我国卫星测控网是我国跟踪测量和控制航天器的地面系统。由西安航天控制中心、9个航天测控站、若干陆上活动测控站、两艘测量船以及连接它们的测控通信网构成。主要测控装备有微波雷达、超短波多普勒测速仪和光学设备，以及双频多普勒测速仪、超高频指令遥控系统和微波统一系统等。

我国卫星测控网始建于20世纪60年代末，位于陕西省渭南地区。1970年、1971年分别完成了第一颗人造地球卫星、第二颗人造地球卫星的跟踪、测量任务以及试验通信卫星的变轨、定点的跟踪、遥测、遥控任务。20世纪80年代中迁至西安，现在，西安卫星测控中心已具有能对多个卫星同时进行实时跟踪测量和控制的能力，并且具有任务分析和软件开发的能力。测控中心由中心计算机系统、监控显示系统、综合通信网、时间统一勤务系统及相应的研究室组成。中心计算机系统是由多台高性能计算机经由星形耦合器与以太网连接而成的，具有较高的可靠性和较强的处理能力，并配有多星测控系统软件。监控显示系统是面向指挥人员和工作人员，给出航天器各种参数的各种设备组合，由大屏幕的图像显示和表格显示、X-Y记录器显示、各种台式屏幕显示器以及监控台等组成。西安卫星测控中心可以实现从“牵引”卫星返回地面到将卫星定点于36000km高空，从控制回收载人飞船到同时管理数十颗卫星。西安卫星测控中心完成6次“神舟”飞船、100余颗卫星的发射测控、回收和在轨管理任务。美国、俄罗斯等国都是在全球布网，对航天器进行全时段测控，而我国航天测控网覆盖率还不到这些国家的1／5，以远逊于发达国家的资源和设备，达到同等测控能力，这是我国航天测控事业的特色。我国集航天测控体系、固定站与移动站相结合、卫星测控网、飞船测控网和深空测控网于一体的航天测控网，实现了测控网“以航天器控制语言为基础的中心遥控透明控制模式”。这种新模式，使得只敲动几下键盘，就能在短时间内向卫星发送所需要的指令。

硬件不足靠软件。西安卫星测控中心作出了如下创新：

1）提出了测控资源最优分配策略与算法。

2）新研制了6大类数百万行测控软件。

3）具备同时支持三个发射场发射的卫星早期测控任务的能力。

4）研发的精密定轨系统，将定轨精度提高到米级、超同步转移轨道卫星四次变轨技术。

5）同步卫星双星共位技术和高精度位置保持技术，有效节省了卫星燃料、延长了卫星寿命，使轨道控制精度由数百米提高到几十米。

6）改进卫星姿态算法，将同步轨道段定姿精度提高到0.03°以内，使定姿精度达到国际先进水平。

近年来，西安卫星测控中心任务成倍增长，他们采用平台化、组件化设计方法，构建了具有高度重组能力、适应多星并行测控的功能分布式测控软件平台，具备了同时执行两颗卫星实时任务和一颗卫星任务准备的能力，具备了40颗以上卫星的长期管理能力，并在探测月球方面做出了成绩。月球距离地球有38万km，无线电信号存在空间衰减、时间延迟、低覆盖率等问题，因此在技术措施上需要采用大口径的接收天线，降低天线及接收机的噪声温度，并采用新的信源压缩方法和信道纠错编译码等通信技术，来改善信道传输质量。

1.大口径的接收天线

为了能够接收从遥远的探测器上传来的数据，地面应用系统建设了两座大口径天线（射电望远镜），一座建立在北京密云水库的北岸，天线口径达到50m，是目前我国口径最大的数据接收天线；另一座建设在云南昆明的凤凰山上，是一座口径40m的大天线。这两座大口径天线，把从嫦娥一号传送来的所有信息全部收集起来，通过与天线配套的接收机系统，送到一套落地存储系统中保存起来。在地面系统中，负责把数据接收下来的这两个天线及其相配套的接收和落地存储系统称为“数据接收分系统”，简称为“DAS”。

2.S频段航天测控网

航天测控系统是对航天器飞行轨道、姿态及其各分系统工作状态进行跟踪测量、监视与控制的系统。它是用于保障航天器按预订状态飞行与工作，完成规定航天任务的大型基础设施，通常称为航天测控网。随着航天科技的进步，当代卫星测控主要是通过S频段微波统一测控系统实现标准化、通用化的卫星测控，简称USB。它能够接收和发射信号，实现双向传输，具有跟踪测轨、遥测接收、遥控发令等综合功能。中国的航天测控网始建于20世纪70年代。目前我国已形成了以测控站为核心，以多种通信手段与测控中心相连接的较为完善的航天测控网，先后完成了我国历次航天发射试验和在轨卫星的测控任务，并具备了国际联网条件。中国航天测控技术已经跨入世界先进行列。在绕月探测之前，我国的大部分卫星距离地面在4.2万km以内，个别卫星离地面最远距离仅8万km，属于“近程”测控范围。在绕月探测工程中，嫦娥一号卫星距离地面最远可达40万km，是地球同步卫星距地面距离的10倍以上，属于“远程”测控范围。远程测控给我国现有的航天测控网带来了极大的挑战：

1）无线电波传输时间的延迟。无线电波以30万km／s的光速传播，测控信号需要1.35s才能从地球到达月球，这对于准确测控来说就显得太慢了。

2）无线电信号衰减非常大。信号强度跟距离的二次方成反比，也就是说测控距离增加一倍，信号强度就只剩下四分之一。嫦娥一号的测控距离是普通卫星的10倍，信号强度只剩下百分之一。如何弥补深空测控通信带来的巨大距离衰减，是测控通信面临的又一个困难。

3）巨大的无线电信号衰减带来的直接影响，就是信息传输速率受到极大的限制，为满足远距离通信误码率的要求，必须降低通信信息传输速率。

4）实现高精度导航困难。近地卫星可以使用高精度导航手段（如GPS导航技术），在深空测控中主要依靠传统的多普勒测量和距离测量手段。随着目标距离的增大，角度测量误差所引起的导航误差也很大。(www.daowen.com)

5）测控覆盖范围受局限。目前的深空探测，都立足于地面测控站对探测器的跟踪测量，单个地面站一天之中可连续跟踪测量深空探测器弧段的时间最长只能达到15h，为了增加对探测器的跟踪测量时间，需要在全球布站或开展国际合作。

6）轨道控制可靠性要求高。在绕月探测工程中，轨道控制次数多，条件苛刻，且由于地—月—卫星时空关系的限制，在地球飞往月球的途中只有单次机会实施轨控，因此只能成功不能失败。

面对这些问题，针对我国航天测控系统的现状，科技工作者提出了利用“USB＋VLBI（甚长基线干涉测量技术的简称）”联合测轨的方法，提高定轨精度。

1）提高USB测控系统的能力。天线的口径和探测距离成正比，增大天线口径可以增加探测距离。因此在USB测控系统中的两个站新建了大天线，改善了以往用于地球卫星天线的信道余量，提高了测量精度，增强了系统可靠性，使地面站作用距离从地球范围延伸到月球范围。

2）在航天测控领域引入天文测量技术。天文测量使用的射电望远镜能够接收遥远星系的射电源发出的宽带微波辐射信号。虽然叫做望远镜，它并不是通常概念下的光学望远镜。射电望远镜是由大口径天线、低噪声接收机和宽带记录装置组成的无线电接收系统。但是，单个射电望远镜无法实现测轨、定轨，必须把两个以上的射电望远镜组合起来。射电望远镜的基本原理是，通过设在不同位置的天线，接收同一无线电信号，计算信号到达两个天线的时间差，确定射电源相对于两个天线的角度。通过三个不在一条直线上的天线，就可以确定射电源所在的方向。这种测量方法称为甚长基线干涉测量技术，简称为VLBI。它通过无线电波干涉的方法，将间隔数百乃至数千公里的口径较小的射电望远镜合成为巨大的综合口径望远镜，提高了分辨率。两个望远镜之间的距离称为基线，基线越长，VLBI就能获得更高的分辨率，它是目前分辨率最高的天文观测技术。

USB＋VLBI方案是以我国S频段航天测控网为主，辅以中国科学院的VLBI天文测量系统，并突破了此系统原有的“事后处理”的天文观测模式，实现了准实时处理，解决了嫦娥卫星远程测控和高精度测轨、定轨的难题。

在嫦娥卫星发射之前，测控系统利用欧空局“SMART—1”月球探测器进行了USB＋VLBI综合测轨、定轨试验，首次验证了测控系统对环月探测器的测轨、定轨能力，取得了满意的结果。为了进一步提高测控覆盖率和可靠性，测控系统还与欧洲航天局合作，形成了“国内测控站＋国外测控站”的全球布站方案，使嫦娥一号卫星的测控覆盖率达到98％以上。

3.绕月探测工程测控系统

绕月探测工程测控系统主要由北京航天指控中心、西昌卫星发射中心，分布在全国的地面测控站，如青岛站、喀什站，分布在北京、上海、昆明和乌鲁木齐的天文观测站、VLBI中心，以及布置在太平洋海域指定位置的远望二号、远望三号航天测量船，以及国际联网的地面测量站组成，由时统、通信和数据传输系统将所有测控站点联成一个整体。北京航天飞行控制中心是绕月探测工程的飞行控制中心。测控系统的主要功能包括五个方面：

1）测控系统的时间统一。时间统一系统按照国际统一时间，由测控系统授时、GPS授时和当地氢原子钟进行时间标准的统一，消除系统各站点在时间上的误差，保证测控精度。

2）火箭和卫星的测轨、定轨。测控系统通过与箭载和星载测控设备合作，对长征三号甲火箭和嫦娥一号卫星的轨道进行测量，确定是否偏离标称轨道。

3）火箭和卫星的遥测。测控系统通过接收火箭和卫星下传的无线电信号，获得火箭、卫星各分系统和设备、仪器运行参数、温度、振动等环境数据，确定火箭和卫星是否处于正常的工作状态。

4）火箭和卫星的遥控。根据飞行控制程序或当火箭和卫星出现偏差、意外时，测控系统通过测控船、站向火箭或卫星发送指令，遥控火箭或卫星执行相应的动作。

5）测控通信系统。通信系统主要负责测控数据、图像和话音的传输。

测控系统在研制过程中，针对嫦娥一号卫星的发射窗口和轨道要求，制定了详细的测控方案，并对在轨运行的探测一号卫星进行了多次全系统的测轨、定轨演练，与嫦娥一号卫星进行了14天模拟真实发射状态的无线联试，全面验证了测控方案的正确性。

随着嫦娥一号卫星的成功发射、运行，我国测控系统将从远地测控走向深空测控。