時間：2023-09-24 15:13:19
序論：在您撰寫航空航天測控技術時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
Leitz高精密高效率復合式測量解決方案，將先進的四軸聯動技術、創新的FOP光纖測頭技術以及Leitz PMM高效率高精度模擬掃描技術完美的結合在一起，實現航空發動機整體葉輪/葉盤等復雜工件高效、全自動測量，并將整體葉盤檢測效率提升了95%。而FOP光纖測頭特殊的測量長度延伸性能，解決了航空發動機雙層盤類工件大尺寸底徑復雜內腔的測量疑難。
用于葉片現場測量的B l a d eMaster–L車間型雙激光測量技術可完成葉片高效率高精密全尺寸檢測。
Leica大尺寸測量與掃描技術，在全球航空航天業擁有著極高的市場占有率，在復材的加工制造、大尺寸測量驗證以及飛機柔性裝配領域發揮著重要作用。洞悉分散在工廠各角落各環節質量數據信息背后的價值，將海量數據轉化成直接用于工藝和生產決策的可視化信息，真正獲利于數字化和信息化制造，是海克斯康計量MMS測量信息管理系統的中心。MMS支持MBD技術，兼容所有測量設備，涵蓋從測量系統、測量工作、測量相關人員到全產品生命周期測量結果的關聯性可視化信息的提取和傳遞，既簡化車間操作且促進高層決策。
【關鍵詞】 測控應答機 軟件無線電 測控通信 自主無線電Application of Software Radio Technology in Aerospace TT&C Transponder
Jin Jun， Sun Chen， Wang Wenwei， Jiang Yong
Abstract： TT&C transponder is core part of spacecraft C&T subsystem and it can finish the tasks of measuring range & velocity of a spacecraft， transmitting telecommand & telemetry information， etc. in cooperation with ground TT&C network. TT&C transponders in different spacecraft C&T subsystems have various operating frequency， operating bandwidth， bit rate， modulation system， coding system and ranging system. Universalization and miniaturization of TT&C transponders can be realized by taking advantage of software reconfiguration， reprogramming and multi-band multi-mode characteristics of software defined radio （SDR） technology. This article introduced application methods and research progress of SDR technology in TT&C transponders. Radiation resistant design of SDR TT&C transponders is also described. Finally the article introduced the application prospect of autonomous radio technology in future deep space TT&C transponders.
Key Words： TT&C transponder， software defined radio， C&T， autonomous radio
一、引言
測控應答機是航天器（衛星、飛船、探測器）測控通信（C&T）分系統的核心組成部分，是航天器與地面站之間進行通信聯絡的主要通道之一，配合地面測控網完成對航天器的測控（TT&C）任務。測控應答機的主要功能如下：
1、對來自地面站的測距和測速信號進行轉發，完成地面對航天器的跟蹤及軌道測量；
2、接收來自地面站的遙控信息；
3、將航天器上的各類遙測數據發送至地面站。
各類航天器測控通信分系統所采用的測控應答機，其工作頻率、工作帶寬、碼速率、調制體制、編碼體制和測距體制各不相同。就工作頻率而言，主要有S波段、C波段、X波段、 Ka波段四種；就調制體制而言，分PM/PM體制、FM/PM體制、擴頻體制等；就編碼體制而言，有PCM、PPM、ADPCM、PACM等；就測距體制而言，分純側音測距、偽碼測距和音碼混合測距等。由于各類測控通信系統之間體制標準各異，因此相對應的測控應答機設備也無法通用。針對不同的測控通信系統，需要分別研制不同的應答機，或者在同一臺應答機上集成不同的功能，這樣無疑在成本和時間進度上加重了研制負擔，也增加了設備的復雜性。
軟件無線電技術是本世紀初發展起來的通信領域的重大技術突破。采用軟件無線電技術，利用軟件可重配置、可重編程以及多頻帶多模式的特點，使多個軟件模塊在同一個硬件平臺上實現不同的標準，同一臺測控應答機就可以兼容兩種甚至多種測控通信體制，實現測控應答機的通用化，從而降低開發成本，縮短研制周期，也更容易保障產品的質量。另外，軟件無線電技術還能簡化測控應答機的硬件電路，實現小型化。
二、測控應答機的基本工作原理
一種傳統測控應答機的原理框圖如圖21所示。該應答機由鎖相接收機和相干發射機兩部分組成。鎖相接收機包括低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）、自動增益控制（AGC）、倍頻電路、載波跟蹤環和相干解調電路等部分。接收機接收的上行射頻信號，經過下變頻和自動增益控制后輸出中頻信號。中頻信號分為兩路，其中一路進入載波跟蹤環，另一路進入相干解調電路。
載波跟蹤環包括鑒相器（PD）、環路濾波器（LPF）、壓控晶振（VCXO）和分頻器，用于對上行載波進行鎖定、跟蹤。載波跟蹤環輸出的信號分別用作接收本振、發射本振和相干解調器（Demodulator）的基準信號。相干解調器輸出信號經濾波后分別為測距信號和遙控BPSK信號。其中測距信號還要送往發射機進行轉發。
相干發射機包括倍頻電路、調相器（PM）、功率放大器（PA）等。測距信號和遙測DPSK信號相加后直接調相在發射本振上，經功放放大后下行輸出。
三、軟件無線電應答機的實現方法
3.1軟件無線電應答機的射頻接收前端
測控應答機的射頻接收前端電路包括低噪聲放大器、混頻器、自動增益控制等部分。軟件無線電應答機對射頻前端的要求是通用性好。由于軟件無線電應答機往往是多信道多模式同時工作，因此射頻帶寬要足夠寬，能覆蓋不同的頻點或體制。
圖2為一種能兼容統一載波純側音測距和偽碼測距兩種測控體制的軟件無線電應答機接收前端，可同時接收處理純側音測距的PM信號和偽碼測距的BPSK信號。該接收機采用了一個I/Q解調器來處理中頻信號。當上行信號為PM信號時，由I/Q解調器中的一路（Q路）進行載波提取，后續載波跟蹤環的環路濾波器在數字域中實現；而當上行信號為BPSK信號時，I/Q解調器輸出I路信號和Q路信號，送入科斯塔斯環中進行載波恢復，其乘法器和環路濾波器均在數字域中實現。對于兩種測控體制，該射頻接收前端做到了完全通用。數字部分則可通過裝載不同的軟件來實現不同的功能，充分體現了軟件無線電的靈活性。
3.2數字下變頻（DDC）技術
數字下變頻（DDC）技術也經常用于多模式測控應答機中。數字下變頻模塊由數字混頻器、數控振蕩器（NCO）和低通濾波器構成。占有較寬頻帶的兩個或多個射頻信號作為一個整體下變頻到接近基帶的位置，A/D轉換后，NCO與數字混頻器實現正交下變頻，在基帶I、Q采用數字低通濾波器來實現不同測控信號的選擇。與模擬下變頻相比，數字下變頻不存在混頻器雜散、本振相噪等技術難題，且具有通過軟件進行控制修改等優點。
文獻[1]介紹了一種既能滿足統一S波段（USB）測控要求，又能滿足跟蹤與數據中繼衛星系統（TDRSS）要求的雙模應答機。該應答機同時接收寬帶擴頻信號和窄帶調相信號，對兩種信號統一以1/fs進行采樣。數字下變頻之后，采用窄帶濾波器提取載波的方式對兩種模式進行識別，并對兩種信號采用不同的處理算法。
3.3數字調制發射機
傳統的PM/PM體制測控應答機，下行調相通常采用射頻直接調相法。在軟件無線電應答機中，可采用DDS實現中頻數字調相。在DDS的相位累加器與相位-幅度ROM之間加上一個相位加法器即可實現PM調相（圖3）。通過改變相位字，可使DDS的輸出信號產生所需要的相移。DDS調相有更高的溫度穩定性和抗干擾能力，但難點在于調制度的控制時序生成[2]。
文獻[3]介紹了一種全數字調制的發射機，利用NCO和CORDIC算法（坐標旋轉數字計算方法）實現多種碼速率、帶寬和調制方式的調制信號，占用硬件資源小，可在一塊FPGA上實現NRZ/BPSK/PM、SP-L/PM、QPSK三種調制方式的VHDL代碼。CORDIC算法可以只利用移位、相加等簡單的邏輯操作便可以產生正弦信號，結構靈活簡單，還能得到較高的調制精度（圖4）。
3.4數字載波跟蹤環
測控應答機中的載波鎖定、跟蹤環路可采用低中頻數字采樣方案，整個過程在數字域中完成（圖5）。中頻信號帶通采樣，經過正交下變頻和低通濾波后，在信號處理模塊中選出所需要的載波信號頻率特征，控制NCO的輸出頻率，從而完成FFT載波捕獲和載波跟蹤。采用FFT頻率引導方式只需一次引導就可捕獲較大頻偏并跟蹤一定的頻率變化率，相比自然牽引方式捕獲速度更快，可在較寬的多普勒頻偏范圍內實現應答機的迅速鎖定。信號處理模塊還要控制DDS的輸出頻率，輸出相干載波用于后續的轉發和調制解調。對于采用了數字載波跟蹤環的測控應答機來說，由于多普勒頻偏不會引起轉發相位誤差，因此可以大幅減小測距漂移誤差，實現高精度測速測距[4]。
3.5軟件無線電應答機的抗輻照設計
軟件無線電應答機通常采用現場可編程門陣列（FPGA）作為硬件實現平臺。FPGA具有可編程、高集成度、高速和高可靠性等優點。但由于測控應答機工作于太空環境，宇宙射線和高能粒子會對應答機的正常運行產生一定的威脅。基于FPGA等邏輯器件的軟件無線電應答機對于單粒子效應尤為敏感[5]，因此針對FPGA的抗輻照設計應十分重視。
具有航天成功應用經歷的FPGA主要有兩類，一類為一次性編程的反熔絲型FPGA，另一類為可重編程的SRAM型FPGA。相比較而言，SRAM型的FPGA雖然在邏輯門資源、動態重構等方面優勢明顯，但其對單粒子效應尤其是單粒子翻轉（SEU）的敏感使其在宇航領域的應用受限，而反熔絲型的FPGA則對單粒子效應免疫。
為充分利用兩種類型FPGA各自的優勢，通常采取用反熔絲型FPGA和反熔絲型PROM對SRAM型FPGA進行監控的方法。基帶處理過程由SRAM型FPGA負責，但在設備運行過程中，反熔絲型FPGA定時讀取SRAM型FPGA中的數據并與反熔絲型PROM中的數據進行比對，若發現存在異常則進行重配置。采用這種方法，就可以兼顧邏輯門資源的充分利用和抗輻照可靠性的實現。
3.6用于深空探測的自主無線電技術
2004年，美國噴氣推進實驗室（JPL）提出的深空自主無線電（Deep Space Autonomous Radio， DSAR）技術可以認為是未來深空探測應答機中軟件無線電技術的一個發展方向。該技術能利用人工智能、現代信號處理等前沿科技，在未知無線電環境下，僅通過觀測信號，就能自動識別無線電信號在碼速率、協議和調制類型等方面的區別，從而對軟件進行重新配置，實現各種無線電數據的接收和處理。自主無線電技術無需從地面獲取信號特性，便可自動軟件重配從而與不同的探測器進行通信。
另一方面，自主無線電克服了深空測控通信的盲目性，使深空探測器處理突發事件的能力加強，從而適應各種未知的空間環境。比如，深空探測器在某外星球下降和著陸的過程中，將產生非常劇烈而不確定的多普勒變化和通信鏈路信噪比惡化。
采用了自主無線電技術的測控應答機，能夠對來自遙遠地球的無線電信號進行參數估計，快速重配鏈路參數，從而以近乎最佳的方法處理劇烈的多普勒變化和信噪比變化，確保信號收發的有效性和可靠性[6]。
四、結論
測控應答機作為宇航應用設備，工作環境十分惡劣，因此對質量可靠性的要求極為嚴格。采用軟件無線電技術，可以把不同測控通信體制的應答機統一到一個標準化的通用硬件平臺，更容易實現質量控制。另外，基于軟件無線電的測控應答機在性能參數上受環境溫度、工作時長、供電質量等因素影響較小，性能一致性較好，易于實現測控應答機的批量生產。軟件無線電技術必將成為未來測控應答機領域的研究熱點，在航天測控通信領域引發新的革命，深刻地改變人類探索宇宙的方式。
參 考 文 獻
[1]莫乾坤，何晨.星載數字化TDRSS/USB雙模應答機設計與試驗.無線通信技術，2008，3，55-58
[2] A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis. Analog Device Inc.， 1999
[3]姜建文，張朝杰，金小軍，金仲和.基于CORDIC算法的微小衛星發射機設計與實現.傳感技術學報，2010，23（1），57-61
[4]L. Simone， D. Gelfusa， S. Cocchi. A Novel Digital Platform for Deep Space Transponders. IEEE Aerospace Conference Proceedings， 2004， 1432-1445
【Abstract】Based on the general situation of artificial intelligence， this paper puts forward the application significance of artificial intelligence in aerospace measurement and control technology according to the equipment requirements in aerospace measurement and control technology. According to the feasibility of the application of artificial intelligence in aerospace measurement and control technology， this paper analyzes the intelligence of the space measurement and control technology， finally puts forward the application environment and target of artificial intelligence in aerospace measurement and control technology.
【關鍵詞】人工智能；航天測控技術；應用探究；智能化
【Keywords】artificial intelligence； aerospace measurement and control technology； application inquiry； intelligent
【中圖分類號】V55 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0141-02
1 引言
人工智能在航天領域的應用具有巨大潛能。航天測控技術實際上是通過測控，實現對衛星的控制，這是一份較為復雜的工作過程。隨著衛星功能的不斷增多，航天測控技術要求也越來越高。雖然我國已經在航天事業方面位于先進的水平，但是航天測控設備多只是實現遙控與測控的自動化，與智能化的實現還有一段距離。因此，人工智能的應用還有待挖掘，人工智能在航天測控技術中的應用還有待研究。
2 人工智能的應用概述
近年來，我國在人工智能的研究領域也有了較大的進展，不少國內學者發表了有實用價值的研究著作。人工智能在醫學診療方面取得了廣泛的應用。隨著航天器的多功能發展，智能化的轉變，成為發揮航天事業多用途、系統化的決定性因素。因此，我國逐步加大了人工智能在航天測控技術中的研究，希望航天測控技術能夠自動處理探測故障、自行進行飛行規劃和路線設計等[1]。
3 航天測控技術中的設備應用要求
第一，衛星軌道測試及其引導系統。第二，航天側控技術的安全控制。第三，根據航天側控任務要求對衛星的形態進行分析，對其衛星軌道實施控制。第四，航天側控系統要實時監測衛星內部的設備工作情況。第五，航天側控技術要求能夠對衛星上設備發生的故障，及時采取定位、排除和檢修。航天的側控應用，對設備的響應速度與可靠性都具有很高的要求，不僅要具有極強的通用性質，還要能夠在規定時間內完成對相關設備的檢測與通信，使設備間保持聯系，保證遙測技術數據正常處理流程。對設備故障等任務提出控制指令，進而進行執行[2]。
4 人工智能在航天測控技術中的應用意義
傳統的航天y控軟件是通過算法結構和計算機而實現推理功能的，對于很多問題還無法提供最精確的答案和描述，數值的計算能力也不夠強，有時只能定性推理。而人工智能的應用，可以提升其生存能力，包括航天器的自主檢修能力、故障排除能力、定位能力等。對于航天器的軌道設計，自動化網絡智能預先對故障檢測的定位等設置好，用編程進行控制。隨著航天測控技術要求的不斷提升，傳統的編程控制已經不能滿足當代的應用需求，若不向智能化測控技術進行靠攏，其航天測繪中的數據與通信的可靠性與有效性都會受到不同程度的影響，導致接收到的數據不準確、不完整。因此，我國很多專家專門成立研究小組，對航天測控技術進行數據分析，分析其指令的序列、故障檢修、定位等信息，將人為的管理逐漸轉化為智能化管理。
用人工智能控制航天測控技術，不僅能夠提升航天工作的安全系數，還能夠減少航天器的使用壽命，降低人工控制費用，減少人工管理精力，具有很明顯的優勢。第一，人工智能能夠代替測控專家進行智能化操作與工作，減少專家的腦力勞動。第二，人工智能中收藏了所有測控專業的各項經驗，整合了測控技術的專業知識。第三，人工智能使航天系統離開了人操控的固定模式，提高了操作的變通性和實時性，降低了人為操控影響因素。第四，人工智能使航天機械更容易操控，提升了工作效率。第五，人工智能使航天系統的解決問題能力提升。第六，節約了航天器測控的維持狀態的人力和物力，配置速度加快[3]。
5 人工智能在航天測控技術中應用的可行性
人工智能的應用過程，實際上是將人的思維活動進行機械化，使機械具有類似人工的處理問題的能力。人工智能在航天測控技術中的應用，是航天系統模仿測控專家的思維和操作，進行推理判斷，使操控程序能夠如同專家處理問題的規則一樣，及時提供解決措施，根據我國現有條件可知，人工智能在航天測控任務中的應用是可行的。測控系統的功能有數據庫和知識庫。前者包含遙測數據、指令和故障信息。后者包括用戶的接口、知識獲取、知識表達等。通過外部輸入數據，轉換成系統能夠識別的信息，進行格式壓縮和處理，實現對航天器的控制，利用人工智能實現測控技術控制，減輕了人為負擔，也能夠提升航天測控能力。
6 航天測控技術任務中的智能化應用分析
我國傳統的航天測控技術是采用一般算法實現自動化，該種方式具有封閉性，不利于技術的發展和擴充，故障維護方面也要采用人工方式進行解決，不適用航天事業發展。根據我國航天測控技術現狀，我們首先要確定測控設備智能化系統，選擇有針對性的部位，融合測控專家的思維，實現人工智能操作[3]。其次，使用智能化系統，還要將專家測控系統嵌入到設備中，再改變原本的算法與結構，使其逐漸適應航天事業的改變與發展。對于智能化測控系統中，可以確定的系統由遙測信息處理系統、通信跟蹤系統、故障診斷系統、檢測系統等。這些都是容易實現人工智能的部分，能夠使遙測信息處理中，清楚航天器的軌道等情況。
7 人工智能在航天測控技術中的應用環境與目標
為了使人工智能在航天測控技術中具有可靠的應用，要遵循一定的應用環境和目標。在開發環境上，要選取經驗豐富的建造及測控專家進行系統融合，先借助小型機進行專家智能系統開發應用，再根據需求進行專家系統開發。在目標方面，不僅要開發全面、智能化的航天測控大系統，還要在開發通訊上更加便捷，統一通訊接口，面向廣大用戶，逐步升級系統故障排除方案。真正實現系統在線實時工作。同時，人工智能在航天測控技術中的最終目標是將地面測控設備小型化，再將其移植到航天事業中，提升衛星的控制能力。
8 結論
人工智能在航天側控技術中的應用與開發，有利于我國智能化的進一步發展研究，對于提升航天測控設備的可靠性具有重要意義。希望本文的研究，能為提升我國人工智能在航天測控技術中的應用水平提供借鑒。
【參考文獻】
【1】錢卓昊.人工智能技術在電氣自動化控制中的應用探究[J].中國高新技術企業，2016（16）：51-52.
ISSN Print: 2473-6708
ISSN Online: 2473-6724
Aims & Scope
Advances in Aerospace Science and Technology (AAST) is an open access journal. The goal of this journal is to provide a platform for researchers and practitioners all over the world to promote, share, and discuss various new issues and developments in all areas of Aerospace Science and Technology.
All manuscripts must be prepared in English and are subject to a rigorous and fair peer-review process. Generally, accepted papers will appear online within 3 weeks followed by printed hard copy. The journal publishes papers including but not limited to the breakdown of topics in 4 Dimensions: 1. Classification, 2. Life Cycle, 3. Usage, 4. Perspective. See below:
Dimension 1: Classification – Aeronautics, Astronautics, Aerospace Sciences
Aerospace is by definition broken down in Aeronautics and Astronautics. In addition different Aerospace Sciences have to be differentiated which have an application to both – air AND space.
Aeronautics
Aircraft
o Manned Aircraft (powered)
§ Heavier than Air Vehicles
- Fixed Wing Aircraft (subsonic, supersonic, transonic and hypersonic)
- Rotorcraft (helicopter, autogyro, gyrodyne)
§ Lighter than Air Vehicles
- Airships (blimps and Zeppelins)
o Unmanned Aircraft (powered)
§ Unmanned Aerial Systems (UAS)
§ Missiles
o Unpowered Flight
§ Gliders
§ Kites
§ Balloons (moored and free)
o Human Powered Flight
o Animal Flight
Aircraft Construction and Design
o Overall Aircraft Design (OAD)
o Airframe
§ Fuselage
§ Wing
§ Tail
§ Undercarriage
o Engines / Propulsion
§ Piston Engine
§ Turboprop
§ Turboshaft
§ Jet
o Systems
§ Avionics
- Aircraft Avionics
- Mission Avionics
§ Utility Systems
- Secondary Power Systems
- Protection Systems
- Cabin Systems
- Fuel Systems
- Flight Control Systems
- Landing Gear Systems
Air Transportation
o Airport Planning, Operation, Management
§ Airside
§ Landside
o Airline Planning, Operation, Management
§ Fleet Planning
§ MRO Management and Spares Logistics
§ Flight and Ground Crew Management
§ Marketing
§ Airline Partnerships
§ Airline Finances
o Air Traffic Management (ATM)
§ Air Space Management (ASM)
§ Air Traffic Flow Management (ATFM)
§ Air Traffic Services (AIS)
- Air Traffic Control (ATC)
- Flight Information Service (FIS)
- Alerting Service (ALRS)
Aeronautics and Society
o History of Aeronautics
o Aviation Law
o Aviation Accident and Incident Investigation
o Environmental Aspects of Aviation
Astronautics
Spacecraft
o Launch and Reentry Vehicles
o Satellites
o Orbital and Mission Spacecraft, Space Stations
Spacecraft Construction and Design
o Overall Spacecraft Design
o Structures
o Propulsion
o Systems
§ Astrionics
§ Utility Systems
§ Photovoltaics
o Payload
o Space Suits
Spacecraft Operation
o Ground Infrastructure
o Space Infrastructure and Robotics
Astronautics and Society
o History of Astronautics
o Space Law
o Space Debris
o Aerospace Philosophy (mostly space)
Aerospace Sciences (for Air and Space)
Aircraft and Spacecraft Design
o Interior and Exterior Design
o Multidisciplinary Design Optimization (MDO)
Materials and Lightweight Structures
o Strength of Materials and Structures
o Aeroelasticity and Structural Dynamics
o Manufacturing
Fluid Dynamics and Thermodynamics
o Experimental and Numerical Aerodynamics (CFD)
o Thermal Management
o Acoustics
Flight Mechanics and Flight Guidance
o Aircraft Performance
o Aircraft Stability and Controls
o Navigation
o Astrodynamics
o Flight Simulation
o Flight Testing
Avionics and Mission Technologies
o Remote Sensing and Data Transmission
o Data Processing and Automation
o Software Engineering
Sciences applied to Aerospace Systems
o Heating, Ventilation, Air Conditioning and Refrigeration (HVAC&R)
o Mechanical and Electrical Engineering
o Human Factors and Ergonomics (HF&E)
o Hydraulics and Pneumatics
o Kinematics
o Sanitation
Systems Engineering and Management
o Air and Space Economics
o Security, Safety, Reliability and related Human Factors
o Project and Quality Management
o Airworthiness, MRO
o Documentation and Knowledge Management
Air and Space Medicine
Dimension 2: Life Cycle
Aerospace products during their whole life cycle from research, development, design, production, operation, maintenance, repair, overhaul (MRO) up to end-of-life.
Dimension 3: Usage
Civil and military usage is considered for air and space. For e.g. aeronautics we consider:
Civil Aviation
o General Aviation
o Scheduled Air Transport
o Non-scheduled Air Transport
o Experimental Aviation
o Model and Scaled Aircraft
Military Aviation
o Combat
o Noncombat
Dimension 4: Perspective, Background, Economic Sector
Authors from all economic sectors are welcome. AAST papers should not only reflect a single background but eventually the whole spectrum of perspectives from all sectors. These sectors are:
Private Sector
o Primary Sector: Extraction of raw material
o Secondary Sector: Manufacturing (Original Equipment Manufacturer, Tier One, Tier Two, ...)
o Tertiary Sector: Services (Operator, Maintenance Organization, ...)
Public Sector
o State-Owned Corporation
o Government Agency
o Research Establishment
o University
§ Research
§ Teaching
Civic Sector (NGO, NPO, ...)
General Public (Passenger, Consumer, ...)
We are interested in:
Original Research Papers.
Comments where an author can present an idea with theoretical background but has not yet completed full research needed for an original paper, likewise a useful method, a small finding or discovery.
Reviews in all aspects of Aerospace Science and Technology.
關鍵詞：XML；數據體制；統一標準化；航天測控網統一系統；綜合服務應用平臺
中圖分類號：TN915.4—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0099—03
數據是航天測控系統處理和應用的核心[1]。隨著我國航天測控事業的不斷發展，整個航天測控系統將發展成為以中繼衛星為中心的天基測控網，以陸地測站為中心的陸基測控網和以測量船站為中心的海基測控網三個相對獨立的測控系統[2—3]，而且各方用戶對整個系統提供綜合應用服務的需求也不斷提高。現有傳統的航天測控數據體制，采用約定字段數據包結構的數據處理和應用模式，使得的數據處理及應用都較受限制。為此，構建一個統一化、標準化的數據體制，實現整個測控系統數據的統一標準化處理和應用，將對我國航天測控事業的進一步發展具有重要意義。隨著XML（eXtensibleMarkupLanguage）相關協議標準和應用技術的不斷成熟，使XML逐漸成為一種處理應用系統間數據交換的標準[4—5]。
1現有傳統航天測控數據體制分析
現有傳統的航天測控系統采用約定字段數據包結構的數據體制，這種體制在數據處理和應用方面，都有其自身的局限性。
1.1數據處理方面
在以約定字段數據包為核心的數據處理中，數據的生產者需要按照約定的格式填寫各個字段，建立完整的數據包并發送給數據的消費者。數據的消費者首先要按照約定的格式，從數據包中分解出各個數據字段，最終得到各個應用數據，然后才能對這些數據進行處理[6]。這種數據處理方式有幾個明顯的不足：一是數據處理的代碼耦合度高，為針對不同任務而進行的軟件維護設計將要求對軟件代碼的重新修改與測試，從而影響了軟件的可重用性和模塊化；二是不同數據處理單元之間的接口復雜，標準不統一。假設有n個模塊要進行信息交互，則會存在Cn2個接口，這使得數據的交互和集成變得十分困難。
此外，傳統數據體制對數據的處理不能有效區分實時與非實時數據，實際可用數據處理資源無法實現合理分配，傳輸帶寬的彈性較小。
1.2數據應用方面
數據應用以數據處理為基礎。一方面基于約定字段數據包結構的傳統數據體制限制了系統對底層數據的處理方式和處理能力，從而影響了數據應用的可實現行和豐富性；另一方面，在傳統的航天測控數據體制下，不同測控網之間的數據交互僅僅只解決了基本的數據鏈路和數據傳輸的問題，對數據網絡層與應用層的設計與處理較少。同時，數據的傳輸與網絡特性單一，使得系統對通信資源的分配和利用力不從心，系統可統一應用的數據范圍和綜合性較受限制，不利于系統的適應性和拓展性發展。
2基于XML的航天測控數據體制
2.1XML的特點
XML是由W3C（WorldWideWebConsortium）的一種標準，是標準通用標記語言（StandardGeneralizedMarkupLanguage，SGML）的一個簡化子集。它具有以下幾個傳統約定數據包結構數據不具有的顯著特點[7—8]：
（1）數據的自描述性，適用于特定領域的數據處理和應用。
（2）結構化的數據模型，為數據顯示和處理提供標準的處理方式。
（3）豐富的網絡傳輸特性，可作為性能良好的通信協議。
（4）成熟的XML應用標準與處理技術，如XSL，DOM，SAX，WML，XLink和XPointer等為XML的應用拓展提供了技術支持。
此外，航天測控網的IP化改造，也為XML的技術實現提供了硬件平臺。
2.2基于XML的航天測控數據體制
航天測控數據處理按時間的要求不同可分為實時數據處理和非實時數據處理。實時數據處理要求處理速度快，時間短，方法簡單，所使用的數據為流數據，大多不會重復使用。非實時數據處理流程多，方法精細、復雜，所使用的數據為積累數據，大多需要重復使用。
傳統約定字段數據包結構的數據處理方式具有實時性強，效率高的特點，而基于XML的數據處理模型，標準統一，具有良好的傳輸與網絡特性。基于此，對于測控網中要求實時處理的數據（大部分為單個測控網內部的設備數據），采用傳統數據的處理機制；而對于非實時處理數據（一般包括單個測控網內部與測控網之間的交互數據），使用XML數據格式進行統一標準化的封裝、處理和交互。為此，基于XML的航天測控數據體制的測控網信息交互框架如圖1所示。
“旅行者”號的計算機內存僅有68Kb，裝配著8軌磁帶機，而新近發射的航天器已裝配數碼設備；“旅行者”號與地面工作人員建立聯系需要花費很長時間，如果地面發出的信號以光速出發，單程抵達“旅行者1”號需要17小時，單程抵達“旅行者2”號需要14小時；此外，“旅行者”號的發射功率較弱，是通過一個23瓦發射器與地面進行聯系，這種功率僅相當于電冰箱保鮮柜的燈泡。
“旅行者”號的主要載荷包括10個儀器，除了“旅行者1”號搭載的等離子勘測儀外，所有載荷設備均運行正常。
行星射電天文儀和“旅行者1”號紫外線光譜儀負責數據收集，飛行數據子系統和一個8軌磁帶機提供數據處理功能。飛行數據子系統配置每個儀器和控制操作儀器，同時收集工程和科學數據，形成用于傳輸的數據格式。8軌數字磁帶機用于記錄高等級PWS數據，每隔6個月對這些數據進行回放。指令計算機子系統提供序列和控制功能，包括固定程序操作，例如指令解碼、故障檢測、常規性校正、天線位置信息以及航天器序列信息。位置和銜接控制子系統控制航天器方位，維持高增益天線朝向地球，控制位置調遣和定位掃描平臺。
上行通信系統是通過S-波段進行傳輸，而X-波段發射器提供下行遙感勘測，并提供高等級等離子體波數據回放。探測器所有數據的傳播和接收是通過3.7米高增益天線實現的。
“旅行者”號的電源是由三個放射性同位素熱電發電機提供的，每個探測器當前的功率等級約為315瓦。
目前，兩艘“旅行者”號飛船都依賴美國航空航天局深空網與地球保持聯系。美國航空航天局深空網是一個覆蓋全球的巨型測控站網絡，用以支持開展行星際探測，并可以執行雷達或射電天文觀測項目。有時深空網也會被用于支持地球軌道衛星的測控任務。
目前深空網共包括三座經度間隔120°的大型測控站，分別是設在美國加利福尼亞州莫哈維沙漠的戈德斯通測控站、西班牙境內的馬德里測控站以及設在澳大利亞堪培拉附近的澳洲測控站。這種覆蓋全球的分布位置讓深空網在開展探測器測控時，隨著地球的轉動仍然能夠對目標保持不間斷的監控。優越的地理位置和先進的技術使美國航空航天局深空網成為目前世界上科學領域規模最大、靈敏度最高的深空通信測控系統。
美國航空航天局對太陽系展開的探測行動基本上都是由無人自動探測器完成的，而在此過程中，深空網系統便提供了至關重要的雙向通信和測控支持，并負責將探測器獲得的寶貴圖像和其他數據資料下載下來。所有的深空網天線都是高靈敏度且可轉動的，可以自由調節測控角度。
航空航天技術是信息、能源、制造等綜合性尖端技術的集合，是一個國家綜合科技實力的象征和衡量標志，在國家的軍事國防中起著中流砥柱的作用。近幾年“神舟”系列載人飛船的成功飛行，以及我國首架具有自主知識產權的噴氣式支線飛機ARJ21總裝下線等，引發了人們對航空航天技術領域的極大關注，而航空航天類專業更是吸引了不少同學和家長的眼球，被同樣懷揣飛天夢想的考生所追捧。
學科優勢助推人才起飛
航空航天類專業主要研究飛行器的結構、性能和運動規律，培養如何把飛行器設計制造出來并送上太空的工程技術專業人才。從狹義上講，航空航天類專業包括飛行器設計與工程、飛行器動力工程、飛行器制造工程、飛行器環境與生命保障工程、探測制導與控制技術等主體學科專業。然而，無論是飛機還是航天飛行器，都是綜合科學技術的結晶，涉及材料、電子通訊設備、儀器儀表、遙控遙測、導航、遙感等諸方面。因此從廣義上講，材料科學與工程、電子信息工程、自動化、計算機、交通運輸、質量與可靠性工程等都是航空航天技術不可或缺的學科專業。隨著航空航天事業的迅猛發展，近年來又催生出航天運輸與控制、遙感科學與技術等新興專業。
航空航天類專業對同學們的要求是“厚基礎、強能力，高素質、重創新”。同學們要學習和掌握航空航天技術的基礎理論和知識，接受航空航天飛行器工程方面的系統訓練，通過各種實踐性教學環節，可具備堅實的理論基礎，良好的實踐能力和分析、解決問題的能力，以及創新能力。畢業生在數學、物理、力學、計算機等方面的基礎比較扎實，在邏輯、分析、空間想象力、推理等思維上優勢明顯，知識面寬，適應力強，發展潛力大。本科畢業生考取研究生的比例很高，申請國外大學獎學金的成功率也較高。
有同學認為航空航天類專業就業覆蓋面窄，如果畢業后不能進入航空航天類企業，就很難找到專業對口的工作。其實不然，航空航天高科技輻射國民經濟各個部門，航空航天類專業扎實的工程技術理論與實踐基礎平臺，促成了其拓展性寬、應用性強、適用面廣的專業特點。可供畢業生選擇的對口職業有很多，如飛行器設計、制造人員，科研機構研究人員，國防部門研究管理人員，各級政府部門負責航空航天相關工作的研究管理人員，民航企事業單位的技術管理人員等。畢業生不僅可從事航空航天等領域的設計、制造、研發、管理等工作，還可在民航、船舶、能源、交通、信息、輕工等其他國民經濟領域施展才華，像微軟、IBM、貝爾、方正、海爾等知名企業都曾紛紛到航空航天院校招賢納才。很多民用部門也都點名要航空航天類專業的畢業生，認為他們基礎扎實、學以致用。
行業繁榮點燃人才需求
航空航天科技工業是知識密集和技術密集的高技術領域，航空航天技術的廣泛應用影響到政治、經濟、軍事、科技、文化及通信、氣象、能源、探測等領域，成為社會進步的強大動力。從世界范圍來看，航空航天科技工業是朝陽產業，在提升國家整體科技水平和綜合國力方面起著龍頭的作用。
我國經濟的快速發展為航空航天工業提供了廣闊的發展空間。國務院公布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》中，關于大型飛機、高分辨率對地觀測系統、載人航天工程與探月工程等航空航天領域范疇的工程便占到16個重大專項中的4項。未來我國航空航天發展將重點開發大型飛機設計與制造成套技術，載人航天實現航天員出艙進行航天器交會對接試驗活動，直至實現登月計劃等。2007年大飛機項目正式上馬，給我國的航空業帶來了空前繁榮，帶活了一批航空類企業，也為航空航天類專業畢業生帶來了良好的機遇。
航空航天科技工業極具發展前景，對人才的需求會持續旺盛。據統計，2011年最被看好的12類專業之航空航天產業將引發對航空航天人才的巨大需求，包括航空航天經營管理，航空航天飛機總體設計與研發、發動機研發與制造，零部件研發與設計，航空航天新材料研發、制造及總裝技術、計量檢測技術、航空航天電子電器設備設計開發、信息及測控技術，航空航天生物技術、航空適航管理、航空維修改裝，以及航空航天產品光電通信技術、能源系統設計、力學及環境工程、計算機、仿真、可靠性技術等領域在內的專業人才缺口巨大。有關人士根據教育部公布的相關信息歸納出的“最出人意料的十個高就業專業”，便將航空航天類專業列入其中。
上海作為我國新支線飛機和未來大型民用飛機設計總裝基地和重要的航天基地，舉辦了“上海航展”，展會上舉行了航空航天人才大型招聘會。據航展招聘組負責人介紹，目前航空航天項目需要大量人才，僅空客A380一個項目組的技術人員需求數量就超過六千人，而我國這方面人才缺口非常大。
近年來，以航天科技，科工集團，航空一、二集團等為代表的航空航天類企事業單位生產和科研任務飽滿，條件大為改善，待遇提高很快，一些單位的員工年薪可達十幾萬，稍差一些的單位其員工薪資待遇也可達到當地中上水平。航空航天事業的迅猛發展，無異于為年輕學子的成長搭建了理想的平臺。像航天空間設計研究院、航空材料研究院等單位都炙手可熱，受到重點院校畢業生的青睞。畢業生就業地域以北京、上海、西安、成都、沈陽、哈爾濱、深圳等省會及核心城市為主。
從個人長遠發展來看，在航空航天類企事業單位工作，發展前景好，待遇高，成長快。隨著載人飛船、探月工程、大飛機等重大項目的深入實施，必將有越來越多的青年才俊在鍛煉中脫穎而出。
報考提示
我國目前開設航空航天類專業的重點院校有北京航空航天大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學、北京理工大學、西北工業大學、南京理工大學、哈爾濱工程大學等。近年來，清華大學、復旦大學、上海交通大學、廈門大學等也相繼設置了此類專業。開設航空航天類專業的普通院校有南昌航空工業學院、沈陽航空工業學院、鄭州航空工業管理學院、中北大學、中國民航大學等。由于各個院校的發展歷史、層次、實力不同，學科專業水平差異也較大，同學們應注意了解自己感興趣的院校，根據自身實力，準確定位，合理選擇。
學習航空航天類專業以及將來從事航空航天技術工作，需要具備較強的學習鉆研及動手能力，要求同學們的數理化基礎扎實，邏輯思維能力較強，嚴謹求實，樂于鉆研。同學們應從實際出發，量體裁衣。
一些考生和家長誤以為報考航空航天類專業，體檢的標準要按照軍檢的標準來進行，其實不然。航空航天類專業主要是培養航空航天領域的專業技術人才，對考生的身體狀況沒有特殊要求，同學們只要符合《普通高等學校招生體檢指導意見》，就可放心報考。
