答：地面是怎麼追蹤和監控墨子號衛星的？
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空少問答
小課堂
第八十七期
8
月
27
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周
一
答：地面是怎麼追蹤和監控墨子號衛星的？
上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！
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空少正解
上期我們講到，墨子號衛星是關於量子通信實驗的科學衛星。為了能與地面站之間實現可靠通信，也即是保持通信連接狀態，地面需要對墨子號量子衛星進行捕獲（Acquisiton）、指向（Pointing）及跟蹤（Tracking）。這樣的技術也因此簡稱APT技術。
藝術圖：墨子號與地面通信（來源：人民網）
一般來說，所謂捕獲，指的是衛星能捕捉到地面站發來的光束（稱之為信標光），並將該光束會聚到探測器中心；所謂指向，指的是前一步捕獲完成後，接收方也要發出一束光，且要求該光束能準確地指向發出信標光的位置，同樣完成捕獲才實現二者的通信連接狀態；而所謂跟蹤，指的是經過天線轉動等調整，一直保持這種精確的通信連接狀態。由於光通信中的通信光束非常窄，因此，為了確保接收方能夠接收到足夠強的信號能量，必須要保證通信光束與系統光軸的誤差控制到誤差範圍以內。
國家天文台興隆基地1米望遠鏡（左）
（來源：中國科學院http://www.cas.cn/zt/kjzt/lzwx/zxdt/201608/t20160829_4572789.shtml）
而講到墨子衛星，流程大概是這樣的：
掃描，實現衛星與地面站的初步連接：掃描是指衛星發出信標光束，使用精確指向裝置改變信標光的方向，使該信標光束在地面站應該出現的大致立體角範圍內掃描，直到掃描到與墨子通信的地面站。
捕獲：衛星探測到信標光後，需要將探測到的信標光束與光通信系統的光軸準確對準，才能實施衛星與地面站之間的通信。因此，需要將光學探測器探測到的信標光束匯聚到探測器中心，也就是實施捕獲過程。
瞄準：當捕獲成功後，停止螺旋掃描，光學偏差探測器會探測出光學天線與對方信標光的軸線的偏差，繼而根據這一偏差計算得出粗瞄系統和精瞄系統的位置指令，驅動光學天線和快速反射鏡，使指向偏差趨於零，實現精確瞄準，接下來就可進行鏈路通信了。
跟蹤：除了地球同步軌道衛星之間或地球同步軌道衛星與地面站之間的通信鏈路情況外，通信雙方往往存在相對運動，所以要實時控制光學天線和快速反射鏡的指向。主控系統會根據雙方的坐標、運動信息實時計算APT系統的位置指令，粗瞄、精瞄系統根據位置指令進行實時伺服控制。跟蹤和捕獲過程使用同一個探測器。
興隆觀測站跟蹤、捕獲墨子號（紅色光為望遠鏡發射地面信標光，綠色光為星載窄信標光）
（來源：中國科學院，http://www.cas.cn/zt/kjzt/lzwx/zxdt/201608/t20160829_4572789.shtml）
留言區·精選
@ 小屈同學
為了能在衛星與衛星之間或衛星與地面站之間實現可靠通信，首先要求一顆衛星能捕捉到另一顆衛星或地面站發來的光束，稱之為信標光，並將該光束會聚到探測器中心，這個過程稱作捕獲體。捕獲完成後，接收方也要發出一光束，要求該光束能準確地指向發出信標光的衛星，這個過程稱作指向。發出信標光的衛星接收到此光束後，也要相應地完成捕獲過程，才能使兩顆衛星或衛星和地面站最終達到通信連接狀態。為保證這兩顆衛星或衛星與地面站一直處於通信狀態，必須一直保持這種精確的連接狀態，這過程稱作跟蹤口。以上的捕獲、指向及跟蹤過程為APT技術。
@ 柳飛
當地面接受到墨子號衛星發送的電子密鑰的時候通過追蹤信號源來確定墨子號的位置。然後通過秘鑰的信息來監控墨子號衛星的。
感謝大家的支持，我們下期再見！
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