测控通信与导航

测控、天地通信、GNSS 与定位授时。

• 北斗导航系统（航天）

  北斗导航系统（BDS）是指中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，采用GEO、IGSO和MEO三种轨道混合星座构型，是全球四大GNSS中唯一采用混合星座设计的系统。它与GPS和GLONASS的区别是：GPS和GLONASS均采用单一MEO星座，北斗的混合星座在亚太地区具有更好的几何构型和抗遮挡能力，并独有短报文通信功能。

• 测控船

  测控船是指将航天测控设备集成于远洋船舶平台、在海上机动部署执行航天器跟踪测控与通信任务的海基测控站，是中国“远望”号船队的统称。它与陆基测控站的区别是：陆基站站址固定、覆盖受国土范围限制，测控船可根据任务需求部署到三大洋任意海域，填补南半球和关键弧段的测控盲区。

• 测控网

  测控网是指由测控中心、多个测控站（含陆基站、测量船、中继卫星）和通信网络构成的综合电子系统，用于对运载火箭和航天器进行跟踪测量、遥测接收与遥控发送。它与单个测控站的区别是：测控站是执行节点，测控网是覆盖全球的体系。中国航天测控网由西安卫星测控中心、北京航天飞行控制中心及数十个测控站组成，对中低轨航天器的地基覆盖率不足20%，天链中继卫星组网后提升至近100%。

• 测控站

  测控站是指航天测控网中直接与航天器建立无线电联系的地面（或海基、天基）站点，承担跟踪测量、遥测接收、遥控发送和天地通信等任务。它与测控中心的区别是：测控站是“手脚”，负责信号收发与目标跟踪；测控中心是“大脑”，负责数据处理与决策调度。测控站按部署平台分为陆基固定站、海上测量船、空中测量飞机和天基中继卫星四类。

• 导航增强

  导航增强是指通过外部信息注入或信号辅助，提升全球卫星导航系统（GNSS）定位精度、完好性、可用性和连续性的技术体系。它与GNSS基础服务的区别是：GNSS提供米级精度的基础定位，而导航增强将定位精度提升至分米级、厘米级乃至后处理毫米级，并为民航等高生命安全领域提供完好性保障。导航增强按播发方式分为星基增强系统（SBAS）和地基增强系统（GBAS）两大类。

• 调制与编码

  调制与编码是指将信息比特转换为适合信道传输的射频信号形式（调制），以及在信息比特中增加冗余以抵抗信道损伤（编码）的两项关键技术。它与单纯“提高发射功率”的区别是：调制与编码在不增加硬件功耗的前提下，通过信号设计和算法优化获得链路增益。卫星通信中，调制方式从 BPSK、QPSK 演进到 8PSK、16APSK 等高阶体制；编码从卷积码、RS 码演进到 Turbo 码和 LDPC 码，编码增益可达近 10 dB。

• 定位与授时

  定位与授时（PNT）是指利用卫星导航系统同时获取用户三维位置、速度和时间信息的技术过程，是卫星导航系统最基础的服务输出。它与单纯“定位”的区别是：授时不是定位的副产品，而是与定位同等级的独立服务，且时间精度是定位精度的物理前提——卫星钟差每偏差 1 纳秒，对应约 30 厘米的测距误差。

• 多址技术

  多址技术是指允许多个用户共享同一无线信道资源、实现互不干扰通信的接入方法。它与多路复用的区别是：多路复用解决的是“同一站内多路信号共用一条链路”，多址技术解决的是“不同地点的多个站同时接入一个公共信道”。卫星通信中主要采用 FDMA、TDMA、CDMA 和 SDMA 四种基本体制。

• 跟踪测量

  跟踪测量是指利用无线电或光学手段对航天器进行连续跟踪并测定其轨道位置、速度和角度的技术过程，是航天测控系统中最基础的功能环节。它与遥测、遥控的区别是：跟踪测量解决“航天器在哪里”，遥测解决“航天器状态如何”，遥控解决“让航天器做什么”。

• 航天测控系统

  航天测控系统是指对运载火箭和航天器进行跟踪测量、遥测接收与遥控发送的大型综合电子系统，由测控中心、测控站（含测量船、中继卫星）和通信网络构成。它与普通通信系统的区别是：测控链路以航天器状态感知和指令控制为核心目的，而非单纯的信息传输。由于地球曲率限制，单站无法覆盖航天器全航程，必须通过多站接力实现连续测控。

• 激光通信

  激光通信是指以激光束作为信息载体、在自由空间或大气中传输数据的通信方式。它与微波通信的区别是：激光频率比微波高 3 至 5 个数量级，可用带宽更大；波长更短，同等口径下天线增益更高、终端更小；波束发散角仅微弧度量级，截获和干扰难度极大。星载激光通信的主要应用场景包括星间链路、星地高速数传和深空通信。

• 抗干扰通信

  抗干扰通信是指通过信号设计、天线技术和协议机制，使无线通信链路在存在有意或无意干扰的条件下仍能可靠传输信息的技术总称。它与加密通信的区别是：加密保护的是信息的“机密性”，抗干扰保护的是链路的“可用性”。卫星通信面临的干扰主要分为压制式干扰和灵巧干扰两大类。核心抗干扰手段包括跳频、直接序列扩频、自适应调零天线和干扰感知。

• 量子通信

  量子通信是指利用量子力学基本原理（如单光子不可分割、量子态不可复制）实现信息传输与密钥分发的通信方式，其核心分支是量子密钥分发（QKD）。它与传统加密通信的区别是：传统加密的安全性依赖计算复杂度，量子密钥分发的安全性由物理定律保证，任何窃听行为都会引入可检测的误码。

• 全球导航卫星系统

  全球导航卫星系统（GNSS）是指由一个或多个卫星星座、地面监控网络和用户接收机组成，为全球用户提供全天候三维位置、速度和时间信息的空基无线电导航系统。GNSS 与区域导航系统的区别是：GNSS 覆盖全球，需维持约 24 至 30 颗卫星的星座规模；区域系统仅覆盖有限区域，卫星数量少且常作为 GNSS 的补充增强。当前投入全面运行的四大 GNSS 为美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、中国北斗和欧盟 Galileo。

• 深空通信

  深空通信是指在地球与月球、行星际探测器之间建立远距离无线电通信链路的技术，用于传输遥测、遥控和科学数据。它与近地航天测控的根本区别在于距离远、信号弱、时延大。深空通信的核心约束是链路预算：信号功率随距离平方衰减，地火距离最远约 4 亿 km，信号单程时延可达 22 分钟。深空通信采用 X 频段和 Ka 频段，依靠大口径天线（35 m 至 70 m）、低温低噪声接收机和 Turbo/LDPC 信道编码来补偿巨大的空间损耗。

• 时间同步

  时间同步是指使分布在不同地点的时钟或时间系统保持统一时间基准的技术过程，在航天测控中特指通过时间统一系统为测控设备提供纳秒级标准时间信号和频率信号。它与普通网络对时的区别是：网络授时精度在毫秒至微秒量级，航天时统精度达纳秒量级。时间同步的核心是原子频标：铯原子频标准确度达10⁻¹⁴量级，氢原子频标稳定度优于10⁻¹²量级，铷原子频标准确度在10⁻¹⁰量级。

• 天地通信

  天地通信是指航天器与地面站之间通过无线电或激光链路进行数据传输的通信过程，涵盖遥测、遥控、跟踪测量、载荷数据下传和指令上注等全部信息交互。它与地面通信的根本区别在于链路一端处于高速运动的空间平台，信号传播距离从数百公里到数亿公里不等，时延和衰减远大于地面网络。当前星地微波通信在 X 频段实现 6.0 Gbps、Ka 频段实现 20.16 Gbps 的传输速率，星间激光通信已在轨验证 400 Gbps。

• 卫星导航系统

  卫星导航系统是指由多颗导航卫星、地面监控站和用户接收机组成的无线电导航定位系统，通过测量接收机到多颗卫星的伪距来解算用户的三维位置和时间。它与地面无线电导航的区别是：导航信号从太空播发，覆盖范围从区域扩展至全球，定位精度从数十米提升至米级乃至厘米级。当前全球有四大卫星导航系统：美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、中国北斗和欧盟 Galileo。

• 卫星通信频段

  卫星通信频段是指国际电信联盟分配给卫星固定业务、卫星移动业务和卫星广播业务使用的无线电频率范围，主要包括 L、S、C、X、Ku、Ka 等频段。它与地面通信频段的区别是：卫星链路需穿越大气层和自由空间，频段选择必须在传播损耗、雨衰、天线增益和可用带宽之间取得平衡。C 频段雨衰最小但带宽有限，Ku 频段兼顾性能与成本，Ka 频段带宽最宽但受降雨影响最显著。

• 遥测

  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。

• 遥控

  遥控是指利用无线电链路从地面向航天器发送指令，控制其姿态、轨道、工作模式和载荷状态的技术过程。它与遥测的区别是：遥测从星上向地面回传状态，遥控从地面向星上发送指令，两者构成测控系统的闭环。遥控指令按功能分为直接指令、数据注入指令和间接指令，通过PCM或分包体制上行传输。

• 中继卫星

  中继卫星是指部署在地球同步轨道、为中低轨道航天器提供数据中继和测控服务的天基通信卫星，常被称为卫星的卫星。地面测控站受地球曲率限制，对低轨航天器单站覆盖率不足百分之十五；两颗中继卫星组网即可覆盖百分之八十五以上的轨道。中国天链一号以三星组网实现全球覆盖。它承担天基测控站角色，服务对象是航天器而不是地面终端用户。

• Galileo

  Galileo（伽利略卫星导航系统）是指欧盟建设并运行的全球卫星导航系统，是全球四大GNSS中第一个完全民用控制的系统。它与GPS和GLONASS的区别是：Galileo由民用机构管理，不依赖军用信号，且率先免费提供开放服务导航电文认证（OSNMA）以对抗欺骗干扰。星座由30颗MEO卫星组成，轨道高度约23222 km，轨道倾角56°，分布在3个等间隔轨道面。开放服务定位精度优于1米，高精度服务（HAS）水平精度可达20厘米（95%）。2016年12月宣布初始服务，2023年1月高精度服务投入运行。

• GLONASS

  GLONASS是指俄罗斯（前苏联）建设并运行的全球导航卫星系统，是当前四大GNSS中唯一采用频分多址（FDMA）体制的系统。它与GPS的核心区别是：GPS以码分多址（CDMA）区分卫星，所有卫星使用相同载波频率；GLONASS以频分多址区分卫星，每颗卫星使用不同的载波频率。GLONASS采用3个轨道面、24颗工作卫星的MEO星座构型，轨道高度约19100 km，轨道倾角64.8°，对高纬度地区覆盖优于GPS。首颗卫星于1982年发射，1995年完成星座部署，后因经济困难退化，2011年恢复满星座运行。

• GPS

  GPS（全球定位系统）是指美国研制并运行的全球卫星导航系统，由空间段、控制段和用户段组成。它与GLONASS和北斗的区别是：GPS是全球最早建成并投入全面运行的卫星导航系统，采用6个中圆地球轨道面、24颗工作卫星的经典MEO星座构型，轨道高度约20200 km，轨道倾角55°，运行周期约11小时58分（半个恒星日）。GPS提供标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPS），民用SPS定位精度优于10米，授时精度约20纳秒量级。