我国新一代运载火箭遥测系统发展

毛尊富 黄小春 赵海龙

【摘 要】基于我国新一代运载火箭提出的无毒、无污染、可靠性高的要求，根据成熟型号积累的成熟经验，我国遥测系统又提出了新的测试发展方案。包括系统设计方案、遥测信道传输方案、遥测参数测量方案、遥测地面系统方案等。各种统一化、标准化的思想在我国新一代运载火箭遥测技术中得以实现，其创新的各项技术在遥测地面测控技术中具有深远意义。

【关键词】新一代运载火箭 遥测系统 发展 统一标准化

1 引言

遥测系统是运载火箭系统中重要的组成部分，遥测技术对运载火箭的发展起着重要的作用。随着新一代运载火箭的相继立项，总体对遥测系统提出了更高的要求和更高的可靠性，新一代的航天遥测人在成熟型号遥测系统的基础上提出了我国新一代运载火箭遥测系统的发展方案。

2 运载火箭遥测系统概述

运载火箭遥测系统是运载火箭电气系统之一，是运载火箭的一个组成部分。它的主要功能包括：

（1）获取地面试验及飞行试验数据，为火箭设计评定提供依据。遥测系统提供了宝贵的实测数据，特别是飞行试验的遥测数据，其完整性和真实性是任何地面仿真试验获得的测试数据难以与之相比的。

（2）为故障分析、设计和生产工艺改进提供依据。火箭在飞行试验中，由于设计不周、零部件可靠性不高、人为差错以及有些试验事先无法在地面进行等原因发生故障时，必须依靠遥测系统提供的数据，迅速查清故障的部位及起因，采取措施进行补救。同时，遥测数据还为进一步提高火箭的可靠性指明方向。

（3）测定火箭内外的环境参数，为及时预报和判断火箭是否完成运载任务提供依据。环境参数的获得对于验证火箭各部件环境适应能力，检查各种防护措施的有效性，制定规范化的环境条件和试验方法都是极为重要的。

3 运载火箭遥测系统原理

遥测系统利用箭载传感器、变换器等采集各种电量、非电量参数送往采编单元，中心程序器对帧格式进行编程控制，经调前滤波器送往发射机，由发射天线发送出去。地面接收设备将S频段天线捕获到的PCM/FM的微弱射频信号，经过极化电桥形成左、右旋极化信号，再经过放大滤波分路后形成两对射频信号通过高频电缆馈分送到两个射频组合、经混频、滤波、放大，输出中频信号分送给两个分集接收机，再经中频滤波放大、调频解调、增益控制、视频滤波放大等，将PCM视频信号送解调设备及磁记录设备，最后由地面微机完成数据处理，并将结果加以记录或显示。

4 现役运载火箭遥测系统存在的不足

现今我国运载火箭遥测技术虽然已经相对较为成熟，但仍然存在一定的不足，归纳起来主要有以下几个方面：

（1）我国没有统一的遥测测试技术和管理体制、测试标准。系统总线、系统结构以及硬件设备选型，测试软件运行环境均不统一，使系统标准化和通用化程度低，造成测试系统种类繁多和低水平系统的重复研制，研制周期长。

（2）我国的航天测控技术经过多年的发展，已经建立了与国际标准一致的采用S频段的统一载波地基测控网，承担着并较好地完成了我国各类航天器从发射到入轨多个阶段的测控任务，但也暴露出覆盖率低、测轨精度低、跟踪过程复杂、地面站通信网复杂以及运行维护费高等问题（例：每次发射都要派出遥测船以跟踪接收遥测信号）。

（3）由于遥测测试系统综合化，功能和性能要求也不断提高，目前的遥测测试系统机动性、灵活性，可靠性和稳定性不能满足需求。测试平台不统一，还未实现自动化测试，数据判读仍然需要大量设计人员，还未实现自动判读，系统结构及测试复杂度高。

（4）卫星导航测量只能用到GPS导航系统，未能兼容中国自主研制组建的BD-2（北

斗）系统。遥测系统对全箭参数的测量与传输速度、容量、精度有待提高。

（5）人工智能测试技术，故障诊断技术和分析水平低、试验期间故障的分析和隔离主要靠技术人员的经验，需要不断重复试验寻求规律，定位精度低、不能满足使用要求。

5 新一代运载火箭遥测系统发展方向

针对以上现役火箭存在的问题，为了满足总体对新一代运载火箭高可靠性的设计要求，提出了我国新一代运载火箭遥测系统如下方案，用来满足未来新型号的遥测系统要求。

5.1 系统设计

我国新一代运载火箭遥测技术采用PCM-FM体制、2个S波段点频完成全箭参数的测量与传输，并采用S波段天基测控子系统完成遥测数据中继传输。采用卫星导航+地面雷达两种测量模式完成火箭的外弹道测量，卫星导航测量主要基于GPS，并兼容BD-2（北斗）和GLONASS（GPS）。地面雷达测控采用单脉冲雷达测量加光学测量模式。无线安全控制采用多音组合调频体制。

系统设计时充分贯彻一体化设计思想，在地面统一测控方面进行了一体化设计，实现了整个系统的供电、配电控制、系统状态测试、流程控制、地面测控的一体化。

5.2 遥测信道传输

为满足总体需求，遥测系统采用高码率传输技术来完成全箭参数的测量与传输，由此在信道传输方面及基带数据综合方面引入了相应的关键技术。

根据总体遥测参数，对遥测需求进行了初步统计和估算。全箭参数包括总体、环境和动力系统的遥测参数。传输示意图如图1所示。

3 遥测参数测量

遥测系统需要测量的参数主要分为电量参数和非电量参数两大类，电量参数指被测参数以电压或电流形式表现的遥测参数；非电量参数指被测参数以非电量的其它物理量形式表现的遥测参数。

5.3.1电量参数类型以及测量方案

（1）控制系统1553B总线数。遥测系统通过总线适配器完成电气隔离及数据格式转换后插入到遥测PCM数据流，总线适配器是控制系统1553B总线上的一个远程终端和总线监视器（MT&RT）。控制系统总线数据为三冗余传输，测量系统采用一个总线适配器，将数据插入点频2的PCM数据流。

（2）控制系统异步串行总线数据。遥测系统通过RS485数字量变换器接收控制系统速率陀螺RS485接口数据、增压控制压力传感器RS485数据后插入到遥测PCM数据流。遥测系统通过RS422数字量变换器接收故检系统RS422接口数据后插入到遥测PCM数据流。

（3）控制系统非总线数据。主要包含一次电源电压、惯组电压、28V带电时间指令、脉冲计数等，采用电量变换器（模拟量变换器、指令变换器、数字量变换器）进行隔离与信号调理。

（4）故检系统测量参数。主要包含一次电源电压、带电时间指令、RS485总线接口等，采用电量变换器（模拟量变换器、指令变换器、数字量变换器）进行隔离与数据接收。

（5）测量系统自身测量参数。对于0～5V电压参数，可以直接进行采编；对于大于5V的参数，通过电量变换器调理后再采编。

5.3.2非电量参数类型及测量方案

遥测系统需要测量的非电量参数包含总体、环境、动力系统的振动、冲击、噪声、过载、温度（热流）、压力、液位、位移、拉力等，这些参数规模大，分布广，遍布全箭各个角落。为提高测量精度，降低传输误差，遥测系统采用“就近采编”原则，将数据采编单元尽可能靠近测点位置，减少箭上电缆重量。

为提高数据源的测量精度，测量系统从对传感器设计与传感器应用两方面开展工作。在传感器设计方面，分析新型号测量需求，并结合现有型号传感器中存在的问题与薄弱环节，开展传感器优化选型分析，充分借鉴其它型号成果。在传感器应用方面，结合型号需求，遥测系统开展了噪声传感器的比对及环境适应性验证试验。

在不增加系统信道容量的基础上，为提高速变参数的采集精度，采用过采样与数字滤波技术对部分振动参数进行采集。这种技术在提高采集精度的同时可以降低对变换器的带外衰减要求。

在满足总体要求的前提下，为提高遥测系统无线信道的利用率，遥测系统对噪声参数采用无损压缩方法后进行采编，压缩去除率不小于50%。

5.4 遥测地面系统

遥测系统地面测试系统进行一体化和远距离测控设计。地面测试系统是一个分布式系统，在空间布局上分为前端和后端两部分，前、后端通过光纤通信，如图2所示，在系统中集成应用了测试总线、局域网技术、光通信技术、服务器集群、组态软件、数据实时处理与发布等多种技术，采用统一测试平台，实现自动化测试，对测量数据进行实时处理与发布，进行自动判读，降低测试复杂度，简化系统结构，实现整个系统的优化设计，更好地适应基于活动发射平台的“三垂”测发模式和远距离测控模式。

地面测试系统从功能上分为地面供配电设备（包括指挥控制）、遥测地面检测、天基地面检测、数据处理与服务几个部分。通过统一规划设计，地面测试设备得以简化，具备自动化测试和自动判读功能，设计必要的手动干预及应急控制通道，运用视频监测、数据远程监测等手段，实现了前端测试无人值守，提高了安全性。

为适应在今后新发射场的工作环境，遥测系统地面测试设备，尤其是布置在前端的设备应采取抗恶劣环境的措施，如抗振动、冲击、噪声，进行“三防”处理等，以便更可靠地为靶场发射服务。

6 结语

各种统一化、标准化的思想在我国新一代运载火箭遥测技术中得以实现，其创新的各项技术在遥测地面测控技术中具有深远意义，在可靠性性能和技术先进性方面均领先于所有型号同类系统，达到国际先进水平，具有广阔的推广应用前景。

参考文献：

[1]于志坚.对我国遥测技术发展的思考.遥测遥控，2003.

[2]李岩，蔡远文.基于1553B总线的新型运载火箭测试技术研究.计算机测量与控制，2005.

[3]李邦复等.遥测技术（上、下）.宇航出版社，2005，10.

[4]张亚波，杨晓明.运载火箭的遥测系统关键技术分析.中国科技信息，2013.