工程师详解测控系统仿真与测控设备软件化技术

一、测控系统设备级仿真技术

1.测控系统设备级仿真的技术特点

测控系统设备级仿真主要是通过计算机软件仿真技术，借助计算机，用系统模型对真实系统或设想系统进行试验。测控系统设备级计算机软件仿真具有以下特点：

(1)采用软件仿真技术进行试验可以大大降低成本，尤其针对大型测控通信系统，可以降低昂贵的硬件投资。同时仿真设备可以重复使用，其试验环境和试验方案改变非常容易，可以缩短试验周期;

(2)有利于迅速吸收不断发展中的先进测控与通信技术，不断完善测控或通信模块;

(3)便于进行优化设计。对方案阶段的测控与通信系统，可以先设计出系统模型，用仿真进行反复试验，找出最优的系统结构和参数，使系统设计优化，提高设计水平;

(4)可以非常逼近实际系统，为工程设计提供准确的评估手段，避免硬件仿真受试验设备数量和仿真器件水平的限制;

(5)通过计算机软件仿真，便于准确、迅速、方便地处理仿真结果和数据，并利于数据的保存与事后分析。

2.测控系统设备级仿真的主要任务

测控系统设备级仿真的主要任务是对真实或设想的系统进行概念建模，并在明确了的系统模型上，建立测距、测速精度分析数学模型和仿真模型，建立遥测、遥控、话音、数传误码率分析数学模型和仿真模型。通过仿真模型的运行，获得对系统测距、测速精度指标与误码率指标的仿真分析，从功能原理上对系统运行状况定性，从方案及技术指标上对系统运行状况定量，并获得与实际测控站系统运行结果的一致性。

另一方面，在分系统与部件设计中，通过建立测控系统地面设备中各分系统和部件的数学模型，模拟数据流、控制流以及工作状态，对系统的动态特性和稳态特性进行分析，对总体和分系统方案给予验证和评价。首先建立各分系统和部件的数学模型，各分系统数学模型采用单一模块设计，各分系统模块内部的部件也采用功能化模块设计，每个功能模块均以库模块的形式存放在运行库中，通过选择不同的功能模块可以组成不同功能的分系统，继而根据各分系统的数据流、控制流和工作状态，组织分系统的独立仿真，然后再通过测控通信总体方案进行全系统仿真。在分系统独立仿真时，将其它分系统对它的影响作为该分系统的外部输入，用外部环境模拟模块来产生等效的外部输入，从分系统到总体仿真应满足组合化原则。

3.测控仿真技术的发展方向

目前，系统仿真技术已成为发达国家重点发展的国家关键技术和国防关键技术。21世纪信息技术的迅速发展将使仿真技术与航天技术在各个层次上紧密结合成为一个整体。

测控系统仿真技术能为未来的天基测控、小卫星测控、深空测控等系统提供优化方案和关键技术设计。在航天仿真领域，将着重发展星座仿真技术，实现卫星在轨运行和多星管理的分布交互仿真。通过卫星自身以及地面站的参与使各个卫星能协调运行，保持准确的位置姿态和工作状态的衔接。对各种不同的卫星系统从研制到运行的各个阶段也要根据情况建立包括地面应用系统和卫星在内的系统模型和仿真系统，以便进行分析、优化及支持卫星的长期运行和管理人员培训。二、测控设备软件化技术

1.测控设备技术发展的新特征

航天测控系统是一个复杂系统，它涉及不同的调制体制、工作模式、信息传输和数据调制解调处理。以往，我国在卫星测控站的建设模式上基本上是一种卫星就要新研制一套测控站(主要的新研制内容体现在终端设备)，为满足不同测控任务的要求，往往设备配套庞大，需要重复建设具有相似功能的硬件设备。随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，测控设备逐步向综合化、数字化、模块化和标准化方向发展。通过采用高速A/D、DSP、FP-GA、MPU、DDS、数模混合集成电路、高速大容量存储计算机及网络技术、总线技术，完成高速数字信号处理和数据处理，将测速、测距、遥测、遥控、数传和监控综合为一体，进行综合化、一体化设计。测控设备的模块化、标准化的主要内容包括单元模块化、功能、技术指标系列化、接口标准化、规范化。

测控设备技术发展的新特征促进了软件无线电技术在测控通信领域中的应用，数字化是测控设备软件化的基础，软件化是实现测控设备综合化、标准化、规范化的良好的技术途径。

2.测控设备软件化技术基础

测控设备软件化的技术理论是软件无线电。软件无线电技术突破了传统的无线电设备以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可编程、可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。用户可通过选用不同的应用软件，在通用的、可扩展的硬件