地面如何接收来自38万公里远的月球卫星的信号?
因为月球离我们有38万千米之遥，因此与人造地球卫星相比，月球探测器数据接收的难度之大是不言而喻的，主要困难来自于巨大的空间衰减、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。 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50米，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40米的大天线。 这两座大口径天线像两只巨大的眼睛，注意着嫦娥1号的一举一动，把从...全部
因为月球离我们有38万千米之遥，因此与人造地球卫星相比，月球探测器数据接收的难度之大是不言而喻的，主要困难来自于巨大的空间衰减、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。
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50米，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40米的大天线。
这两座大口径天线像两只巨大的眼睛，注意着嫦娥1号的一举一动，把从嫦娥1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被称作“数据接收分系统”，简称“DAS”。
黄海之滨，西安卫星测控中心青岛测控站，新建的18米USB天线。
南疆腹地的喀什测控站，一座18米USB天线，卫星测控中的千里眼。
祖国西部，中科院天文台乌鲁木齐南山站，用于天文观测的大口径天线是它的标志性建筑。
嫦娥一号的发射把它们联系在一起，形成了以S频段测控网为主体以天文观测系统为辅助的远距离测控系统。
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。
是用于保障航天器按预订的状态飞行与工作，完成规定的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上世纪七十年代。经过几代人的不懈努力，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联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。
目前，中国航天测控技术已经跨入世界先进行列。
月球探测卫星测控的难点
长征三号甲运载火箭发射后，将嫦娥一号卫星送入近地点200公里、远地点51000公里的大椭圆轨道。此后，卫星经过近14天的飞行、10次变轨后，进入高度为200公里的绕月探测轨道。
此前，我国的大部分卫星距离地面在4。2万公里以内，个别卫星离地面最远距离就8万公里，属于“近程”测控的范围。在绕月探测工程中，嫦娥一号卫星距离地面最远可达40万公里，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。
通常认为“深空”是指月球和月球以外的宇宙空间。月球探测是深空探测的起点。远程测控给现有的航天测控网带来了极大的挑战。
第一，是无线电波传输时间的延迟。我们知道，无线电波以每秒30万公里的光速传播，测控信号需要1。
35秒才能从地球到达月球，这对于准确测控来说就显得太慢了。
第二，无线电信号衰减非常大。信号强度跟距离的平方成反比，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。
第三，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。
第四，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。
第五，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最长只能达到15小时，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。
第六，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，并且，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，控轨只能成功不能失败。
甚长基线干涉测量技术提高定轨精度
面对这些难题，针对我国航天测控系统的现状，科技工作者首次提出了利用“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。
首先，是提高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。
其次，是在航天测控领域引入天文测量技术。为了进一步满足深空测控的要求，科技工作者又想到了天文测量技术。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。其基本原理是，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，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“国内测控船站＋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。
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：
一是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。
二是火箭和卫星的测轨、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。
三是火箭和卫星的遥测。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。
四是火箭和卫星的遥控。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。
五是测控通信系统。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，我国测控系统成功地迈出了从近地测控走向深空测控的第一步，展望未来，我国测控系统必将走向更遥远的深空测控。收起
