遥测
AI 摘要：遥测是指通过无线电链路将航天器内部的工程参数、环境数据和载荷状态远距离传输至地面接收站的技术过程。它与遥控的区别是：遥控是地面向航天器发送指令，遥测是航天器向地面回传状态。遥测系统的核心是时分复用（PCM）体制，通过帧格式将多路传感器数据编排为串行码流。中国航天遥测广泛采用 PCM-FM 调制体制，传统码率不超过 2 Mbps，采用 MSD+TPC 增强技术后可达 20 Mbps 以上。遥测参数涵盖电压、电流、温度、状态量等类型，需经当量换算和有效性判别后供地面判读。
一句话定义
遥测是指利用无线电通信手段，将航天器上各分系统设备的工程参数、环境状态和载荷数据远距离传输至地面接收站，供地面人员判读航天器工作状态的技术过程。
概念边界：遥测不是“看仪表”，而是“远程读数”
“遥测”在通俗语境中容易被理解为“从远处看仪表”，但这一理解遗漏了遥测作为一个完整信息链路的工程本质。
遥测与遥控的区别是：遥控解决的是“地面让航天器做什么”的问题，信号方向是从地面到星上；遥测解决的是“航天器现在怎么样”的问题，信号方向是从星上到地面。两者构成航天测控最基本的双向闭环：地面发出遥控指令，航天器执行后，通过遥测将执行结果和状态变化回传，地面据此判断指令是否生效、系统是否正常。
从系统层面看，遥测的核心是时分复用与帧格式编排。航天器上的被测参数数量众多——一颗典型的卫星可能有数百至数千个遥测参数，涵盖电源电压、设备温度、姿态角速度、载荷工作状态等。这些参数不可能同时占用独立的传输信道，必须通过多路开关（交换子）按时序轮巡采集，编码后编排成固定格式的数据帧，再经调制发射下行-9。地面接收后按相同格式解帧，才能还原出每一路参数的值。
PCM 遥测：为什么是“标准答案”
脉冲编码调制（PCM）是航天遥测的主导体制。PCM 遥测是指将模拟信号经采样、量化和编码转换为二进制数字序列，再对载波进行调制发射的遥测方式。中国航天器实时遥测系统传统设计采用 PCM 体制，即“时分轮巡采集 + 脉冲编码调制”-6。
PCM 帧格式是理解遥测系统的关键概念。一个遥测帧由多路“波道”组成，每路波道占用固定字节数，携带一路被测参数。以某卫星应急遥测格式为例，一帧包含 128 路波道，其中波道 126 至 127 为差错控制域，占用 2 字节-1。帧同步码位于帧头，地面接收机据此识别帧边界。主副帧格式用于处理不同变化速率的参数：变化快的参数放入主帧的倍采样时隙，变化慢的参数放入副帧轮巡-6。
| 遥测参数类型 | 代号 | 典型处理方式 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 电压 | V | 当量换算后显示数值 | 如母线电压需乘以当量系数 |
| 电流 | I | 当量换算后显示数值 | 反映设备功耗状态 |
| 温度 | T | 当量换算后显示曲线 | 热控分系统关键参数 |
| 状态量 | S | 按比特位拆分判读 | 如“下位机状态”1 字节含 8 个独立状态位 |
| 工程参数量 | G | 按约定公式处理 | 姿态角、轨道参数等 |
遥测参数的处理不是“读到即显示”。整型参数直读源码，布尔型参数需按比特位拆分出每个独立状态，浮点型参数必须乘以当量系数才能得到物理值-7。例如母线电压的遥测码值为整型数，当量为 0.5，则实际电压等于码值乘以 0.5。这一处理逻辑由地面遥测解析软件根据配置文件自动执行。
调制体制与码率演进
PCM-FM（脉冲编码调制—调频）是中国航天遥测系统中应用最广泛的调制体制。GJB21.1B-2006 规定的遥测调制体制中，PCM-FM 是现有系统均支持的基础体制，在运载火箭和航天器遥测中占据主导地位-4。
PCM-FM 的优势在于实现简单、抗相位噪声能力强、对高动态环境适应性好。其代价是频谱效率较低，传统 PCM-FM 遥测的码率长期受限于 2 Mbps 量级-4。随着新一代运载火箭和卫星遥测信息量激增，最高码率需求提高到 10 Mbps 以上。
MSD+TPC 技术是突破码率瓶颈的关键。2007 年，北京遥测技术研究所开发了多符号检测（MSD）与 Turbo 乘积码（TPC）联合的调频遥测性能增强技术。在不增加天线增益和发射功率的前提下，仅多占用约 25% 的信道带宽，在误码率 1×10⁻⁷ 条件下获得近 8 dB 的信道增益，将 PCM-FM 遥测的传输速率提升至 20 Mbps 以上-4。这一技术使传统 PCM-FM 体制在新一代任务中继续保有生命力。
遥测的三种传输模式
航天遥测的信息传输并非只有“实时”一种模式。根据任务阶段和链路条件，遥测数据可以以三种方式到达地面。
实时传输是最直接的模式。航天器上的遥测发射机将采集到的数据经调制后实时下行，地面测控站接收范围内即可获取当前状态。运载火箭飞行段和卫星测控弧段内的遥测均属此类。
记录重放用于测控站覆盖范围之外的时段。航天器将遥测数据写入星载存储器，待飞经下一测控站时，将存储数据高速回放下行。这一模式弥补了地基测控覆盖率不足的缺陷，代价是数据延迟。
溅落回收是载人航天返回舱的备份手段。返回舱着陆后，回收人员取出舱内记录介质，将飞行全程的遥测数据转储至地面设备。这一模式不依赖无线电链路，但仅适用于可返回的航天器。
常见问题 FAQ
遥测和数传有什么区别？
遥测和数传都从航天器向地面传输数据，但信息内容和优先级不同。遥测传输的是航天器自身的工程参数——电压、温度、姿态、设备状态，数据量小但关乎航天器安全，需要在测控弧段内优先保障。数传传输的是有效载荷的观测数据——遥感图像、科学探测数据，数据量大但可以延迟下传。在微波统一测控系统中，遥测和数传可以共用一副天线和一个载波信道，通过副载波调制实现频分复用-9。
PCM-FM 遥测的码率为什么长期限制在 2 Mbps？
瓶颈来自带宽与功率的联合约束。PCM-FM 的调制指数和信道带宽决定了可用的符号速率。传统系统在误码率 1×10⁻⁷ 的可靠通信要求下，天线增益和发射功率限制了可达的信噪比，进而限制了码率。MSD+TPC 的引入改变了这一平衡：多符号检测利用相邻符号之间的相关性提升检测增益，Turbo 乘积码以接近香农限的编码效率压缩所需的 Eb/N0，二者联合使 2 Mbps 的瓶颈被突破至 20 Mbps 以上-4。
遥测参数出现异常时地面如何判断？
遥测参数的异常判别依赖预设的“正常范围”。卫星遥测表格化设计中，每个遥测参数都配置了正常范围字段，地面处理系统据此自动执行状态判别-2。当参数值超出正常范围时，系统生成告警。对于更精细的故障检测，还可以分析参数的切换频率或变化率——例如某个设备的功耗参数在“0 W”和“11.3 W”两个状态之间频繁振荡，可能意味着设备间歇性故障-17。地面人员结合多参数交叉验证和故障预案，判断是否需要发出遥控指令介入。