标准编号:	GJB 1198.5A-2004
中文名称:	航天器测控和数据管理 第5部分：射频和调制
英文名称:	Telemetry tracking command and data handling for spacecraft Part 5:Radio frequency and modulation
行业分类:	GJB    国家军用行业标准
发布日期:	2004-09-01
实施日期:	2004-12-1
标准状态:	valid
替代旧标准:	GJB 1198.5-1991
翻译语言:	英文
文件格式:	PDF
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Codeofchina.com is in charge of this English translation. In case of any doubt about the English translation, the Chinese original shall be considered authoritative. GJB 1198 consists of the following eight parts under the general title Telemetry tracking command and data handling for spacecraft: ——Part 1: PCM telecommand; ——Part 2: PCM telemetry; ——Part 3: Telemetry channel coding; ——Part 4: Ranging; ——Part 5: Radio frequency and modulation; ——Part 6: Packet telemetry; ——Part 7: Packet telecommand; ——Part 8: Onboard data handling interface. This part is Part 5 of GJB 1198. This part replaces GJB 1198.5-1991 Telemetry tracking command and data handling for satellite - Radio frequency and modulation. The following main changes have been made in this part with respect to the previous edition: a) In order to make this revised part compatible with the current standards and recommendations of ESA and CCSDS, only the radio frequency and modulation contents required for S-band telemetry tracking command and space research are compiled, and at the same time, the standard contents required for the suppressed carrier modulation are compiled; b) According to provisions of ITU and CCSDS, spacecrafts are classified into Category A and Category B spacecrafts, which are beneficial to the assignment and use of radio frequency. This part was proposed by China Aerospace Science and Technology Corporation. This part is under the jurisdiction of China Astronautics Standards Institute. This part was firstly issued in October 1991, and firstly revised this time. Telemetry tracking command and data handling for spacecraft Part 5: Radio frequency and modulation 1 Scope This part specifies the requirements for the use and assignment of the spacecraft radio frequency and the transmitted signals and carrier modulation. This part is applicable to radio frequency selection and signal modulation for spacecraft S-band telemetry tracking command and space research. 2 Normative references The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part. For dated reference, subsequent amendments to (excluding any corrigendum), or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to agreements based on this standard are encouraged to investigate the possibility of applying the most recent editions of the standards indicated below. For undated references, the latest editions apply to this part. GJB 727A-1998 Terms and acronyms of space tracking telemetry and command system GJB 1198.4A-2004 Telemetry tracking command and data handling for spacecraft Part 4: Ranging 3 Terms and definitions For the purposes of this part, the terms and definitions established in GJB 727A-1998 and GJB 1198.4A-2004 apply. 3.1 category A spacecraft spacecraft with an operating height less than 2×106km from the Earth's surface 3.2 category B spacecraft spacecraft with an operating height greater than 2×106km from the Earth's surface   3.3 occupied bandwidth frequency width in which the average power transmitted below the lower frequency limit and above the upper frequency limit is equal to the percentage β/2 of the total average power of a given transmission. Generally, β/2 is equal to 0.5%. 3.4 radio frequency spectral mask restriction on the distribution shape of modulated carrier radio frequency spectrum 4 General 4.1 Use and assignment of radio frequency The use of radio frequency for spacecraft S-band telemetry tracking command and space research shall meet the relevant requirements on radio frequency division. The radio frequency assignment for spacecraft S-band telemetry tracking command and space research shall follow the relevant radio rules. 4.2 Use for spacecraft S-band telemetry tracking command and space research and frequency supported by earth station 4.2.1 Telemetry tracking command S-band 2025MHz~2110MHz (uplink) 2200HMz~2290HMz (downlink) 4.2.2 Space research 2025MHz~2110MHz (uplink, Category A spacecraft) 2200MHz~2290HMz (downlink, Category A spacecraft) 2110MHz~2120MHz (uplink, Category B spacecraft) 2290MHz~2300HMz (downlink, Category B spacecraft)   4.3 Procedure and application content of frequency assignment 4.3.1 Procedure The appropriate channel center frequency assignment for flight mission shall be carried out according to the following steps: Step 1: in the stage of feasibility study, select the frequency range of the channel center frequency used for the spacecraft flight mission; Step 2: in the stage of scheme design, select the channel center frequency used for the spacecraft flight mission; Step 3: coordinate and determine the channel center frequency used for the spacecraft flight mission. 4.3.2 Application content The application for channel center frequency assignment shall comply with relevant radio rules. 5 Transmitted signal 5.1 Coherence frequency forwarding ratio of spacecraft S-band transponder The coherence frequency forwarding ratio of spacecraft S-band transponder is 221/240. 5.2 Carrier frequency stability 5.2.1 Spacecraft S-band transmitter Requirements for the frequency stability of its transmitted carrier are given in Table 1.

Foreword i 1 Scope 2 Normative references 3 Terms and definitions 4 General 5 Transmitted signal 6 Carrier modulation 7 Suppressed carrier modulation

GJB 中华人民共和国国家军用标准 FL 1830 GJB 1198.5A-2004 代替GJB 1198.5-1991 航天器测控和数据管理 第5部分：射频和调制 Telemetry tracking command and data handling for spacecraft Part 5: Radio frequency and modulation 2004-09-01发布 2004-12-01实施 国防科学技术工业委员会 发布 前 言 本系列标准《航天器测控和数据管理》分为以下8个部分： ——第1部分 PCM遥控 ——第2部分 PCM遥测 ——第3部分 遥测信道编码 ——第4部分 测距 ——第5部分 射频和调制 ——第6部分 分包遥测 ——第7部分 分包遥控 ——第8部分 数据管理接口 本部分为系列标准的第5部分。 本部分代替GJB 1198.5-1991《卫星测控和数据管理 射频和调制》 本部分与原标准相比主要有以下变化： a） 为使修订后的本部分能和ESA和CCSDS现行标准和标准建议兼容，只编制S频段测控和空间研究所需的射频和调制内容，同时编制有抑制载波调制应规定的标准内容； b） 根据ITU和CCSDS的规定，把航天器分为A和B两类航天器，以利于射频频率的指配和使用。 本部分由中国航天科技集团公司提出。 本部分由中国航天标准化研究所归口。 本部分于1991年10月首次发布，本次为第一次修订。 航天器测控和数据管理 第5部分：射频和调制 1 范围 本部分规定了航天器射频频率使用和指配以及发射信号和载波调制的要求。 本部分适用于航天器S频段测控和空间研究的射频频率选择和信号调制。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 GJB 727A-1998 航天测控系统术语与缩略语 GJB 1198.4A-2004 航天器测控和数据管理 第4部分 测距 3 术语和定义 GJB 727A-1998和GJB 1198.4A-2004确立的以及下列术语和定义适用于本部分。 3.1 A类航天器 category A spacecraft 离地球表面的运行高度小于2×106km的航天器。 3.2 B类航天器 category B spacecraft 离地球表面的运行高度大于2×106km的航天器。 3.3 占用带宽 occupied bandwidth 一种频率宽度，在它的频率下限之下和频率上限之上发射的平均功率各等于某一给定发射的总平均功率的百分数β／2。一般规定β／2等于0.5％。 3.4 射频频谱框 radio frequency spectral mask 对已调制载波射频频谱分布形状的一种限制。 4 总则 4.1 射频频率使用和指配 航天器S频段测控和空间研究的射频频率使用，应符合有关无线电频率划分的规定。航天器S频段测控和空间研究的射频频率指配，应遵循有关的无线电规则。 4.2 航天器S频段测控和空间研究使用及地球站支持的频率 4.2.1 测控 S频段 2025MHz～2110MHz （上行） 2200HMz～2290HMz （下行） 4.2.2 空间研究 2025MHz～2110MHz （上行，A类航天器） 2200MHz～2290HMz （下行，A类航天器） 2110MHz～2120MHz （上行，B类航天器） 2290MHz～2300HMz （下行，B类航天器） 4.3 频率指配程序和申请内容 4.3.1 频率指配程序 对飞行任务合适的信道中心频率指配应按以下步骤进行： 第1步：在可行性研究阶段，选择航天器飞行任务使用的信道中心频率所在的频率范围； 第2步：在方案设计阶段，选择航天器飞行任务使用的信道中心频率； 第3步：协调和确定航天器飞行任务使用的信道中心频率。 4.3.2 频率指配的申请内容 信道中心频率指配的申请内容应符合有关无线电规则的规定。 5 发射信号 5.1 航天器S频段应答机相干频率转发比 航天器S频段应答机相干频率转发比为221／240。 5.2 载波频率稳定度 5.2.1 航天器S频段发射机 其发射载波的频率稳定度要求规定于表1。 表1 航天器S频段发射机频率稳定度要求 频率MHz 频率稳定度要求 2200～2290 在所有条件下和航天器寿命期间为±2×10－5 2290～2300 在所有条件下和航天器寿命期间为±2×10－5； 经4h加热后的任何一段15h时间内，在温度范围10℃～40℃内的任一温度上为±1.5×10－6； 在温度范围10℃～40℃内为±0.2×10－6／℃； 年老化率为±2.5×10－6。 5.2.2 航天器S频段接收机 航天器S频段接收机频率稳定度要求规定于表2。对锁相接收机，所指频率是最佳锁定频率。 表2 航天器S频段接收机频率稳定度要求 频率MHz 频率稳定度要求 2025～2110 在包括±5×10－6的初始设置误差的所有条件下为±2×10－5； 7年的老化率为±7.0×10－6。 2110～2120 在包括±5×10－6的初始设置误差的所有条件下为±2×10－5； 经4h加热后的任何一段15h时间内，在温度范围10℃～40℃内的任一温度上为±2×10－6； 在温度范围10℃～40℃内为±2.5×10－7／℃； 年老化率为±3.0×10－6。 5.2.3 地球站设备 S频段地球站发射的载波频率准确度应优于±5×10－9。 5.2.4 多普勒跟踪 航天器S频段应答机不同采样时间的频率稳定度（阿仑方差的平方根）要求规定于图1。图1中的数值适用于以上行接收至下行发射的整个设备。此外，在工作温度和电源电压范围内，航天器S频段应答机动态范围内10dB以上的输入功率变化，以及上行接收的频率偏移±3×10－5等的综合影响下，航天器S频段应答机发射载波的峰-峰值相移应不超过π／2rad。S频段地球站引入的多普勒误差应小于航天器S频段应答机引入的多普勒误差。 Sf—频率稳定度，阿仑方差的平方根；T—采样时间 图1 航天器S频段应答机频率稳定度 5.3 极化 S频段地球站应发射和接收圆极化波，按航天器情况选择，S频段地球站应能发射右旋或左旋圆极化波。 航天器应发射和接收圆极化波，按航天器情况选择，S频段地球站应使用右旋或左旋圆极化，或使用两正交极化的分集接收。 5.4 带宽 5.4.1 占用带宽 应按占用带宽的要求规定占用带宽值。占用带宽的要求规定于表3。 表3 占用带宽要求 频率 MHz 功能 最大占用带宽 kHz 2025～2120 遥控（副载波频率8kHz） 遥控（副载波频率16kHz） 遥控（副载波频率32kHz） 66 132 264 2025～2110 测距上行（A类航天器） 1200 2110～2120 测距上行（B类航天器） 2400 2200～2290 遥测（比特率不大于8kbps） 遥测（比特率在8kbps～60kbps范围内） 遥测（比特率大于60kbps） 240 1700 2000或比特率的6倍（取大者）a 2200～2290 测距下行（A类航天器） 1200 2290～2300 测距下行（B类航天器） 3000 2290～2300 遥测 b a 对抑制载波调制，该值为比特率的20倍。但在任何情况下应小于30MHz； b 在该场率，遥测对最大占用带宽无特殊要求。 5.4.2 射频频谱框 除规定占用带宽外，还应规定射频频谱框。带外发射的功率频谱密度应保持在射频频谱框以下。射频频谱框的测量参考带宽应等于1kHz，0dB参考应等于最大的功率频谱密度，且频率至少应延伸到最大功率谱密度的－60dB频率点上。 5.5 发射 5.5.1 杂散发射功率电平 在2200MHz～2300MHz频率内，已调或未调的航天器S频段发射机产生的包括谐波在内的最高杂散发射电平，相对于未调的航天器S频段发射机功率，在100Hz的参考带宽下测量，应不高于－60dB。 5.5.2 发射停止 一旦要求停止发射无线电信号，航天器上都应备有通过遥控指令保证其停止发射无线电信号的装置。 5.5.3 功率通量密度限制值 对2200MHz～2300MHz频率，由航天器发射在地球表面处产生的功率通量密度限制值规定于表4。这些限制值是假定在自由空间传播条件下得到的。 表4 地球表面处的功率通量密度限制值 频率 MHz 水平面以上的入射角（δ） （º） 功率通量密度 dBW／（m2·4kHz） 2200～2300 0～5 5～25 25～90 －154 －154＋0.5（δ－5） －144 表4中的功率通量密度限制值，对下列情况适用： a） 圆形或准圆形轨道（不包括地球同步轨道）：除发射阶段外的所有轨道运行阶段； b） 地球同步轨道（包括地球静止轨道）：在地球同步高度； c） 椭圆轨道：原则上，为除发射阶段外的所有轨道运行阶段。在近地点附近，可要求降低航天器的等效全向辐射功率（EIRP）。但是，在大椭圆轨道情况下，建议放弃对上述功率通量密度限制的可能。 6 载波调制 6.1 PCM波形和比特率 PCM波形和比特率规定于表5。PCM波形的定义如图2所示。 表5 PCM 波形和比特率 频率 MHz 功能 比特率 bps PCM波形 2025～2120 遥控 8000／2n na＝0，1，…，10 NRZ-L NRZ-Mb 2200～2300 遥测 100～1000000e NRZ-L NRZ-Mc NRZ-Sc SP-Ld SP-Md SP-Sd a n＝0时，副载波频率应取32kHz； b B类航天器遥控应不使用NRZ-M PCM波形； c B类航天器遥控应不使用NRZ-M，NRZ-S和SP-M和SP-SPCM波形； d 对SP-L和SP-M波形，比特率最高为5×105bps； e 对载波直接调制的正交相移键控信号，对NRZ PCM波形，比特率最高为2×105bps；对SP-L，SP-M和SP-SPCM波形，比特率最高为1×105bps。 比特状态 非归零电平码（NRZ-L） 非归零传号码（NRZ-M） 非归零空号码（NRZ-S） 分相电平码（SPL） 分相传号码（SPM） 分相空号码（SPS） 电平A 电平B 注1：非归零电平码—电平A表示比特状态“1”，电平B类表示比特状态“0”； 注2：非归零传号码—电平由A到B或由B到A的跳变表示比特状态“1”，无电平跳变表示比特状态“0”； 注3：非归零空号码—电平由A到B或由B到A的跳变表示比特状态“0”，无电平跳变表示比特状态“1”； 注4：分相电平码—前半比特用电平A随之后半比特用电平B表示比特状态“1”，前半比特用电平B随之后半比特用电平A表示比特状态“0”； 注5：分相传号码— 一次相位跳变表示比特状态“1”，无相位跳变表示比特状态“0”； 注6：分相空号码— 一次相位跳变表示比特状态“0”，无相位跳变表示比特状态“1”。 图2 PCM波形 6.2 副载波 6.2.1 使用的副载波 载波调制使用的副载波和副载波使用的调制波形规定见表6。 按表6选择遥测副载波频率时，原则上应避开所选的副载波频率和信道测距音形成的三阶之内的交调、组合干扰落在有用信息的基带带宽之内。 按表6选择的遥控副载波频率一般取8kHz，仅在有特殊要求的场合才可使用16kHz或32kHz，且应注意确保不与其它信号发生有害的相互作用。 表6 载波调制使用的副载波 频率MHz 功能 副载波 调制波形 副载波波形 2025～2120 遥控（A类和B类航天器） 8，16或32 NRZ-L NRZ—Ma 正弦 2200～2290 遥测（A类航天器） 0.1～1000 NRZ-L NRZ-M NRZ-S SP-L SP-M SP-S 正弦 2290～2300 遥测（B类航天器） 0.1～1000 NRZ-L SP-L 方波 a B类航天器遥控应不使用NRZ-M PCM调制波形。 6.2.2 副载波频率稳定度 6.2.2.1 遥控副载波 遥控副载波的频率准确度应优于±2×10－4；24小时频率稳定度应优于±5×10－5；1s频率稳定度应优于±1×10－5。 6.2.2.2 遥测副载波 在所有时间内，遥测副载波的频率准确度应优于±1×10－4。因电源电压、温度和航天器的其它因素影响，其5min频率稳定度应优于1×10－5，其短期频率稳定度应优于1×10－6／T。其中T小于或等于副载波波形周期的100倍。 6.2.3 副载波调制 6.2.3.1 概述 遥控和遥测的副载波调制通常为相移键控（PSK）。 6.2.3.3 副载波频率和比特率之比 副载波频率和比特率之比应为整数。但在SP-L波形情况下，以上两者之比应为偶整数。 6.2.3.3 副载波相位和PSL波形各跳变点的关系 在PCM波形各跳变点处，副载波相位应反相，且PCM波形各跳变点与PSK副载波反相点的时间差应在一个副载波周期的±2.5％以内。 6.2.3.4 已调副载波的相位稳定性 在所有时间，对在相位反相后大于副载波周期25％的一段时间内，已调副载波的相位应在理想的PSK信号的±5°以内。 6.2.4 数据跳变密度 为保证地面解调器恢复比特时钟，已传送的PCM 的NRZ波形跳变密度，对最长的全“0”和全“1”序列应限制在64比特以内；对A类航天器，在任一1000个连续比特的序列中应不少于125个跳变点；对B类航天器，在任一1000个连续比特的序列中应不少于275个跳变点。 6.3 信道测距音 载波调制容许使用的信道测距音频率为： a） 信道主测距音频率为：100.000kHz； b） 信道次测距音频率分别：20.000kHz，16.000kHz，16.800kHz，16.160kHz，16.032kHz和16.008kHz；有关信道测距音的定义见GJB 1198.4A-2004。 6.4 调相 6.4.1 应用 遥测、遥控和测距都应使用调相。 6.4.2 调相波形 应使用的调相波形包括PCM遥测数据调制的副载波，PCM遥控指令码或数据调制的副载波，以及信道测距音。 6.4.3 载波调相指数 载波调相指数的选择应满足各有用信号解调所需门限，并优化所选择的调相指数，使已调载波的功率利用率优于80％（最佳为85％）。 对单个信号，峰值调相指数mФSP不大于1.5rad。 对两个或两个以上同时在同一射频载波上传输的信号，平方和的平方根峰值调相指数mФrP不大于1.8rad。 6.4.4 调制方向 正向变化的视频信号应引起载波相位超前。 6.4.5 调制非线性 在载波调相要求的相位偏移范围内，相位瞬时值偏离理想的线性响应应优于±3％。 6.4.6 已调相载波的射频频谱框 PSK副载波对载波调相后的射频频谱框如图3所示。一般，－15dB点之间的频率宽度应和该射频频谱框的占用带宽相符合。 占用带宽 功率（dB）＝－25×频率＋15 注1：SW——1kHz内相对未调载波的功率，dBc。 注2：f——频率，1／2×10dB带宽。 图3 射频频谱框（副载波经PCM调制） 6.4.7 载波相位噪声 在10Hz～100kHz之间累计的未调载波相位噪声应小于1º（RMS）。 6.4.8 残留载波和杂散谱线 已调载波残留功率相对于未调载波功率通常应大于－10dB。 调制引入的、累计在载波附近±800Hz 以内的功率相对于未调载波功率应不大于－30dB。 在2200MHz～2300MHz频率内，在围绕某一载波频率的±60kHz频率范围，调制应不引入大于相对未调载波功率－30dB的杂散谱线。 7 抑制载波调制 7.1 应用 因使用调相（见6.4）引起载波频率处的功率通量密度超过5.5.3规定的限制值时，遥测应使用抑制载波调制。在不希望使用副载波的其它情况也可用抑制载波调制。 7.2 调制方式 抑制载波调制所传输的是PCM数据信号，它可使用以下几种调制方式： a） 双相相移键控（BPSK）； b） 正交相移键控（QPSK）； c） 不对称正交相移键控（UQPSK）。 7.3 调制波形 抑制载波调制采用的PCM波形有以下几种： a） 对BPSK，为NRZ-L或MRZ-M或SP-L波形、NRZ-M波形优先； b） 对QPSK，为4电平差分编码为NPZ波形； c） 对UQPSK，为NRZ-L或NRZ-M波形，NPZ-M波形优先。 7.4 载波调制 载波调制应按以下定义。 ——BPSK：在每个数据信号跳变处，载波相位要反相。 ——QPSK：这种调制按相等的比特率的两个数据信道对两个幅度相等、相位正交的载波作反相键控来定义；两正交载波之间的相位角应为（1±0.02）π／2rad；对每个信道的调制应使对来自另一信道信号的抑制应大于30dB；比特时钟应同步在比特周期的±2％或1ns两者中的较大者的范围之内；两信道在逻辑上可独立，或两信道分别用于传输单个数据流的奇或偶数位；4电平差分码的NRZ编码规则应按表7规定。 表7 4电平差分码的NRZ编码规则 载波相位状态 rad 比特值 0 π／2 π 3π／2 00 01 11 10 两列比特值表示两个数据信道，对单个信道传输，左列应为最高有效比特。 ——UQPSK：这种调制按不相等的比特率的两个数据信道对两个幅度不相等、相位正交的载波作反相键控来定义；两正交载波之间的相位角应为（1×2％）π／2rad；对每个信道的调制应使对来自另一信道信号的抑制要大于30dB；按公式（1）定义的比特率不对称应大于0.05： （1） 式中： ——比特率不对称值； fs1，fs2——信道1和信道2的比特率。 功率不对称应小于6dB。若两信道的比特率比和功率比不相等，则必须控制功率通量密度不超过5.5.3给出的限制值。 7.5 数据跳变密度 同6.2.4所述。 7.6 残留调幅 发射的射频载波的残留调幅应小于10％。 7.7 载波相位噪声 在10Hz和1MHz之间累计的未调载波的相位噪声在2200MHz～2290MHz频率范围内应小于2°（RMS）。 7.8 杂散谱线 对于因基带或射频带宽限制，信道非线性，或任何其它影响引起发射的射频频谱中的离散谱线应按以下要求： a） 相对未调载波应小于－30dB； b） 相对未调载波应小于[10＋10Log（比特率）－20Log|F－FC]dB； 其中：F：离散谱线频率；FC载波频率。 c） 相对未调载波应小于[297+10Log（比特率）－60Log|F－FC|]dB。 7.9 残留载波 残留载波相对于未调载波通常应小于－30dB。 7.10 射频频谱密度 以任何1kHz带宽测量的射频频谱密度相对于未调载波应小于[40－10Log（比特率）]dB。 因调制中的PCM数据内容的结果，这个限制值对于持续时间不大于0.1s的情况偶尔可以超过。 7.11 功率通量密度 在地球表面处的功率通量密度通常应小于5.5.3规定的限制值。