2. 卫星遥测遥控系统基础

卫星遥测遥控系统是航天器与地面之间建立“感知—决策—控制”闭环的神经中枢。要理解自动化测试，首先必须把三个基础概念区分清楚：遥测（Telemetry，TM）是卫星向地面下传的、反映星上状态与参数的数据流；遥控（Telecommand，TC）是地面向卫星上传的、用于改变星上工作状态或注入数据的指令流；跟踪测轨（Tracking & Orbit Determination）则通过测量信号时延、多普勒频移和角度，确定卫星的位置与速度。三者共用一条物理链路，却承担着方向相反、用途不同的任务。

一、星地链路的组成

一条完整的星地链路，从卫星端到地面端可拆解为若干可测试的接口节点。星上部分包括：遥测采集单元（传感器、A/D 转换、遥测编码器）、遥控译码与执行单元（指令译码器、驱动电路）、测轨应答机（转发上行测距音）、发射机与天线。地面部分包括：地面站天线与伺服跟踪系统、低噪声放大器（LNA）、上/下行变频器、调制解调器、测距终端、以及后端的遥测处理与遥控发令计算机。

链路中真正需要自动化测试关注的“关键接口”通常有四个：射频接口（天线口面到接收机输入，关注 EIRP、G/T、频率）、中频接口（70 MHz 或 1.2 GHz 中频，关注电平与阻抗）、数据接口（遥测帧格式、遥控指令码格式，关注帧同步字、校验方式）、时统接口（统一时间基准，关注时标对齐）。测试系统往往通过在这些接口处“旁路注入”或“分路采集”来验证信号是否正确。

二、上行与下行信号流程

上行链路（地面→卫星）的典型流程是：遥控发令计算机生成指令码 → 加密/加扰（可选）→ 基带调制（如 BPSK、扩频）→ 上变频至上行频段（如 S 频段 2025–2110 MHz）→ 高功放放大 → 天线发射 → 星上接收天线 → 低噪放 → 下变频 → 解调 → 译码 → 执行。上行信号中通常还叠加了测距音或测控副载波，用于同时完成测轨。

下行链路（卫星→地面）的流程是：星上遥测采集 → 编码（如 PCM、卷积编码）→ 调制 → 上变频至下行频段（如 S 频段 2200–2290 MHz）→ 功放 → 发射 → 地面天线接收 → LNA → 下变频 → 解调 → 帧同步 → 遥测参数提取 → 显示与存储。测轨信号则通过测量上行测距音往返时延和下行载波多普勒频移，解算出距离与距离变化率。

下面这张图把星地链路的主要节点、上下行方向以及四个关键测试接口集中呈现出来，便于在测试设计时快速定位“在哪里注入、在哪里采集”。

三、上下行信号流程中的测试关注点

在自动化测试中，上行链路的验证重点是“指令是否被正确接收并执行”。典型做法是：由测试系统在数据接口处注入一条已知指令码（例如“遥测帧格式切换”指令），通过地面站发射，再观察下行遥测中对应状态字是否翻转。若状态字在预期时延内变化，说明上行链路与星上译码执行均正常。这里的关键参数包括指令码格式（如 16 位地址 + 8 位数据 + 校验）、发射功率、上行频率偏差容限。

下行链路的验证重点是“遥测帧是否完整、参数是否可解析”。测试系统通常在地面站中频接口处接入遥测解调设备，检查帧同步字（如 0x1ACFFC1D）、帧计数连续性、校验和（如 CRC-16）是否正确。若帧同步丢失或校验错误率超过阈值（例如 1×10⁻⁵），则需排查调制解调器、信道误码或星上编码器。

跟踪测轨的测试则关注测距音往返时延与多普勒频移的测量精度。在自动化测试中，可以模拟一个已知距离变化率的多普勒信号，注入测距终端，验证其解算结果是否在允许误差范围内（例如距离误差 < 10 m，速度误差 < 0.1 m/s）。

四、关键接口的自动化测试设计要点

把上述链路抽象为可测试对象后，自动化测试系统需要解决三个问题：激励从哪来、响应到哪去、判据怎么定。激励通常由信号源、指令模拟器或遥测模拟器产生；响应由频谱仪、解调器或协议分析仪采集；判据则依据接口规范中的电平、频率、帧格式和时序容限。例如，射频接口测试可设定：上行 EIRP 为 60 dBW ± 1 dB，下行 G/T 为 −5 dB/K ± 0.5 dB/K；中频接口测试可设定：70 MHz 中频输入电平为 −10 dBm ± 2 dB，阻抗 50 Ω。

理解遥测、遥控、跟踪测轨三者的方向与用途，掌握星地链路的节点划分和四个关键接口，是后续学习自动化测试脚本设计、测试用例生成和故障诊断的基础。只有把“信号从哪来、经过什么、变成什么、如何判断”这条链路走通，自动化测试才不是盲目发令和收数，而是有明确预期和可复现判据的工程活动。