化設計，實現了整個系統的供電、配電控制、系統狀態測試、流程控制、地面測控的一體化。

5.2 遙測信道傳輸

為滿足總體需求，遙測系統采用高碼率傳輸技術來完成全箭參數的測量與傳輸，由此在信道傳輸方面及基帶數據綜合方面引入了相應的關鍵技術。

根據總體遙測參數，對遙測需求進行了初步統計和估算。全箭參數包括總體、環境和動力系統的遙測參數。傳輸示意圖如圖1所示。

3 遙測參數測量

遙測系統需要測量的參數主要分為電量參數和非電量參數兩大類，電量參數指被測參數以電壓或電流形式表現的遙測參數；非電量參數指被測參數以非電量的其它物理量形式表現的遙測參數。

5.3.1電量參數類型以及測量方案

（1）控制系統1553B總線數。遙測系統通過總線適配器完成電氣隔離及數據格式轉換后插入到遙測PCM數據流，總線適配器是控制系統1553B總線上的一個遠程終端和總線監視器（MT&RT）。控制系統總線數據為三冗余傳輸，測量系統采用一個總線適配器，將數據插入點頻2的PCM數據流。

（2）控制系統異步串行總線數據。遙測系統通過RS485數字量變換器接收控制系統速率陀螺RS485接口數據、增壓控制壓力傳感器RS485數據后插入到遙測PCM數據流。遙測系統通過RS422數字量變換器接收故檢系統RS422接口數據后插入到遙測PCM數據流。

（3）控制系統非總線數據。主要包含一次電源電壓、慣組電壓、28V帶電時間指令、脈沖計數等，采用電量變換器（模擬量變換器、指令變換器、數字量變換器）進行隔離與信號調理。

（4）故檢系統測量參數。主要包含一次電源電壓、帶電時間指令、RS485總線接口等，采用電量變換器（模擬量變換器、指令變換器、數字量變換器）進行隔離與數據接收。

（5）測量系統自身測量參數。對于0～5V電壓參數，可以直接進行采編；對于大于5V的參數，通過電量變換器調理后再采編。

5.3.2非電量參數類型及測量方案

遙測系統需要測量的非電量參數包含總體、環境、動力系統的振動、沖擊、噪聲、過載、溫度（熱流）、壓力、液位、位移、拉力等，這些參數規模大，分布廣，遍布全箭各個角落。為提高測量精度，降低傳輸誤差，遙測系統采用“就近采編”原則，將數據采編單元盡可能靠近測點位置，減少箭上電纜重量。

為提高數據源的測量精度，測量系統從對傳感器設計與傳感器應用兩方面開展工作。在傳感器設計方面，分析新型號測量需求，并結合現有型號傳感器中存在的問題與薄弱環節，開展傳感器優化選型分析，充分借鑒其它型號成果。在傳感器應用方面，結合型號需求，遙測系統開展了噪聲傳感器的比對及環境適應性驗證試驗。

在不增加系統信道容量的基礎上，為提高速變參數的采集精度，采用過采樣與數字濾波技術對部分振動參數進行采集。這種技術在提高采集精度的同時可以降低對變換器的帶外衰減要求。

在滿足總體要求的前提下，為提高遙測系統無線信道的利用率，遙測系統對噪聲參數采用無損壓縮方法后進行采編，壓縮去除率不小于50%。

5.4 遙測地面系統

遙測系統地面測試系統進行一體化和遠距離測控設計。地面測試系統是一個分布式系統，在空間布局上分為前端和后端兩部分，前、后端通過光纖通信，如圖2所示，在系統中集成應用了測試總線、局域網技術、光通信技術、服務器集群、組態軟件、數據實時處理與發布等多種技術，采用統一測試平臺，實現自動化測試，對測量數據進行實時處理與發布，進行自動判讀，降低測試復雜度，簡化系統結構，實現整個系統的優化設計，更好地適應基于活動發射平臺的“三垂”測發模式和遠距離測控模式。

地面測試系統從功能上分為地面供配電設備（包括指揮控制）、遙測地面檢測、天基地面檢測、數據處理與服務幾個部分。通過統一規劃設計，地面測試設備得以簡化，具備自動化測試和自動判讀功能，設計必要的手動干預及應急控制通道，運用視頻監測、數據遠程監測等手段，實現了前端測試無人值守，提高了安全性。

為適應在今后新發射場的工作環境，遙測系統地面測試設備，尤其是布置在前端的設備應采取抗惡劣環境的措施，如抗振動、沖擊、噪聲，進行“三防”處理等，以便更可靠地為靶場發射服務。

6 結語

各種統一化、標準化的思想在我國新一代運載火箭遙測技術中得以實現，其創新的各項技術在遙測地面測控技術中具有深遠意義，在可靠性性能和技術先進性方面均領先于所有型號同類系統，達到國際先進水平，具有廣闊的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]于志堅.對我國遙測技術發展的思考.遙測遙控，2003.

[2]李巖，蔡遠文.基于1553B總線的新型運載火箭測試技術研究.計算機測量與控制，2005.

[3]李邦復等.遙測技術（上、下）.宇航出版社，2005，10.

[4]張亞波，楊曉明.運載火箭的遙測系統關鍵技術分析.中國科技信息，2013.