遙測(cè)遙控系統(tǒng)工作原理

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

測(cè)控系統(tǒng)由遙測(cè)分系統(tǒng)、測(cè)控中心和遙控分系統(tǒng)三部分組成。遙測(cè)分系統(tǒng)包括傳感器、遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和遙測(cè)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(cè)控中心主要是操作員和或計(jì)算機(jī)。測(cè)控對(duì)象可以是運(yùn)動(dòng)中的衛(wèi)星、飛船、飛機(jī)、飛艇、車(chē)輛和艦只等物體，也可以是電力網(wǎng)、輸油送氣的管線(xiàn)和水庫(kù)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(cè)量的參量而異，需測(cè)量的參量隨測(cè)控對(duì)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(hào)。一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)通常含有若干個(gè)傳感器。

傳輸系統(tǒng)分有線(xiàn)電和無(wú)線(xiàn)電兩類(lèi)。有線(xiàn)電傳輸系統(tǒng)以電線(xiàn)、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(dòng)性差、遠(yuǎn)距離使用成本較高。無(wú)線(xiàn)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(dòng)的特點(diǎn)，但易受干擾、保密性較差，主要用于活動(dòng)目標(biāo)間、固定測(cè)控站與活動(dòng)目標(biāo)間以及遠(yuǎn)距離傳送信息。無(wú)線(xiàn)電遙控遙測(cè)系統(tǒng)中，傳輸遙控指令和遙測(cè)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(xiàn)和收端的接收天線(xiàn)、接收機(jī)、分路解調(diào)器。

遙測(cè)終端有顯示、記錄和處理設(shè)備，它對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行顯示、記錄和分析處理，得到測(cè)控對(duì)象的狀態(tài)及參量變化數(shù)據(jù)，作為測(cè)控中心了解被控對(duì)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(jì)算機(jī)的命令變換為指令信號(hào)，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(lái)的指令信號(hào)選擇相應(yīng)的控制指令由指令傳輸設(shè)備送往被測(cè)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(duì)指令傳輸設(shè)備輸出的控制指令進(jìn)行解碼識(shí)別；指令判決器主要用于對(duì)控制指令進(jìn)行抗干擾判決和保密判決。

無(wú)線(xiàn)電遙控遙測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，傳感器中的敏感元件感受規(guī)定的被測(cè)控對(duì)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(hào)；遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備運(yùn)用頻分、時(shí)分或碼分多路信息傳輸技術(shù)對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理、綜合，然后將其調(diào)制到載波上發(fā)往測(cè)控端；測(cè)控端對(duì)接收到的綜合信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、分路，恢復(fù)出各路原始信號(hào)送入遙測(cè)終端；遙測(cè)終端設(shè)備對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行記錄、顯示和分析處理，向測(cè)控中心送去測(cè)控對(duì)象的狀態(tài)及參量變化信息。測(cè)控中心的操縱員和計(jì)算機(jī)根據(jù)遙測(cè)終端提供的被控對(duì)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(hào)，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(cè)控端；被測(cè)控端的指令檢出器對(duì)收到的控制指令進(jìn)行解碼識(shí)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(hào)，使執(zhí)行元件產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作對(duì)測(cè)控對(duì)象和或傳感器工作進(jìn)行控制與管理。

遙測(cè)遙控系統(tǒng)遙測(cè)

將對(duì)象參量的近距離測(cè)量值傳輸至遠(yuǎn)距離的測(cè)量站來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量的技術(shù)。遙測(cè)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(mén)綜合性技術(shù)。遙測(cè)主要用于集中檢測(cè)分散的或難以接近的被測(cè)對(duì)象，如被測(cè)對(duì)象距離遙遠(yuǎn)，所處環(huán)境惡劣，或處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。遙測(cè)在國(guó)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(cè)可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)，提高自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，提高調(diào)度質(zhì)量。遙測(cè)為科學(xué)研究提供了一種重要的測(cè)試手段，使原來(lái)難以進(jìn)行實(shí)測(cè)的研究項(xiàng)目，取得重要的動(dòng)態(tài)性能數(shù)據(jù)。

遙測(cè)遙控系統(tǒng)遙控

通過(guò)通信媒體對(duì)遠(yuǎn)距離被控對(duì)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(xiàn)遙控、無(wú)線(xiàn)遙控和光遙控；按操縱信號(hào)的傳輸方式，分單通道遙控和多通道遙控等。被控對(duì)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(xiàn)等)。

遙控和遙測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)主要有決定遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)量精度的傳感器技術(shù)、提高遙控指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的抗干擾技術(shù)和滿(mǎn)足傳輸高速率遙測(cè)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(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)等理論，開(kāi)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(jiǎn)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(cuò)控制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)。差錯(cuò)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(cuò)控制方法主要有前向糾錯(cuò)（FEC）、反饋重發(fā)（ARQ）和混合糾錯(cuò)（HEC）三種。擴(kuò)頻指用與信息無(wú)關(guān)的偽隨機(jī)碼擴(kuò)展射頻信號(hào)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(hào)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(hào)功率分散在很寬的頻帶內(nèi)，以隱蔽的方式對(duì)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(duì)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(wèn)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(jì)基帶信號(hào)，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(shí)域均衡等。

對(duì)相隔一定距離的對(duì)象的參量進(jìn)行檢測(cè)并把測(cè)得結(jié)果傳送到接收地點(diǎn)的技術(shù)。完成遙測(cè)任務(wù)的整套設(shè)備稱(chēng)遙測(cè)系統(tǒng)。航空航天遙測(cè)使用的傳送載體是無(wú)線(xiàn)電波，所以也稱(chēng)無(wú)線(xiàn)電遙測(cè)。通過(guò)遙測(cè)可實(shí)時(shí)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(shí)了解航天員的生理狀況等。分析遙測(cè)數(shù)據(jù)可對(duì)設(shè)計(jì)作出評(píng)價(jià)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，縮短飛行器的研制周期。

遙測(cè)遙控系統(tǒng)發(fā)展概況

遙測(cè)技術(shù)起源于19世紀(jì)初葉，航空、航天遙測(cè)技術(shù)則分別開(kāi)始于20世紀(jì)30年代和40年代。此后，遙測(cè)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(cè)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(cè)技術(shù)在調(diào)制、傳輸距離、數(shù)據(jù)容量、測(cè)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(lái)，遙測(cè)技術(shù)發(fā)展的顯著特點(diǎn)是：遙測(cè)設(shè)備的集成化、固態(tài)化、模塊化和計(jì)算機(jī)化，出現(xiàn)了可編程序遙測(cè)和自適應(yīng)遙測(cè)。

遙測(cè)遙控系統(tǒng)航天遙測(cè)遙控特點(diǎn)

飛行器遙測(cè)的傳輸距離一般很遠(yuǎn)，尤其是航天遙測(cè)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(xiàn)，而且飛行器是運(yùn)動(dòng)的，所以遙測(cè)站一般都采用高增益的大型自動(dòng)跟蹤天線(xiàn)。在人造衛(wèi)星、載人飛船中，遙測(cè)、遙控、電視和通信常常共用一個(gè)無(wú)線(xiàn)電信道，以便簡(jiǎn)化設(shè)備和提高系統(tǒng)可靠性。多級(jí)運(yùn)載火箭和航天器的遙測(cè)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(cè)的信息量很大，常需要多套遙測(cè)設(shè)備并行工作，有時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)。飛行器上遙測(cè)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(dòng)、加速度、粒子輻射等）下正常工作。此外，遙測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具備使用靈活、能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。對(duì)火箭和返回型航天器遙測(cè)還存在一個(gè)特殊問(wèn)題：再入大氣層時(shí)，在飛行器周?chē)纬傻入x子鞘，它強(qiáng)烈吸收和反射電磁波，使無(wú)線(xiàn)電遙測(cè)信號(hào)中斷。人們常采用兩種解決辦法：一種是把這段時(shí)間的遙測(cè)數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，待飛出這個(gè)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(shí)間中的遙測(cè)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，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(shí)或多級(jí)火箭級(jí)間分離火焰造成信號(hào)中斷以及導(dǎo)彈水下發(fā)射時(shí)，也常采用這兩種辦法獲得遙測(cè)數(shù)據(jù)。

隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新遙測(cè)技術(shù)，即自適應(yīng)遙測(cè)，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(cè)技術(shù)幫助了解太陽(yáng)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(cè)儀器能傳回許多情報(bào)；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(cè)技術(shù)。在工業(yè)上遙測(cè)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(lái)水、煤氣和供暖系統(tǒng)等。在研究動(dòng)物的生活習(xí)性中，遙測(cè)技術(shù)也是有力的手段，動(dòng)物帶上有傳感器的發(fā)報(bào)機(jī)后，在實(shí)驗(yàn)室就可研究野外動(dòng)物的動(dòng)態(tài)。遙測(cè)技術(shù)也用在醫(yī)學(xué)上，如測(cè)定宇航員和登山隊(duì)員身體情況。醫(yī)術(shù)高明的大夫利用遙測(cè)技術(shù)能為偏僻地區(qū)的病人服務(wù)。

遙控遙測(cè)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(chǎng)，但仍有很多市場(chǎng)等待它去開(kāi)發(fā)。西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，給遙控遙測(cè)產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)巨大的新市場(chǎng)。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(kāi)發(fā)帶來(lái)不少困難。利用遙控遙測(cè)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(duì)相距遙遠(yuǎn)、分散在惡劣環(huán)境中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。西部有豐富的水利資源和油、氣資源，在這些能源的開(kāi)發(fā)中，無(wú)人值守水文觀測(cè)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(xiàn)的監(jiān)控，都是有待遙控遙測(cè)產(chǎn)業(yè)去占領(lǐng)的市場(chǎng)。環(huán)境保護(hù)中環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)，交通設(shè)施建設(shè)中高等級(jí)公路的監(jiān)測(cè)管理，新建城鎮(zhèn)中水、電、氣、熱等各種管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)管理，新建廠礦中生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化監(jiān)控等等，都是遙控遙測(cè)產(chǎn)業(yè)的廣闊市場(chǎng)。

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(kāi)發(fā)，增加其種類(lèi)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(duì)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(cè)產(chǎn)業(yè)打開(kāi)了又一個(gè)市場(chǎng)。

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