模拟遥测的换向与标定

刘承熙、张翰英、路祖铭在 1981 年发表的《科学实验卫星短波遥测系统》，给出了东方红一号短波遥测的体制、时序和星上框图。它使录音里最容易误读的两件事有了解释：开头的固定音高来自已知参考电压，后面的密集变化来自连续传送的快参数。下面以这篇论文为准重新标定录音，再比较哪些位置对应哪些输入。

原始文献：刘承熙、张翰英、路祖铭，北京控制工程研究所，《科学实验卫星短波遥测系统》，《中国空间科学技术》1981 年第 3 期，第 1–7 页。本文已核对七页扫描件；期刊目录及摘要可在线查阅。以下页码均指论文印刷页码。

节目循环与模拟遥测帧

论文第 1 页规定，广播依次传送 40 s 乐音、5 s 空白、10 s 遥测、5 s 空白。第 3 页把遥测开头的参考序列称为“帧同步信号”。这里沿用“遥测帧”这个名称，指一次有同步起点和固定换向顺序的模拟扫描，不表示星上发送了数字数据包。

3.2 Hz 是这里的换向节拍。它不意味着每个传感器每秒读 3.2 次：某个直接输入可能只在每个节目循环的一个位置出现，接入副开关的输入还可能隔几个循环才轮到一次。60 s 节目循环、10 s 遥测帧和约半秒的自旋扫描，要分别讨论。

电压怎样变成录音里的音高

第 3 页图 1 画出了两条独立支路。音乐由乐音发生器产生；遥测由时分开关选出的模拟输入控制调频振荡器。切换器选择音乐或遥测，再送入同一台调幅发射机。这就是论文所说的 PAM–FM–AM。

接收机检波后，我们听到的是调频副载波。可以先用局部线性关系写成：

\[ \begin{aligned} u(t)&=\sum_i g_i(t)x_i(t),\\ f_{\mathrm{audio}}(t)&=a+b\,u(t). \end{aligned} \]

g_i 表示第 i 路是否被选通，x_i 是该输入的电压。舱内温度、压力等慢参数，在选通期间近似不动，于是留下平坦音高；姿态输入在选通期间继续变化，于是留下曲线。窗口里的曲线本身承载信息，不能再把它量化成一个“音符”或一个 50 ms 符号。

论文第 2–3 页明确说明，为了同时传送快慢参数，把几路并联，在一段时间内传送姿态信号。作者按 2–4 转/秒讨论设计需求，并给出 3–4 路并联的办法。这个转速范围是设计论证，不是两份录音对应时刻的实测值。

这些带宽也说明了为什么地面不能只逐路读平均值。论文第 6 页把电压幅度和宽度分别送去数字化；二进制数和穿孔纸带出现在地面处理环节，不能据此把无线电上的模拟遥测解释成数字 FSK。

五路参考确定起点和电压尺度

第 3 页给出了主开关前五路的接线：

所以开头的长高音占两路，随后是低、中、低。辨认时必须数换向位置，不能只数不同音高组成的 hold。后面再次升高的声音已是主路 6，属于测量区；即使它也接近 3 V，也不能自动并进同步头。

剩下的 27 路用于工程和姿态参数。论文还记载四个四路继电器式副时分开关，接入主开关。主路数、不同传感器的数量和每帧可见的平台数因此并不相等。相邻帧的同一主位置，也可能由不同副支路占用；具体接线和推进相位仍要从数据或器件资料中恢复。

完整帧先用五路参考的相对形状定位，不预设录音里的绝对音高，再用清晰平台的独立跳变细化换向节拍。每帧分别取主路 1、2 的平均频率为 f₃，主路 3、5 的平均频率为 f₀：

\[ V_{\mathrm{in}}(t)=3\,\frac{f(t)-f_0}{f_3-f_0}. \]

主路 4 的 1.5 V 不参与拟合，留作独立中点检验。长录音三帧的结果如下；L1、L2、L3 对应前文的 A、B、C。

中点偏差约为 −1、−9、+10 mV，支持在参考范围内采用线性标定。这里读回的是遥测输入端的电压。温度、压力等传感器在前面还可能经过分压、放大或转换，不能把 1 V 直接解释成某个温度或电池端电压。参考后的链路漂移和跟踪误差也仍然存在，小数位数不代表绝对精度。

把录音时间对齐到名义换向时间

独立边沿拟合得到的主位置时长记作 q，帧起点记作 t₀。按论文的 312.5 ms 位置长度，把录音时间映射到同一名义坐标：

\[ \tau=(t-t_0)\,\frac{0.3125}{q}. \]

这样每帧都可以在 0–10 s 上比较，相同主位置落在相同横坐标。它是一种按换向位置归一化的时轴，只有再假定星上时基精确、全部偏差都来自录放速度时，才等于真实物理时间的修正。

长录音相邻帧起点相差 58.789 和 59.045 s。局部换向节拍与整段节目重复时间并非完全同一个比例，不能给整份录音套一个精确的统一修正值。

频率也能检查这个问题。若只用 L1 的时长推算录放速度，名义 440 Hz 的副载波跨度应录成约 449 Hz，实际两端参考相差约 460 Hz。一个磁带速度因子解释不了全部差别；振荡器实际参数和接收链路还可能贡献偏移或增益。因此我们用星上的电压参考校准幅度，用换向位置归一化时间，原始音频保持不动。

若需要在名义副载波坐标上比较，也可以计算 f_eq = 880 + (440/3)·V_in。它是把已标定电压画回 880–1320 Hz 范围的等效频率，不是独立恢复的星上瞬时频率。标定数据表同时保留录音时间、名义时间、输入电压和等效频率，避免把这些量混用。

连续区里的三个波形窗口

按主开关位置，尾部先分成第 23–25、26–28、29–32 路，分别占名义时轴的 6.875–7.8125、7.8125–8.75、8.75–10 s。这个分组由录音形状提出，符合论文的并联传送办法；论文没有给出逐路仪器名称。

允许两个内部边界在非整数位置移动，再比较相隔一个扫描周期的波形，L1 的最佳边界回到第 26、29 路起点；L2 第二个边界偏约 0.1 路，L3 偏约 0.6 路。第一处分界较清楚，最后一处分界在 C 段仍有歧义。

表中周期仍用录音秒，便于与原始片段对照。它来自 0.08–1 s 范围内的非零延迟相关峰搜索，受窗口长度限制，没有预设 2 Hz 或在失败时填入 0.5 s。4 ms、8 ms 相位平均与 16 ms 谱峰法通常相差不超过一个 2 ms 输出步长。每个窗口只有约两次扫描，相关系数用于比较形状，不作为统计显著性。

三个窗口的共同周期支持自旋同步测量。按每转一次扫描计算，录音时基下约为 115–116 转/分；若采用上面的名义时间归一化，约为 114 转/分。后一个数值带有星上时基与录放速度的假设，不能和前一个数值当作两次独立测量。

第一窗在 L1、L2 的脉宽约 143–148 ms，改变方法和阈值后仍比较稳定。L3 噪声较大，4 ms 曲线会被切成碎片，16 ms 谱峰法保留了一个完整约 147 ms 脉冲。第二窗中点阈值下约为 207–211 ms，但阈值从幅度范围的 35% 改到 65% 时，宽度会从约 240–249 ms 缩到 181–186 ms，不能跳过整形电路直接换算扫描角。

两个脉冲窗口的中心折到同一周期后相差约 5–11 ms，提示它们可能有相关的视场或处理路径。论文点名的红外地平仪、太阳角计，以及同一探头经过不同调理后的输出，都值得继续匹配。三个波形窗口不等于三种独立仪器，近矩形脉冲也不自动等于一串比特。

短录音保留了什么

CHINA1.mp3 开始时已经过了同步头。用幸存平台序列与完整帧匹配，最佳对齐是从主路 6 的末尾开始，直到主路 32，共 27 个可见位置。最佳位置对齐的频率残差中位数约 16 Hz，次优约 55 Hz；独立平台节拍为 308.7 ms。按这个编号向前外推，帧起点约在 −1.713 s，末端约在 8.165 s。

三个尾部窗口恢复出的周期约为 0.514、0.522、0.518 s，第一窗受干扰最重。共同的路序和动态结构支持两份录音来自同一种遥测格式。短录音没有同帧 0/3 V 参考，不能用长录音的电平或几个相似音高补出一套同等可靠的电压标定。

数据与复算

长录音输出三帧全部 96 个主位置，以及 14,729 个连续轨迹采样点。平台表中的第 23–32 路中位数只是窗口统计，实际信息在连续轨迹中。质量检查使用谱峰突出程度、信号幅度和两种频率估计的一致性；不合格点保留时间缺口。2 ms 是输出间隔，有限窗口和滤波仍会平滑更快的细节。

• 名义时轴与参考电压标定表
• 三帧主位置汇总、连续轨迹与质量标记
• 不同方法和阈值的脉宽
• 短录音位置表、短录音连续轨迹

本地复算依次运行 python3 paper_decode.py、python3 decode_dynamics.py、python3 canonical_calibration.py。前两步解调和比较波形，最后一步生成名义时轴的标定数据。原 MP3 不作修改。下一章按完整平台表继续匹配慢参数与副换向输入。