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(jù)成熟型號積累的成熟經驗，我國遙測系統(tǒng)又提出了新的測試發(fā)展方案。包括系統(tǒng)設計方案、遙測信道傳輸方案、遙測參數(shù)測量方案、遙測地面系統(tǒng)方案等。各種統(tǒng)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(xiàn)，其創(chuàng)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(tǒng) 發(fā)展 統(tǒng)一標準化

1 引言

遙測系統(tǒng)是運載火箭系統(tǒng)中重要的組成部分，遙測技術對運載火箭的發(fā)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(tǒng)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(tǒng)的基礎上提出了我國新一代運載火箭遙測系統(tǒng)的發(fā)展方案。

2 運載火箭遙測系統(tǒng)概述

運載火箭遙測系統(tǒng)是運載火箭電氣系統(tǒng)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(shù)據(jù)，為火箭設計評定提供依據(jù)。遙測系統(tǒng)提供了寶貴的實測數(shù)據(jù)，特別是飛行試驗的遙測數(shù)據(jù)，其完整性和真實性是任何地面仿真試驗獲得的測試數(shù)據(jù)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(jù)?；鸺陲w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(fā)生故障時，必須依靠遙測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(huán)境參數(shù)，為及時預報和判斷火箭是否完成運載任務提供依據(jù)。環(huán)境參數(shù)的獲得對于驗證火箭各部件環(huán)境適應能力，檢查各種防護措施的有效性，制定規(guī)范化的環(huán)境條件和試驗方法都是極為重要的。

3 運載火箭遙測系統(tǒng)原理

遙測系統(tǒng)利用箭載傳感器、變換器等采集各種電量、非電量參數(shù)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(fā)射機，由發(fā)射天線發(fā)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(shù)據(jù)處理，并將結果加以記錄或顯示。

4 現(xiàn)役運載火箭遙測系統(tǒng)存在的不足

現(xiàn)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(tǒng)一的遙測測試技術和管理體制、測試標準。系統(tǒng)總線、系統(tǒng)結構以及硬件設備選型，測試軟件運行環(huán)境均不統(tǒng)一，使系統(tǒng)標準化和通用化程度低，造成測試系統(tǒng)種類繁多和低水平系統(tǒng)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(fā)展，已經建立了與國際標準一致的采用S頻段的統(tǒng)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(fā)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(fā)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(tǒng)綜合化，功能和性能要求也不斷提高，目前的遙測測試系統(tǒng)機動性、靈活性，可靠性和穩(wěn)定性不能滿足需求。測試平臺不統(tǒng)一，還未實現(xiàn)自動化測試，數(shù)據(jù)判讀仍然需要大量設計人員，還未實現(xiàn)自動判讀，系統(tǒng)結構及測試復雜度高。

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

斗）系統(tǒng)。遙測系統(tǒng)對全箭參數(shù)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(guī)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(tǒng)發(fā)展方向

針對以上現(xiàn)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(tǒng)如下方案，用來滿足未來新型號的遙測系統(tǒng)要求。

5.1 系統(tǒng)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(shù)的測量與傳輸，并采用S波段天基測控子系統(tǒng)完成遙測數(shù)據(jù)中繼傳輸。采用衛(wèi)星導航+地面雷達兩種測量模式完成火箭的外彈道測量，衛(wèi)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(tǒng)設計時充分貫徹一體化設計思想，在地面統(tǒng)一測控方面進行了一體化設計，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的供電、配電控制、系統(tǒng)狀態(tài)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(tǒng)采用高碼率傳輸技術來完成全箭參數(shù)的測量與傳輸，由此在信道傳輸方面及基帶數(shù)據(jù)綜合方面引入了相應的關鍵技術。

根據(jù)總體遙測參數(shù)，對遙測需求進行了初步統(tǒng)計和估算。全箭參數(shù)包括總體、環(huán)境和動力系統(tǒng)的遙測參數(shù)。傳輸示意圖如圖1所示。

3 遙測參數(shù)測量

遙測系統(tǒng)需要測量的參數(shù)主要分為電量參數(shù)和非電量參數(shù)兩大類，電量參數(shù)指被測參數(shù)以電壓或電流形式表現(xiàn)的遙測參數(shù)；非電量參數(shù)指被測參數(shù)以非電量的其它物理量形式表現(xiàn)的遙測參數(shù)。

5.3.1電量參數(shù)類型以及測量方案

（1）控制系統(tǒng)1553B總線數(shù)。遙測系統(tǒng)通過總線適配器完成電氣隔離及數(shù)據(jù)格式轉換后插入到遙測PCM數(shù)據(jù)流，總線適配器是控制系統(tǒng)1553B總線上的一個遠程終端和總線監(jiān)視器（MT&RT）?？刂葡到y(tǒng)總線數(shù)據(jù)為三冗余傳輸，測量系統(tǒng)采用一個總線適配器，將數(shù)據(jù)插入點頻2的PCM數(shù)據(jù)流。

（2）控制系統(tǒng)異步串行總線數(shù)據(jù)。遙測系統(tǒng)通過RS485數(shù)字量變換器接收控制系統(tǒng)速率陀螺RS485接口數(shù)據(jù)、增壓控制壓力傳感器RS485數(shù)據(jù)后插入到遙測PCM數(shù)據(jù)流。遙測系統(tǒng)通過RS422數(shù)字量變換器接收故檢系統(tǒng)RS422接口數(shù)據(jù)后插入到遙測PCM數(shù)據(jù)流。

（3）控制系統(tǒng)非總線數(shù)據(jù)。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(shù)等，采用電量變換器（模擬量變換器、指令變換器、數(shù)字量變換器）進行隔離與信號調理。

（4）故檢系統(tǒng)測量參數(shù)。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(shù)字量變換器）進行隔離與數(shù)據(jù)接收。

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

5.3.2非電量參數(shù)類型及測量方案

遙測系統(tǒng)需要測量的非電量參數(shù)包含總體、環(huán)境、動力系統(tǒng)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(shù)規(guī)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(tǒng)采用“就近采編”原則，將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)源的測量精度，測量系統(tǒng)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(xiàn)有型號傳感器中存在的問題與薄弱環(huán)節(jié)，開展傳感器優(yōu)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(tǒng)開展了噪聲傳感器的比對及環(huán)境適應性驗證試驗。

在不增加系統(tǒng)信道容量的基礎上，為提高速變參數(shù)的采集精度，采用過采樣與數(shù)字濾波技術對部分振動參數(shù)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(tǒng)無線信道的利用率，遙測系統(tǒng)對噪聲參數(shù)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(tǒng)

遙測系統(tǒng)地面測試系統(tǒng)進行一體化和遠距離測控設計。地面測試系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，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(tǒng)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(tài)軟件、數(shù)據(jù)實時處理與發(fā)布等多種技術，采用統(tǒng)一測試平臺，實現(xiàn)自動化測試，對測量數(shù)據(jù)進行實時處理與發(fā)布，進行自動判讀，降低測試復雜度，簡化系統(tǒng)結構，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化設計，更好地適應基于活動發(fā)射平臺的“三垂”測發(fā)模式和遠距離測控模式。

地面測試系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理與服務幾個部分。通過統(tǒng)一規(guī)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(jiān)測、數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測等手段，實現(xiàn)了前端測試無人值守，提高了安全性。

為適應在今后新發(fā)射場的工作環(huán)境，遙測系統(tǒng)地面測試設備，尤其是布置在前端的設備應采取抗惡劣環(huán)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(fā)射服務。

6 結語

各種統(tǒng)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(xiàn)，其創(chuàng)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(tǒng)，達到國際先進水平，具有廣闊的推廣應用前景。

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