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测控与通信系统 中继 基础知识 遥测 遥控 通信 测控与通信系统 “天宫一号”顺利飞入太空预定轨道后，如何与地面保持联系，如何与神舟飞船精准实现交会对接，如何了解航天员在太空的情况？人们要想通过视频、音频了解距地面３５０公里的“天宫一号”的情况，这就要靠测控与通信分系统了。 要了解“天宫一号”的测控与通信分系统，必须理解一个新概念——中继。 中继 中继是两点间的一条传输信道，这两点通常是交换中心。无线通信中，中继的概念是指允许大量的用户在一个小区内共享相对较小数量的信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道。随着科技发展，中继的概念不仅应用于无线通信中，网络通信交换机的trunk也可以称之为一种中继。 目前，我国已经发射了两颗中继卫星，即天链一号０１星和天链一号０２星。它可为中低轨道卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传。一颗中继卫星可以连续跟踪目标飞行器５０多分钟，实现约４０％的连续测控通信覆盖。依托中继卫星及相关地面系统的支持，可提供遥测遥控、语音、图像及其他数据传输业务，监控追踪“天宫一号”的各项活动，保证其在轨正常运行。 要想实现“天宫一号”与神舟飞船在太空的成功交会，必须进行精准的测试与定位。中继卫星离地球约３６０００公里，而“天宫一号”要捕获离它最远４００００多公里外的中继卫星，难度非常大。因此，在“天宫一号”的外侧，可以看到一个“锅状”的反射面天线，直径约１米，那就是中继天线。通过中继天线和配套设备，“天宫一号”可以捕获并跟踪中继卫星，在中继卫星的可视弧段通过中继专用信道向地面传输数据；同时，又可通过中继信道接收地面上传的数据。 要完成交会对接任务，“天宫一号”测控与通信分系统还增加了空空通信和相对测量设备。在交会对接过程中，当神舟飞船与“天宫一号”相距约１００公里时，建立空空通信链路，同时开始相对测量。“天宫一号”把数据进行处理后发送到飞船，配合飞船完成自动交会对接。与此同时，飞船上的空空通信设备与遥控设备建立接口，向“天宫一号”目标飞行器传送指令。这样就在太空中搭起了一座空中“桥梁”，确保交会对接任务能够顺利完成。 电磁波 1785年，库伦（法国）通过试验提出了库仑定律；1820年，奥斯特（丹麦）发现了电流的磁场，同时安培（法国）计算了两个电流之间的作用力；1831年法拉第（英国）发现了电磁感应现象提出了电磁感应定律，说明时变磁场可以产生电场；1864年，科学家麦克斯韦（英国）在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁场理论，他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。 1887年物理学家赫兹（德国）用实验证实了电磁波的存在；之后，1898年， 马可尼又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。 电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。 电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。 电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样。 电磁波波长和频率在空气中的关系可由下式表示： c=λf 电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印庭矢量，E为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是W/m