遙測遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

遙控和遙測的關(guān)鍵技術(shù)主要有決定遙測系統(tǒng)測量精度的傳感器技術(shù)、提高遙控指令和遙測數(shù)據(jù)傳輸可靠性的抗干擾技術(shù)和滿足傳輸高速率遙測數(shù)據(jù)需求的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

傳感器技術(shù)是運(yùn)用牛頓力學(xué)、熱力學(xué)、電動力學(xué)和量子力學(xué)等理論，開發(fā)并運(yùn)用各種敏感材料和器件，感知力、熱、聲、光、電、磁、氣、濕等各種物理量的存在及變化，并將其轉(zhuǎn)換為電量或電參量（也可為其它適當(dāng)?shù)奈锢砹?，例如光量和光參量）的存在及變化的技術(shù)。傳感器有結(jié)構(gòu)型和物性型兩種。結(jié)構(gòu)型傳感器原理簡單、性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用最為普遍；物性型傳感器直接利用材料效應(yīng)，將敏感功能和轉(zhuǎn)換功能合二為一，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

抗干擾技術(shù)主要是差錯控制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)。差錯控制的實(shí)質(zhì)是根據(jù)信道情況和誤比特率要求，用頻帶和設(shè)備復(fù)雜性換性能的方法控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，以取得盡可能高的效費(fèi)比。差錯控制方法主要有前向糾錯（FEC）、反饋重發(fā)（ARQ）和混合糾錯（HEC）三種。擴(kuò)頻指用與信息無關(guān)的偽隨機(jī)碼擴(kuò)展射頻信號帶寬使其遠(yuǎn)大于發(fā)送信息所需的最小帶寬。擴(kuò)展信號頻譜的方法主要是直接序列調(diào)制、跳頻以及它們的組合。直接序列調(diào)制是將射頻信號功率分散在很寬的頻帶內(nèi)，以隱蔽的方式對抗干擾；跳頻是使載頻在較寬的頻帶范圍內(nèi)跳變，以躲避的方式對抗干擾；它們的組合，即在直接序列擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上增加載波頻率跳變的功能，則使信息傳輸系統(tǒng)既具較強(qiáng)的抗干擾能力和較好的適用性，又有技術(shù)上的可實(shí)現(xiàn)性和較好的經(jīng)濟(jì)性。

傳輸高速率數(shù)據(jù)既要考慮頻率資源，又要考慮傳輸質(zhì)量。解決頻率資源問題的技術(shù)方法主要是提高傳輸系統(tǒng)工作頻段以增加頻率資源，提高頻帶利用率充分利用頻率資源和合理使用節(jié)省頻率資源。提高傳輸系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的技術(shù)方法有合理設(shè)計基帶信號，選擇適宜傳送高速率數(shù)據(jù)的編譯碼體系和適當(dāng)?shù)恼{(diào)制、解調(diào)方式，以及采用頻域均衡或時域均衡等。

在應(yīng)用中，遙控系統(tǒng)和遙測系統(tǒng)除分別用于對各種運(yùn)動或固定的物體進(jìn)行遙控或遙測外，還經(jīng)常集成為一個統(tǒng)一的遙控遙測系統(tǒng)。在這個統(tǒng)一的系統(tǒng)中，遙測分系統(tǒng)獲取被測控對象的工作狀態(tài)參數(shù)，作為遙控分系統(tǒng)對其進(jìn)行管理和控制的重要依據(jù)；遙控的效果再由遙測分系統(tǒng)反饋到測控中心作為下次遙控的參考。下面通過測控系統(tǒng)來看遙控和遙測的工作原理。

測控系統(tǒng)由遙測分系統(tǒng)、測控中心和遙控分系統(tǒng)三部分組成。遙測分系統(tǒng)包括傳感器、遙測數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和遙測終端，遙控分系統(tǒng)包括指令產(chǎn)生器、指令傳輸設(shè)備、指令檢出器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，測控中心主要是操作員和或計算機(jī)。測控對象可以是運(yùn)動中的衛(wèi)星、飛船、飛機(jī)、飛艇、車輛和艦只等物體，也可以是電力網(wǎng)、輸油送氣的管線和水庫等固定的設(shè)施。

傳感器負(fù)責(zé)規(guī)定參量的采集和轉(zhuǎn)換，它因需測量的參量而異，需測量的參量隨測控對象的情況而不同。傳感器通常包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分，敏感元件感受規(guī)定的參量，轉(zhuǎn)換元件將敏感元件感受的參量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成符合傳輸系統(tǒng)輸入端要求的信號。一個測控系統(tǒng)通常含有若干個傳感器。

傳輸系統(tǒng)分有線電和無線電兩類。有線電傳輸系統(tǒng)以電線、電纜或光纜為傳輸媒質(zhì)，具有抗干擾性強(qiáng)、保密性好的優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)動性差、遠(yuǎn)距離使用成本較高。無線電傳輸系統(tǒng)利用在大氣層或自由空間中傳播的電磁波傳送信息，具有靈活、機(jī)動的特點(diǎn)，但易受干擾、保密性較差，主要用于活動目標(biāo)間、固定測控站與活動目標(biāo)間以及遠(yuǎn)距離傳送信息。無線電遙控遙測系統(tǒng)中，傳輸遙控指令和遙測數(shù)據(jù)的設(shè)備主要有發(fā)端的多路復(fù)用調(diào)制器、發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線和收端的接收天線、接收機(jī)、分路解調(diào)器。

遙測終端有顯示、記錄和處理設(shè)備，它對接收到的信號進(jìn)行顯示、記錄和分析處理，得到測控對象的狀態(tài)及參量變化數(shù)據(jù)，作為測控中心了解被控對象狀況和控制效果，優(yōu)化管理與控制的重要依據(jù)。

指令產(chǎn)生器主要包括變換器和編碼器。變換器的作用是把操縱員或計算機(jī)的命令變換為指令信號，編碼器的作用是產(chǎn)生各種控制指令，并根據(jù)變換器送來的指令信號選擇相應(yīng)的控制指令由指令傳輸設(shè)備送往被測控端。指令檢出器主要包括解碼器和指令判決器。解碼器的功能是對指令傳輸設(shè)備輸出的控制指令進(jìn)行解碼識別；指令判決器主要用于對控制指令進(jìn)行抗干擾判決和保密判決。

無線電遙控遙測系統(tǒng)工作時，傳感器中的敏感元件感受規(guī)定的被測控對象有關(guān)參量，轉(zhuǎn)換元件按一定規(guī)律將此參量轉(zhuǎn)換成符合傳輸設(shè)備輸入端要求的信號；遙測數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備運(yùn)用頻分、時分或碼分多路信息傳輸技術(shù)對傳感器輸出信號進(jìn)行處理、綜合，然后將其調(diào)制到載波上發(fā)往測控端；測控端對接收到的綜合信號進(jìn)行解調(diào)、分路，恢復(fù)出各路原始信號送入遙測終端；遙測終端設(shè)備對這些信號進(jìn)行記錄、顯示和分析處理，向測控中心送去測控對象的狀態(tài)及參量變化信息。測控中心的操縱員和計算機(jī)根據(jù)遙測終端提供的被控對象相關(guān)參數(shù)及其變化數(shù)據(jù)，結(jié)合控制的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的命令送往指令產(chǎn)生器。指令產(chǎn)生器中的變換器將此命令變換為指令信號，去選擇編碼器產(chǎn)生的相應(yīng)控制指令，然后由指令傳輸設(shè)備將此控制指令傳送到被測控端；被測控端的指令檢出器對收到的控制指令進(jìn)行解碼識別、抗干擾判決和保密判決，然后將得到的命令送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)變換為控制執(zhí)行元件的信號，使執(zhí)行元件產(chǎn)生相應(yīng)的動作對測控對象和或傳感器工作進(jìn)行控制與管理。

遙測遙控系統(tǒng)遙測

將對象參量的近距離測量值傳輸至遠(yuǎn)距離的測量站來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量的技術(shù)。遙測是利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的一門綜合性技術(shù)。遙測主要用于集中檢測分散的或難以接近的被測對象，如被測對象距離遙遠(yuǎn)，所處環(huán)境惡劣，或處于高速運(yùn)動狀態(tài)。遙測在國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和軍事技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用。利用遙測可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測，提高自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，提高調(diào)度質(zhì)量。遙測為科學(xué)研究提供了一種重要的測試手段，使原來難以進(jìn)行實(shí)測的研究項目，取得重要的動態(tài)性能數(shù)據(jù)。

遙測遙控系統(tǒng)遙控

通過通信媒體對遠(yuǎn)距離被控對象進(jìn)行控制的技術(shù)。由操作裝置、編碼裝置、發(fā)送裝置、信道、接收裝置、譯碼裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。按信道介質(zhì)，分有線遙控、無線遙控和光遙控；按操縱信號的傳輸方式，分單通道遙控和多通道遙控等。被控對象按分布位置，分集中型的(如工廠、電站等)和分散型的(如傳輸線等)。

對相隔一定距離的對象的參量進(jìn)行檢測并把測得結(jié)果傳送到接收地點(diǎn)的技術(shù)。完成遙測任務(wù)的整套設(shè)備稱遙測系統(tǒng)。航空航天遙測使用的傳送載體是無線電波，所以也稱無線電遙測。通過遙測可實(shí)時監(jiān)視飛行器及其內(nèi)部主要設(shè)備的工作狀態(tài)和性能，及時了解航天員的生理狀況等。分析遙測數(shù)據(jù)可對設(shè)計作出評價，為改進(jìn)設(shè)計提供依據(jù)，縮短飛行器的研制周期。

遙測遙控系統(tǒng)發(fā)展概況

遙測技術(shù)起源于19世紀(jì)初葉，航空、航天遙測技術(shù)則分別開始于20世紀(jì)30年代和40年代。此后，遙測廣泛用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈和航天器的試驗(yàn)，也極大地促進(jìn)了遙測技術(shù)的發(fā)展。50～60年代，隨著通信理論、通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，遙測技術(shù)在調(diào)制、傳輸距離、數(shù)據(jù)容量、測量精度以及設(shè)備小型化等方面都取得了很大的進(jìn)展。60年代以來，遙測技術(shù)發(fā)展的顯著特點(diǎn)是：遙測設(shè)備的集成化、固態(tài)化、模塊化和計算機(jī)化，出現(xiàn)了可編程序遙測和自適應(yīng)遙測。

遙測遙控系統(tǒng)航天遙測遙控特點(diǎn)

飛行器遙測的傳輸距離一般很遠(yuǎn)，尤其是航天遙測通常是幾百公里到幾千公里，甚至幾億公里。飛行器上不可能安裝高增益天線，而且飛行器是運(yùn)動的，所以遙測站一般都采用高增益的大型自動跟蹤天線。在人造衛(wèi)星、載人飛船中，遙測、遙控、電視和通信常常共用一個無線電信道，以便簡化設(shè)備和提高系統(tǒng)可靠性。多級運(yùn)載火箭和航天器的遙測參數(shù)可多達(dá)數(shù)百路到數(shù)千路，而且有些參數(shù)的變化頻率高達(dá)數(shù)千赫，所以遙測的信息量很大，常需要多套遙測設(shè)備并行工作，有時需要在飛行器上用磁記錄器記錄數(shù)據(jù)，以后回收磁帶，獲取遙測數(shù)據(jù)。飛行器上遙測設(shè)備的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、能在惡劣的環(huán)境（低溫、振動、加速度、粒子輻射等）下正常工作。此外，遙測系統(tǒng)還應(yīng)具備使用靈活、能實(shí)時處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。對火箭和返回型航天器遙測還存在一個特殊問題：再入大氣層時，在飛行器周圍形成等離子鞘，它強(qiáng)烈吸收和反射電磁波，使無線電遙測信號中斷。人們常采用兩種解決辦法：一種是把這段時間的遙測數(shù)據(jù)暫存起來，待飛出這個黑障區(qū)后再快速重發(fā)到地面，這是“記憶重發(fā)”法；另一種是用磁帶把這段時間中的遙測數(shù)據(jù)記錄下來，以后回收磁帶。此外，在航天器越出地面接收站的接收范圍時或多級火箭級間分離火焰造成信號中斷以及導(dǎo)彈水下發(fā)射時，也常采用這兩種辦法獲得遙測數(shù)據(jù)。

隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新遙測技術(shù)，即自適應(yīng)遙測，主要包含可變格式和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。

在宇宙探索中，遙測技術(shù)幫助了解太陽系遙遠(yuǎn)天體上的氣溫、大氣構(gòu)成和表面情況；投放在敵方的遙測儀器能傳回許多情報；取得導(dǎo)彈和飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)；收集核試驗(yàn)情況也要靠遙測技術(shù)。在工業(yè)上遙測技術(shù)使許多龐大的系統(tǒng)高效安全運(yùn)行，如電力、輸油、輸氣系統(tǒng)、城市自來水、煤氣和供暖系統(tǒng)等。在研究動物的生活習(xí)性中，遙測技術(shù)也是有力的手段，動物帶上有傳感器的發(fā)報機(jī)后，在實(shí)驗(yàn)室就可研究野外動物的動態(tài)。遙測技術(shù)也用在醫(yī)學(xué)上，如測定宇航員和登山隊員身體情況。醫(yī)術(shù)高明的大夫利用遙測技術(shù)能為偏僻地區(qū)的病人服務(wù)。

遙控遙測產(chǎn)業(yè)雖然占領(lǐng)了經(jīng)濟(jì)、軍事和科研等領(lǐng)域的大量市場，但仍有很多市場等待它去開發(fā)。西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，給遙控遙測產(chǎn)業(yè)提供了一個巨大的新市場。西部不少地區(qū)地廣人稀，工作、生活環(huán)境極其惡劣，給經(jīng)濟(jì)開發(fā)帶來不少困難。利用遙控遙測技術(shù)就可改善人們的工作條件，減少野外作業(yè)，在有空調(diào)的舒適房間里就可對相距遙遠(yuǎn)、分散在惡劣環(huán)境中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測控制。西部有豐富的水利資源和油、氣資源，在這些能源的開發(fā)中，無人值守水文觀測系統(tǒng)的建立，各種水利設(shè)施、水電設(shè)施和電力網(wǎng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控管理和輸送油、氣管線的監(jiān)控，都是有待遙控遙測產(chǎn)業(yè)去占領(lǐng)的市場。環(huán)境保護(hù)中環(huán)境污染的監(jiān)測，交通設(shè)施建設(shè)中高等級公路的監(jiān)測管理，新建城鎮(zhèn)中水、電、氣、熱等各種管網(wǎng)的監(jiān)測管理，新建廠礦中生產(chǎn)線的自動化監(jiān)控等等，都是遙控遙測產(chǎn)業(yè)的廣闊市場。

隨著城市公用事業(yè)的蓬勃發(fā)展，要求加強(qiáng)傳感器的開發(fā)，增加其種類并提高精度和質(zhì)量，改善監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和精確性，以提高所監(jiān)控管網(wǎng)的安全性和資源調(diào)度管理的科學(xué)性；要求將城市公用事業(yè)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，建立區(qū)域辦公網(wǎng)，對所監(jiān)控管網(wǎng)的資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，合理利用。這些提高城市公用事業(yè)網(wǎng)監(jiān)控水平的需求，給遙控遙測產(chǎn)業(yè)打開了又一個市場。

本書介紹了遙控遙測技術(shù)的基礎(chǔ)知識。重點(diǎn)敘述了遙測信號的獲得；多路復(fù)用系統(tǒng)；模擬系統(tǒng)；數(shù)字遙測系統(tǒng)；遙控技術(shù)；無線電遙控發(fā)射機(jī)；無線電接收機(jī)；電波與天線；遙控遙測系統(tǒng)的干擾及其抑制等內(nèi)容。最后，列舉了幾個遙控遙測的應(yīng)用實(shí)例?？晒┚哂懈咧泻痛髮W(xué)低年級文化程度的廣大讀者閱讀。