自1992年我国正式启动载人航天工程以来，10余年间广大科技人员继承老一辈航天人的优良作风，发扬英勇顽强、务求必胜的革命精神和社会主义大协作精神，集智攻关，出色地完成了载人航天测控通信系统的建设，按载人航天航天工程的要求相继圆满完成了“神舟”飞船各次飞行和首次载人任务中所承担的测控通信工作，并实现了多项重大技术突破，为后续发展打下了良好基础。
1 、载人航天测控通信系统的技术实践
测控通信系统在载人航天任务中主要是，对火箭、飞船目标的飞行轨道和工作状态进行监视，并根据控制要求，对火箭、飞船进行飞行控制；测量运载火箭起飞漂移量及摄录飞行实况景象；跟踪测量运载火箭、飞船（含留轨舱）轨道；接收、记录和传送运载火箭、飞船（含留轨舱）与航天员遥测参数以及飞船电视、部分科学实验（有效载荷）数据等；建立地面与航天员之间双向话音链路；计算并显示飞行轨道和控制量，实时显示火箭、飞船、有效载荷工作状态和航天员生理状态参数及电视图像，实时和事后处理各种信息；待发段提供逃逸指令上行通道、上升段进行逃逸与火箭飞行安全控制，参与上升段和运行段飞船应急返回控制；对飞船进行飞行控制，向飞船（含留轨舱）发送遥控指令和注入数据；按要求生成并执行飞行控制计划及故障对策预案；完成与其他有关系统的数据交换；进行船地时间比对和校准，提供调度指挥及通信保障。
载人航天任务对测控通信覆盖率、测量精度、数据传输速率、数据处理能力等方面都提出了更高要求：飞船运行段要求确保每圈都有测控通信弧段，飞船入轨后前3圈及轨道控制时有较长的测控弧段，每次连续测控通信大于2min，平均每圈不少于10～14min，平均轨道覆盖率不小于11％；对飞船轨道确定尤其是对返回制动点的轨道预报精度提出了很高要求；要支持2Mbps数据传输速率，总的数据通路达到了80多路。以上这些要求都是以往航天测控通信系统难以满足的。从1993年到2003年，测控通信系统根据总体技术要求，遵循确保完成我国载人航天测控通信任务的同时，作为我国航天测控通信新一代综合性系统要能够完成今后我国大部分航天器测控通信任务的原则，经过充分的调研和详细的分析论证，敢于实践，勇于创新，设计并建成了包括S频段统一测控系统（USB）、大功率脉冲雷达系统、北京航天指挥控制中心、东风发射指挥控制中心、西安卫星测控中心、天地通信系统和数字数据通信网在内的载人航天测控通信系统。这些系统设施有机结合，优化设计布局，构成了我国载人航天高可靠性的上升段、返回段测控系统，组成了我国新一代具有中国特色、达到国际先进水平的S频段航天测控网。
在分析国外载人航天测控通信网发展概况和我国航天测控通信网现状的基础上，根据载人航天对测控与通信的任务要求，测控通信系统在方案设计时没有沿用当时正在研制的超短波统一测控系统，而是创新地提出发展S频段统一测控通信系统，以陆海基测控网作为基本测控通信手段，充分利用现有的首区、航区光学设备和无线电设备，新建必要的陆地固定测控站和活动站；建设、完善测量船队；新建飞行任务指挥和控制统一的北京航天指挥控制中心和东风发射指挥控制中心，改造利用西安卫星测控中心。测控通信系统还完成了船—地接口设计、箭—地接口设计、测控通信系统内部各站（船）的接口设计，以及各测控站（船）与各中心的接口设计等工作。
测控通信系统方案设计中最具有战略意义和深远影响的是建设一个全新的S频段测控网和在北京新建航天指挥控制中心。
从1993年12月正式开始研制S频段统一测控系统至1999年10月21日S频段航天测控网胜利完成我国第一艘无人试验飞船的测控通信任务，S频段航天测控网的设计与建设工作历时约7年。由测控和通信共用信道造成的电磁兼容设计和天地接口设计，以及信息的透明传输方式是设计的重点和难点。测控通信系统在系统方案设计初期就着手S波段测控网的频率设计，规划了载人航天工程整个S频段工作频率和副载波频率，专门设计了一套电磁兼容试验设备，制定了天地接口控制文件，以有效地控制天地设备的产品质量，保证了天地大回路的正常运行。S频段测控网中的另一特点是由“远望”测量船组成且布于太平洋、印度洋和大西洋海的测量船队，极大提高了对飞船的测控覆盖率，对载人航天任务的顺利完成起到了关键作用。
北京航天指挥控制中心是地面指挥控制的中枢，负责飞船发射时的应急救生、控制和整个运行段以及返回段的指挥控制任务，由计算机系统、指挥监控系统和通信系统组成。为了满足工程的大数据量、高可靠性、强实时性要求，中心设计时采用了基于GIGA Switch/FDDI网络的功能分布式计算机系统，这种体系结构是对以往采用集中式结构的重大突破；系统中通过中心级备份、双网备份、双工备份、多CPU备份和信道备份等实现了多层次的备份冗余体制，确保了系统的高可靠性；运用了高速率、高并行的通信控制处理技术，外线通道最多可达80多路；采用帧中继协议和CISCO公司的HDLC协议，为我国测控网与国外相关网络的互联、互通开辟了新的技术途径。
通信系统是我国航天史上迄今规模最大、覆盖面最广、技术最先进、通信容量最高、业务量最大，实时性最强、可靠性最高、效益最佳、时间同步精度最高和应用前景最广阔的通信系统。它成功组织了覆盖整个国土和三大洋的通信网络，在网络中采用了卫星通信（含海事卫星通信）、光纤传输电路等多种手段，提供了质量优良、通信方向最多、数据传输速率高达2Mbps的通信电路，使试验通信的组网规模、技术先进性和运行效益等方面达到最佳。通信系统的建设是测控同时开始的开始的。通信系统论证阶段开展并完成了卫星通信网的技术体制、天地超短波通信和数字电视通信技术体制、高速数据传输的复接与同步技术，以及天地短波超视距传输等问题的攻关。工程中，首次在试验任务中采用全网数据同步传输技术，使我国航天通信系统在技术上跨上了一个新台阶，在系统的综合性能上实现了质的飞跃。同时，也首次采用了DDN、帧中继、SDH等先进传输系统，在航天通信网中提供了数据迂回和电路自愈功能，有效地提高了通信系统的可靠性。卫星通信系统作为主用路由的骨干传输手段，承担了工程60％以上的传输业务量，如此的网络规模、技术性能和承载业务堪称我国航天史上的历次任务之最。时间统一系统主要采用铷频标和GPS定时校频手段，向测控等用户提供的标频准确度和时间同步精度达到了较高的水平。另一方面，采用USB和VHF通信系统，成功实现了天地数字电视和天地话音通信，并取得了良好的效果。
测控通信系统为充分利用脉冲雷达网，提高飞船入轨段、在轨运行段和返回段外弹道测量的可靠性，新研制了多套脉冲测量雷达、调配了更新研制的东风154－ⅡD雷达以及对已有180雷达进行技术改造。这些新研制或进行较大技术改造的脉冲雷达，都成功完成了试验任务。特别是飞船返回段，我国自行研制的相控阵测量雷达，在目标特性和飞船返回轨道特性还不清楚的困难条件下，成功地捕获目标，并圆满完成了跟踪测量任务，为我国返回目标测量领域提供了非常宝贵的经验。
与硬件系统建设相适应，测控通信系统自始至终坚持按照软件工程化的要求进行测控软件系统的建设。软件系统分析与设计在总体技术方案中就明确规定工程测控软件开发方法要采用结构化方法，包括结构化分析、结构化设计、结构化编程和结构化测试；在测控软件开发中积极推进并贯彻执行软件研制的有关国家标准，明确测控软件的开发规范，并将测控软件开发过程划分为软件总体技术设计（软件系统分析与设计）、需求分析、概要设计、详细设计、编码及单元测试、部件测试、配置测试、系统测试和软件维护等阶段；选择适合工程实时测控系统使用的软件开发工具和数据库管理系统，开发了windows NT环境下性能与覆盖分析工具NPCA。载人航天测控软件的开发在实时测控软件开发史上实现了多项创新。
历时近10年建成的测控通信系统共包括国内外多个测控站，还有首区、航区的光学站测控和雷达站，测量船队；S频段国际联网，3个控制中心（北京航天指挥控制中心、东风发射指挥控制中心和西安卫星测控中心），以及测控网网管中心和具有完备功能的通信网和时间统一系统。指控中心、测控站（船）通过通信网有机结合、协调工作，完成对运载火箭、飞船和航天员的测控通信任务。整个测控通信系统建设完成后又进行了多次的优化完善，为圆满完成各次飞行任务和首次载人飞行任务作出了重大贡献。在已进行的多次任务中，测控通信系统对火箭的飞行状态进行了全程监视，给出了火箭正常飞行的正确判断；对飞船运行进行了跟踪监视和控制；进行了天－地间USB和VHF话音通信对讲，以及下行数字电视接收处理，取得了良好的效果。测控通信系统圆满地完成了待发段、上升段、运行段、返回段对火箭和飞船的测控通信任务，以及轨道舱留轨初期的测控任务，并对多个留轨舱进行长时间的日常管理。测控通信系统完全符合工程总体所赋予的各项指标要求。
2、  载人航天测控技术的重大突破
载人航天工程测控通信系统在测控通信体制、测控网工作模式、高速数据传输技术、数字仿真技术等多个方面实现了技术上的重大突破。
结合我国国情和载人航天的特点，利用我国有限的国土跨度（东西跨度60°左右、南北跨度35°左右）和航天测控资源，载人航天测控通信系统通过优化布站，确保了航天器在上升段、变轨段、返回制动段、分离段等关键飞行段落的测控通信支持，满足了载人航天工程的测控通信要求，同时又兼顾了今后测控通信系统的发展，规模适当，布局合理，技术先进，以较少的投入获得了较大的效益，从而使测控通信系统整体效能达到优化。
以S频段测控系统为骨干测控设备的载人航天测控通信系统，充分利用我国现有的测控通信资源，辅以挖潜改造，形成了规模适中、功能齐全的陆海基测控通信系统。该系统涉及光学测量、雷达测量、遥测、遥控、数据传输、数据处理、计算机与显示等多个学科与专业，既可支持我国载人飞船与所有的中低轨卫星测控，也可支持S频段同步卫星和火箭的测控任务，功能强，体系结构合理，是我国今后以航天测控为主使用的、具有国际同类先进水平的骨干系统。S频段统一测控系统在频段和体制上与国际兼容，采用QPSK调制与多副载波／载波调制相结合的综合体制，集测轨、遥测、遥控、话音、电视等功能于一体，综合了测控和天地通信，船（测量船）载USB还能接收运载火箭的S频段调频（FM）遥测信号。
载人航天测控通信系统设计符合CCSDS建议书等国际标准和规范，通过突破USB宽频带测距转发等技术首次实现了我国航天测控网与国外航天测控网的联网。国外联网与国外建站相结合，既提高了测控通信覆盖率，也减少了航天测量船的数量，促进了测控通信技术进步和国际交流。
利用对设备的远程监控技术、网络技术及双路由热备份技术等，载人航天测控通信系统在国内首次设计并实现了测控网的透明工作方式，对航天器的数据处理、状态监视、控制决策和实施均由指挥控制中心统一完成，改变了我国航天测控沿用了几十年测控中心、测控站共同负责航天器测量数据处理、航天器控制决策的模式。S频段测控设备和数据交换系统都由网络管理中心统一进行集中监控管理和资源的动态分配，加强了测控中心的功能，简化了测控站操作，极大提高了对航天器飞行控制的可靠性，提高了整个系统的运行效能和多任务能力，降低了航天费用。由于测控网采用了透明传输方式，测控中心可以直接对航天器进行监控，测控站只起沟通天－地信道的作用。这种工作方式不仅简化了测控站的技术难度，而且大幅度提高了测控网的实时性和可靠性。
新建的航天指挥控制中心信息处理系统由集中式改变为基于网络功能分布体系结构和n＋k冗余动态备份工作模式，改变了主备两台中心机完成中心全部信息任务的传统模式，提高了系统的可扩展性与升级能力，简化了软件开发，提高了信息处理系统的可靠性，同时降低了建设成本。
在充分利用包括高精度测量带在内的我国航天发射场原有测控设备的基础上，我国首次为载人航天测控通信系统研制出利用传统的卡塞格伦天线实现多目标测量的大功率脉冲雷达，利用突发方式代替USB通用遥控发令方式，设计出了针对火箭的地面自动化故障诊断与决策系统。综合利用上述技术首次具备了飞船上升段逃逸、安控和救生地面支持的能力，填补了我国在该项技术上的空白，成为了继美、俄后第三个具有该能力的国家。
载人航天测控通信首次在我国大型重点任务中采用数字数据网技术，实现了全系统端到端传输的数字化，彻底改变了跨场区数据传输采用话带调制器加卫星通信话音通道组成的点到点专用数据电路模式，使数据传输质量提高了一个量级，工程任务的数据传输技术水平上了一个新的台阶。在航天测控通信网中首次采用DDN、SDH等先进传输系统，使航天通信网具备了数据迂回和电路自愈能力，有效地提高了通信系统的可靠性；首次解决了2Mbps高速率数据传输技术，在我国航天测控网中首次使载人航天工程实现了高速测控数据和数字电视图像信息的实时传输。
针对我国载人航天工程测控通信设备多、分布广、技术状态新、接口关系复杂等特点，载人航天测控通信系统还设计了测控通信模拟仿真体系，包括研制飞船模拟器和中心接口模拟器，开发中心数字仿真系统。在国内测控中心首次建立的综合数字仿真系统，提高了软件开发效率和对航天器控制的可靠性。针对系统联调工作，采用了指控中心、各测控站（船）分级联试，系统进行大回路演练的系统联调演练模式，有效地检验了各中心、测控站（船）的接口和实战软件，提供了良好的指挥员、操作员模拟训练环境。通过这种模拟演练，使一个全球分布，包括3个中心和10几个综合测控站（船）、设备全新的系统在短期内形成了一个功能完善的有机整体。
载人航天工程测控通信系统是我国迄今为止规模最大、功能最全、技术最先进的测控通信网。该网以支持载人飞船测控通信为主要目标，同时兼顾应用卫星的测控。按照我国载人航天事业“三步走”的战略规划长期发展，测控通信系统将坚持与时俱进、开拓创新、不断实践的方针，不断满足未来载人航天和其他卫星工程的需要。

（该文原载于2003年第4期《载人航天》）