都卜勒測速系統
正文
利用都卜勒效應測定飛行器徑向速度的無線電跟蹤測量系統。由地面向飛行器或由飛行器向地面發射固定頻率的等幅電磁波,因飛行器與測控站存在相對運動,接收信號的頻率與發射信號的頻率互不相同。其頻率之差就是都卜勒頻移。都卜勒頻移正比於測控站－太空飛行器方向上的速度分量，所以測出都卜勒頻移的大小，就可獲得目標對測控站的相對徑向速度。都卜勒測速系統有多種形式，按電磁波輻射源位置不同分為單程和雙程都卜勒測速系統；按信號源發射的頻率個數分為單頻和雙頻測速系統。單程都卜勒測速系統 由飛行器上的信標機（包括帶恆溫裝置的晶體振盪器、倍頻器和功率放大器）和地面接收設備（包括接收天線、鎖相接收機、都卜勒頻移提取器和測速終端設備）組成。信標機向地面發射無線電信號，由地面天線接收，直接測量飛行器到測控站間電波單程傳播的都卜勒頻移，從而得到距離變化率，即徑向速度數據。為了在飛行器接近和飛離測控站過程中在終端設備不出現都卜勒頻移的零值和負值現象，往往在實現都卜勒頻移提取時，人為地加入一個大於最高都卜勒頻移的偏置頻率，最後再從測量結果中減去這個頻率，得到真實的測速數據。這種系統的測量精度主要決定於飛行器上信標機的頻率穩定度。
雙程都卜勒測速系統 通常由地面發射機、地面接收機、發射天線、接收天線和飛行器上應答機組成。它是將發射、接收設備置於同一測點上，發射機經天線向飛行器傳送頻率高度穩定的信號，同時將這一信號送至地面接收機作為基準信號。這個信號經飛行器應答機轉發或飛行器反射返回到觀測點。由於太空飛行器與測控站之間存在相對運動，地面接收設備接收到的返回信號的頻率就不同於發射信號的頻率，將返回信號與基準信號比較即可得出信號往返雙程的都卜勒頻移（對應于飛行器到觀測點間距離變化率的兩倍），從而獲得飛行器的徑向速度。這種系統的測速數據不受信號源頻率漂移的影響。如果將發射設備和接收設備分置兩地，則接收設備所提取的信息是上行信號的都卜勒頻移與下行信號的都卜勒頻移之和，對應於上行與下行距離和變化率。如以設定在不同位置上的多站接收設備同時接收飛行器轉發或反射的信號，可得到多個距離和變化率。兩個距離和變化率相減可得到距離差變化率。這種系統通常採用多站體制。
雙頻測速系統 多使用單程雙頻測速系統，它的設備組成與單程都卜勒測速系統基本相同。太空飛行器上的信標機同時傳送兩個頻率成一定倍數關係的無線電信號，經地面同一接收機接收後，分別提取兩個都卜勒頻移並作相關處理，可以消除電離層對電磁波傳播速度的影響，提高測速精度。這種系統還可以在信標信號上調製遙測信號，使用同一條信道完成跟蹤和遙測兩種功能，特別適用於近地太空飛行器的跟蹤測量。
都卜勒測速系統所獲得的是徑向速度信息，在獲得初始距離的條件下將速度信息積分即可得到距離信息。距離信息的精度主要取決於初始距離的精度。初始距離可由其他精密測距設備提供，如雷射測距設備等。80年代已有雷射和都卜勒測速系統合一的光電多站測量系統。都卜勒測速系統可以是獨立的測量系統，也可以在連續波多站系統和微波統一系統中作為測速分系統使用。
