帧结构解码 · Ch. 2

60 秒循环的四段结构

A 60-second broadcast cycle shown as illuminated music, gap, telemetry, and gap blocks on a lab bench — 插图：标称 60 秒广播周期由音乐、静隙、遥测、静隙四段组成；下方 SVG 给出精确时序。

实测：两次录音中 40 + 5 + 10 + 5 = 60 秒结构的总误差在 ±1 秒内。两次录音的原始帧周期分别是 58.80 s 和 59.05 s。把磁带速度 +0.35% 校正乘回去，得到星上发射端的真实帧周期 \(\approx 59.0\) s。这与"星上时钟比标称偏快 \(\sim 1\%\)"的简单预期 (\(60/1.01 \approx 59.4\) s) 不严格闭合—— 两者之间还有 \(\sim 0.7\%\) 的残余偏差，可能来自磁带速度估计本身的精度（用 L1 参考电平跨录音比较得到，本身就是 \(\pm 0.2\%\) 量级），或星上时钟温漂的非线性。本博客采用 59.0 s 作为对外引用的"校正后帧周期"，并不再把 60.6 s 作为强预期。

四个稳定参考电平

遥测段里有一批重复出现的 tone hold 密集聚在四个特定频率附近。它们可以作为帧定位、 VCO 端点和跨录音漂移的参考；但这不等于证明整段遥测是数字四频键控。后面的数据槽和红外地平仪连续尾更像模拟 VCO/PFM 读数。

四个稳定参考电平的频率分布（两次录音合计 125 个 hold）

电平	参考频率	工程用途	CHINA1 实测	ChinSat 实测	跨录音偏差
L0	922 Hz	低端参考	915.0	925.0	+10 Hz
L1	1151 Hz	中间参考	1155.0	1155.0	0 Hz
L2	1276 Hz	高端参考	—	1286	—
L3	1378 Hz	高端参考	(被音乐遮挡)	1385	—

L1 = 1155.0 Hz 跨录音重合（提示而非证明）

两位不同国家的业余爱好者、相隔 48 小时、用各自的接收机和磁带机，测出的 L1 参考音频率在我们用的频率分辨率下都四舍五入到 \(1155.0\) Hz。这提示：星上 VCO 短期稳定 + 两次接收链路的磁带速度误差刚好接近，但并不能严格证明—— \(\pm 0.5\) Hz 的舍入、tracker 偏置、AM 包络受限的频率提取精度都可以掩盖几 Hz 的真实差异。

本博客把 L1 作为可疑的跨录音参考，用来粗校磁带速度，而不把它当作"星上 VCO 漂移 \(< 10^{-5}\)/天"这类强结论的来源。

帧头标记：5 个稳定 hold

每个遥测窗口的最前 5 个 tone hold 的频率模式：

这 5 个 hold 在三次重复帧中很稳定，顺序近似为 \(L3,L0,L1,L0,L3\)，每个约 300 ms。它可以作为帧头或标定前导使用，但不能写成已经破译出的数字"同步字"，也不能给它确定的自然语言码名。最稳妥的说法是：这是一个重复、可识别、覆盖低端和高端参考电平的模拟前导序列。

粗定位：重复出现的 5-hold 模式给出遥测有效段的起点。
端点参考：L3 和 L0 在前导里同时出现，可帮助估计 VCO 高/低端漂移。
限制：样本只有三帧，且没有原始遥测格式文档；因此不要给它分配 2-bit 码字或唯一同步语义。

从 1960 年代中国第一颗卫星的工程背景看，这种设计也更朴素：几个固定电阻/参考电压经换向器送入 VCO，地面按时间窗读频率即可。它不需要复杂数字字母表，只需要"已知参考 + 固定时序"。

换向器时钟：305 ms

所有检测到的 tone hold 时长分布（bin = 20 ms）

两份录音的分布都在 305 ms 附近尖峰。考虑到磁带速度误差，实际星上换向器保持时间应略短，约 304 ms。这个数字适合解释清洁阶梯段的 hold，但目前不能反推出具体时钟源、分频器或换向器实现。

至关重要：两次录音测得的主要 hold 时长一致到 ±1 ms，说明星上换向器时基在两天内相当稳定。这使 305 ms 成为清洁阶梯段的可靠比较尺度；但它只适用于这些稳定 hold，不能外推到最后的红外地平仪连续尾。

整体时序

60 秒循环时序图

连续尾巴：红外地平仪不是数字字母

10 秒遥测的最后约 3 秒，不能按 305 ms 槽位继续硬切。这一段对应的硬件不是科学载荷，而是姿态测量敏感器：上海技物所承担的 DFH-1 红外地平仪（"中科院上海技物所承担的第一项卫星任务……发射后探头扫出了预想中的信号"），配合上下壳体的两个太阳角计，构成完整的姿态测量链。

硬件约束

红外地平仪装在卫星腰带上，工作于地球大气 \(\mathrm{CO_2}\) 吸收带的 14–16 μm 波段（不是普通热成像看地表）；随卫星2 Hz 自旋（天线展开后约 120 rpm）交替扫过地球边缘与空间，每转输出一对脉冲。脉冲间隔给出自旋速度，脉冲相位/宽度给出自旋轴相对于地球方向的位置。 DFH-1 没有姿态控制系统——孙家栋方案的简化决定是 "去掉姿态控制部分，只保留测量姿态的红外地平仪和太阳角计"。

所以遥测尾部那段连续脉冲流不是结束标记，也不是另一种数字调制，它更像红外地平仪经简单电子管放大器 + VCO 直接调制到音频上的输出。

IR horizon sensor dense-tail timing decode summary — 对三个遥测帧的稠密尾做同相边沿检测：同相脉冲间隔中值为 **0.511 s**，即 **1.96 Hz / 117 rpm**，贴近公开记录的 120 rpm。高频态占空比约 47–52%，等效高态宽度约 230–260 ms。这里解码的是可观测的时序，不是绝对姿态角。

IR horizon sensor dense-tail ridge and pulse extraction — 16 ms STFT ridge 跟踪 850–1500 Hz 遥测 VCO；黄线是阈值，红色阴影是高频 VCO 状态，绿色竖线是检测到的同相边沿。高频/低频哪一个对应"地球"取决于 VCO 极性，不能从录音本身单独判定。但脉冲间隔可以直接解码自旋速率；脉冲相位和宽度则是地平弦长观测量，需要结合轨道参数和太阳角计才能还原姿态。

下一章解包那 14 路数据 slots：谁是温度、谁是科学、谁是电池、谁是标定。