航天遙測

航天遙測

遙測技術的重要套用,包括用遙測方法獲取太空飛行器飛行參量、太空人生理參量,以及科學探測和軍事偵察所得到的信息。

正文

太空飛行器的飛行參量包括火箭發動機的推力、點火時間和關機時間,太空飛行器的位移、速度、加速度、振動、衝擊、軌道、姿態、噪聲、過載和燒蝕,艙內的溫度和壓力,以及星載設備的電壓、電流、液位、流量等。獲取太空飛行器飛行時的工程參量,可以為改進太空飛行器的性能積累資料,並能利用內部工程參量(如太空飛行器的速度和加速度,發動機的點火時間和關機時間等),計算出太空飛行器的彈道(軌道),用以實時監控太空飛行器的運動。當太空飛行器發生故障時,地面測控站便發出自毀命令,使太空飛行器在空中炸毀。在航天測控中,常把這種利用遙測技術獲取太空飛行器內部工程參量來計算彈道的方法稱為內彈道測量,簡稱內測。而把套用雷達和電影經緯儀測量太空飛行器的位置、速度和加速度來計算彈道的方法稱為外彈道測量,簡稱外測。太空人生理參量有呼吸、脈搏、心率、心電圖及生活工作情況的電視傳真照片。用遙測方法獲取太空人生理參量,能監測太空人的健康情況,在發現有不正常的情況時由地面測控站發出指令,提醒太空人注意,並建議採取相應的應急救護措施。軍事偵察信息包括雷達的頻率、波形、數量和配置,軍用機場、港口和倉庫,飛彈發射場和軍事調動情況等。它是利用偵察衛星飛臨其他國家上空時用電子或光學方法收集情報,拍攝成多光譜照片或記錄在數字磁帶上,待衛星飛臨本國地面測控站時進行重放,或等衛星濺落時回收。科學探測信息極其廣泛,如地球大氣、磁場、輻射分布,其他星球附近及表面狀況等。它是利用太空飛行器飛臨被考察對象時用電子或光學的手段將要探測的信息以數據或圖像的形式實時發回地面測控站或記錄在多光譜膠片和數字磁帶上。

信息傳輸

 航天遙測的信息傳輸有三種基本類型:①實時信息傳輸。太空飛行器飛行參量和太空人生理參量的傳輸大多採用這種方式,科學探測和軍事偵察有時也採用這種方式。②記錄重放。太空飛行器採集的信息先拍攝成多光譜照片或記錄在數字磁帶上,待衛星飛臨地面測控站時進行重放,發回地面。③濺落回收。太空飛行器採集的信息均記錄在磁帶和膠片上,待衛星濺落時回收。航天遙測的信息傳輸往往同時兼用這三種方式。
由於太空飛行器與地面測控站之間距離遙遠,只有採用無線電傳輸。地面測控站收到的遙測信息非常微弱,信噪比小,信號失真大,必須採用數字糾錯編碼。航天遙測要傳輸的參量種類多,傳輸每一類參量各需一條通道。因此從信息傳輸的角度來說,航天遙測屬於多路傳輸,可用頻分制、時分制和碼分制來實現。航天遙測傳送的內容,不僅有參量信息,而且有圖像信息(240000比特/幀),信息量大,因此常利用信息的相關性對數據進行壓縮,以提高信道的傳輸效率。航天遙測還要求全天候工作,信息傳輸的可靠性要求很高,必須對空間通信進行專門的研究。隨著航天工業的發展,航天遙測的信息傳輸也得到迅速的發展。
航天遙測系統 航天遙測航天遙測系統是航天測控系統的一個分系統,它由傳送端和接收端兩部分組成(圖1)。傳送端在太空飛行器上,包括感測器、變換器、分路編碼器、記錄重放器和發射機,用來將太空飛行器內部的工作參量、太空人生理參量和科學探測信息傳送到地面測控站。接收端在地面測控站上,包括接收機、分路解碼器、記錄器、顯示器和數據處理器,用於實時記錄、顯示或處理,並可供事後研究處理之用。
航天遙測系統按功能分為10個基本組成部分。
① 感測器 用來測出被測對象的參量信息,並將其轉變為電量。
② 變換器 在感測器與分路編碼器之間起緩衝、匹配、線性化和補償的作用,有時還包括信源編碼器。信源編碼器中有模數轉換器和數據壓縮器。數據壓縮的目的是提高信道傳輸效率。
③ 分路編碼器 又稱信道編碼器。其作用是給基帶遙測信號某種附加特徵,以利於區分通路,並變換基帶信號的形式,增加傳輸過程中的抗干擾性。在時分制航天遙測系統中(圖2),時分器在每個周期內先後對各路連續信號Si(t)(i=1,2,…,n)採樣,產生時間上不重疊的脈衝信號。在調製器中進行脈幅調製、脈寬調製、脈位調製或脈碼調製。相加器給信號時間序列加上同步信號,以便接收端的時分器將收到的信號分路送往各通路的終端。在頻分制航天遙測系統中(圖3),由各路連續的信號Si(t)分別對不同頻率的副載波fi(i=1,2,…,n)進行調製,然後將各已調副載波相加後傳送出去。接收端對收到的信號用頻率濾波器區分通路。在碼分制航天遙測系統中(圖4),將一組參量信號Si(t)分別對一組正交函式波形Li(t)(i=1,2,…,n)進行調製。接收端對收到的信號利用函式的正交性來區分通路。為了提高信號傳輸中的抗干擾性,可在編碼過程中增加可控冗餘度,利用編碼碼元或碼組之間的相關性糾正錯碼。在航天遙測中常用雷德-所羅門碼作為糾錯碼(見編碼理論)。
航天遙測航天遙測
航天遙測航天遙測
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④ 記錄重放器 太空飛行器獲取的科學探測信息或軍事偵察信息除了採用實時信息傳輸的方式以外,也可以暫時記錄在多光譜照片或數字磁帶上,待太空飛行器飛臨地面測控站時進行記錄重放。
⑤ 發射機 被參量信號調製的副載波,即已調副載波,在發射機中進一步再調製載波,放大後傳送到地面測控站。
⑥ 接收機 地面測控站的接收機收到太空飛行器發來的遙測信號,經放大、變頻後,送到分路解碼器。
⑦ 分路解碼器 根據太空飛行器發來的不同制式的遙測信號採取相應的區分通路和解碼的方法,分離出各路遙測信號。
⑧ 記錄器 記錄需要事後處理和部分重要的實時處理參量
⑨ 顯示器 實時顯示太空飛行器的彈道(軌道)、太空飛行器內部工作狀態參量和太空人的工作生活情況,以便進行實時監控,及時發出指令。
⑩ 數據處理器 包括對收到的數據進行預處理,如數據的剪接,檢異,形式變換,消除固定誤差和平滑濾波等,以提高數據質量,節省數據處理時間。航天遙測的數據處理有兩種基本方式:實時處理(包括實時估算彈道和顯示太空人的工作生活情況)和事後處理(用於事後對各種遙測參量進行研究)。

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