无线电跟踪测量系统

跟踪并测量飞行器运动轨迹、目标特性的无线电系统

无线电跟踪测量系统：跟踪并测量飞行器运动轨迹、目标特性的无线电系统。它具有全天候远距离探测、便于传送多种信息和实时处理等优点，被广泛应用于武器控制、远程警戒、靶场测量、航天器测控等方面。

概念

定义

利用无线电波的特性对飞行器跟踪并测量其飞行轨迹参数的系统。

功能

无线电跟踪测量系统能进行远距离探测并能测量目标的特性参数，不受气象条件的限制，而且无线电信道便于传送多种信息，因此它在航空和航天活动中被广泛应用于靶场测量、指挥控制、远程警戒、航天器的跟踪测轨等方面。它的探测距离、测量精度、抗干扰性能不断提高，工作波段越来越宽。各种无线电测量系统所采用的技术虽有很大不同，但基本原理并无多大变化。

无线电跟踪测量系统用无线电波在地面和飞行器之间传递各种信息。地面向飞行器发送的信号称上行信号；飞行器向地面发送的信号称下行信号。无线电跟踪测量系统一般由飞行器上设备和地面设备两部分组成。飞行器上的设备是信标机（发送下行信号的发信机）或应答机（包括接收上行信号的接收机和发送下行应答信号的发射机）。地面设备有发射机、接收机、天线、数据终端、计算机和记录显示设备等。它的工作原理是：发射机产生的无线电信号由天线定向辐射到目标所在的空间，再由地面接收天线接收飞行器转发或发送的下行信号，经接收机检测,比较上、下行信号或下行信号的变化,即可测出飞行器相对于地面测控站的角度、距离和距离变化率等参数，确定飞行器的空间位置和速度。连续进行这样的跟踪测量即可得出飞行器的弹道或轨道。测量系统对于各种不同的目标所测量的基本参数是相同的，不过对于有动力作用的飞行器（火箭、导弹、飞机等），测量系统应有瞬时定位和适应速度变化的能力；而对于人造地球卫星和空间探测器一类的航天器，则因轨道变化较为缓慢，一般可用较少参数和较长测量时间来完成测量任务。

工作原理

无线电跟踪测量系统一般由飞行器上设备和地面设备组成，其基本工作原理是把有关信号调制在由发射机产生的无线电载波上，通过天线辐射到空间，被飞行器上的应答机接收、转发，或被目标直接反射，返回地面；也可由飞行器上的信标机直接发送无线电信号到地面。地面天线接收到无线电信号后，经接收机检测处理，把解调出来的角度误差信号以及由角度编码器测得的目标的方位角、高低角数据送到角度伺服回路，在角度上对目标进行跟踪；把带有多普勒频移的信号送往速度跟踪测量回路，跟踪并提取接收载波信号中的多普勒频移，测出目标的径向速度；把解调出来的距离信号送到距离跟踪测量回路，跟踪目标的距离，并测出接收信号相对于发射信号的时间延迟或相位差、频率差，来获得目标的距离。根据需要尚可提取目标的其他信息。所有上述测量数据，经过接口录取，送到计算机进行数据处理，记录显示所需参数，同时送往测控中心。

利用无线电波的特性对飞行器跟踪并测量其飞行轨迹参数的系统。无线电跟踪测量系统能进行远距离探测并能测量目标的特性参数，不受气象条件的限制，而且无线电信道便于传送多种信息，因此它在航空和航天活动中被广泛应用于靶场测量、指挥控制、远程警戒、航天器的跟踪测轨等方面。它的探测距离、测量精度、抗干扰性能不断提高，工作波段越来越宽。各种无线电测量系统所采用的技术虽有很大不同，但基本原理并无多大变化。

无线电跟踪测量系统用无线电波在地面和飞行器之间传递各种信息。地面向飞行器发送的信号称上行信号；飞行器向地面发送的信号称下行信号。无线电跟踪测量系统一般由飞行器上设备和地面设备两部分组成。飞行器上的设备是信标机（发送下行信号的发信机）或应答机（包括接收上行信号的接收机和发送下行应答信号的发射机）。地面设备有发射机、接收机、天线、数据终端、计算机和记录显示设备等。它的工作原理是：发射机产生的无线电信号由天线定向辐射到目标所在的空间，再由地面接收天线接收飞行器转发或发送的下行信号，经接收机检测，比较上、下行信号或下行信号的变化，即可测出飞行器相对于地面测控站的角度、距离和距离变化率等参数，确定飞行器的空间位置和速度。连续进行这样的跟踪测量即可得出飞行器的弹道或轨道。测量系统对于各种不同的目标所测量的基本参数是相同的，不过对于有动力作用的飞行器（火箭、导弹、飞机等），测量系统应有瞬时定位和适应速度变化的能力；而对于人造地球卫星和空间探测器一类的航天器，则因轨道变化较为缓慢，一般可用较少参数和较长测量时间来完成测量任务。

发展概况

无线电跟踪测量系统(radio tracking system)　第二次世界大战中，为跟踪测量炮弹、火箭和飞机，出现了简易的多普勒测速定位系统和S波段圆锥扫描自动跟踪雷达。随着导弹、航空、航天技术的发展，20世纪50年代单脉冲精密跟踪测量雷达、精密干涉仪研制成功，60年代出现了相控阵雷达和S波段统一系统。

1983年美国发射了第一颗跟踪和数据中继卫星，建立了相应的地面设备，标志着无线电跟踪测量系统开始向天基发展。

中国于60年代末研制成功单脉冲精密测量雷达和连续波短基线干涉仪测速系统，70年代中期中长基线干涉仪测量系统和大型相控阵雷达问世，80年代初微波统一系统正式投入使用。

分类

主要有脉冲跟踪测量系统和连续波跟踪测量系统两大类。

脉冲跟踪测量系统

是采用射频脉冲信号的无线电跟踪测量系统。它易实现测距、多目标跟踪、目标特性测量和反射式工作。主要有圆锥扫描和单脉冲跟踪两类。可以单站、单站链式和多站同时工作。1980年美国在夸贾林靶场建成主副站式脉冲测量系统，可获较高的测量精度。

以测量无线电波在空间传播的时间间隔为基础的定位测量系统。它通常由地面脉冲测量雷达和飞行器上的应答机组成。地面雷达以很高的射频功率对准目标发射射频脉冲，应答机收到脉冲信号后立即应答，向地面发射应答脉冲，地面测控站测出发射脉冲时刻与应答脉冲到达时刻之间的时间间隔，就可得到目标至测控站的距离；雷达天线跟踪应答机信号，指示出目标相对测控站的方位角和俯仰角。

脉冲测量系统分为单站雷达系统（采用以雷达站为基准的极坐标方式来测量距离和角度）和多站雷达系统（以整个系统组合的坐标为基准的三角定位法来测量角度和距离）。后一种系统可获得高精度数据。为扩大对低轨道航天器的跟踪测量范围，常使用雷达链系统（脉冲测量雷达）。

连续波跟踪测量系统

是采用连续射频信号的无线电跟踪测量系统。它有较好的测速能力，易实现载波信道综合利用。有4种典型系统：

①多普勒测速系统。在信标机或应答机配合下，测量目标的多普勒频移，从而获得目标的径向速度。该系统设备简单，但只能测速。在炮弹和中、低轨道的人造卫星测量中应用较多。

②距离和距离变化率测量系统。在应答机配合下，可测得目标的距离、距离变化率和角度，能单站或多站工作，主要用于航天器轨道测量。

③微波统一系统。是共用微波信道、一套天线，能实现对航天器的测轨、遥测、遥控、通信、电视图像传播等多种功能的无线电系统。它使无线电跟踪测量与遥测、遥控、通信等有机地综合起来，因而在航天器的测控和通信中应用广泛。

④无线电干涉仪系统。利用相隔一定距离的成对天线构成基线，测出接收载波信号到达两天线的相位差，获得目标和基线间的夹角。其角度和角度变化率的测量精度较高，但有角度多值性问题，设备相对复杂。多应用于导弹弹道的精密测量。

优点

无线电跟踪测量系统具有：全天候远距离探测、便于传送多种信息和实时处理等优点

展望

现代无线电跟踪测量系统将从陆基向天基发展。将轨道测量、遥测、遥控、数据传输、话音通信综合在一起，用一个无线电载波传输。还建成了跟踪和数据中继卫星及其地面设备所组成的新型航天无线电测量系统，利用两颗分开约140°经度的卫星和一个地面控制接收站，就能对多颗低轨道卫星进行全球性的跟踪测控和数据中继。为解决高、低轨道卫星间信号的相互截获和对多颗低轨道卫星的测量、控制等问题，能对多个低轨道飞行器进行全球性的跟踪测控，应用了多种新技术，具有广阔前景。

在航天领域中，将进一步发展信息的综合利用和多种功能的统一体制。设备将进一步采用固态器件、集成电路，实现数字化、与计算机一体化、功能软件化和模块化。相控阵技术和毫米波系统将得到进一步应用；雷达微波成像技术也必将促进无线电跟踪测量系统的发展。

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