遥测遥控系统

[拼音]：yaoce yaokong xitong

[外文]：telemetry and remote control systems

利用遥测技术实现远距离测量、控制和监视的系统。在遥测遥控系统中，测量装置和执行机构设置在受控对象附近，受控对象参量的测量值通过遥测信道发向远距离的测控站，而测控站的控制指令也是通过遥测信道发向执行机构的。遥测遥控系统是一类控制与通信密切结合的综合信息系统(图1),其工作原理涉及信息传输和信息提取，包括采样定理、编码理论、多路复用、调制技术、同步技术、信号检测和估计等方面。遥测遥控是自动化技术的重要分支，它是在自动控制、传感技术、微电子技术、计算机技术和现代通信技术的基础上不断完善和发展起来的，在国民经济、科学研究和军事部门,如无人驾驶飞机、导弹、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、核工业、电力系统、输油和输气管线、空中交通管制、铁路调度、地震预报台网、无人自动气象站、城市公用事业、医疗诊断等方面都有广泛的应用。凡是距离遥远、对象分散或难以接近的系统，都可以采用遥测遥控来实现集中监控和统一管理。

发展简史

最早的遥测遥控系统是机械式遥测遥控系统，开始是利用机械耦合的方式，如利用齿轮系等机械传动方式测量转速，测控范围只有几米。后来采用流体耦合方式(液压或气动)，测控范围扩大到几百米。伺服机构发明后，人们借助于伺服机构来进行遥测和遥控。

19世纪末出现电遥测遥控系统，利用架空明线或电缆作为传输介质，现在称为有线遥测遥控系统。1912年美国芝加哥发电厂就利用电话线把电功率的运行参数传送到中央控制室，中央控制室根据负荷的分布进行调度，使每台发电机以最经济的方式分担负荷。

20世纪初出现无线遥测遥控系统。1905年法国物理学家E.布兰利用电磁波使一定距离外的小灯泡发光，电动机转动。从控制原理上分析这是开环无线遥控。1906年西班牙工程师克维多用无线电控制汽艇获得成功。这是首次采用闭环无线遥控。在第一次世界大战期间,1917年3月2日德国在进攻纽波特港时第一次在实战条件下由飞机对满载炸药的快艇进行无线遥控。美国陆军从1917年开始设计遥控飞行器(无人驾驶飞机)，到20年代末遥控飞行器的往返飞行距离已达1000公里。1930年无线遥测开始用于气象，人们利用气球装载测量仪器来测量高空的温度、压力、温度等参量，并发回地面测量站。在第二次世界大战期间，由于军事上的需要，无线遥测遥控得到了迅速的发展。到大战末,德国已研制成V-2导弹和莱茵号防空导弹。1941～1954年先后研制成供飞机和火箭用的调频／调频遥测系统(见频分制遥测系统)，以及脉幅调制和脉宽调制等遥测系统(见时分制遥测系统)。到了50年代又研制出脉码调制遥测系统，标志着从模拟式遥测系统发展到数字式遥测系统。1957年苏联发射第一颗人造地球卫星以后，无线遥测遥控随着航天技术的发展又进一步得到迅速的发展。60年代后无线遥测遥控在工业上开始得到广泛的应用，出现各种分散目标的监控系统。70年代后由于微电子学和微处理机的迅速发展，数字式遥测遥控系统逐渐取代模拟式遥测遥控系统，并出现可编程序遥测遥控系统、自适应遥测遥控系统和分集式遥测遥控系统。现代航天遥测遥控系统的最大传输距离可达2.4亿公里,能传输每帧2.4×10⁶比特的数字图像信息。在编码和译码方面发展了各种快速算法。美籍中国科学家张肇健等人用数论方法简化里德－所罗门码，并在超大规模集成电路上实现，使元件数下降一个数量级，为使用多位纠错编码创造了条件。航天测控系统已发展到利用一个微波波段的载波作为遥控、遥测、测距和测速的共同载波,称为S波段统一载波测控系统，使设备大大简化。

基本组成

遥测遥控系统有二个分系统：遥测分系统和遥控分系统。实际上它们往往结合成有机的整体。由于遥测遥控的方法不同，技术要求不同，被控对象不同，遥测遥控系统具有多种型式。一般遥测遥控系统都是由控制端、信道和被控端三部分组成。图2是遥测遥控系统原理图。图3是一个典型的遥测遥控系统的框图。遥测遥控系统的控制端包括计算机指令发生器、编码器、指令传输设备的发射部分（调制器、发射机和发射天线）、监测系统的接收部分和指令监控台等。遥测遥控系统的被控端包括监测系统的发射部分、指令传输设备的接收部分（接收天线、接收机和解调器）、译码器、执行机构和被控对象等。指令发生器用来产生标准遥控指令及与误差信号相对应的指令，可以由人操作，也可按一定程序自动操作。有的指令发生器中备有指令编码器，能把指令信号编成码组，以便区别指令和提高抗干扰性。监测系统用来监视和测量被控对象的实际状态，并将此实际状态与规定的状态在计算机中进行比较，当二者不一致时，计算机便给出一个误差信号，由指令发生器产生与误差信号相对应的遥控指令，通过指令传输设备送到被控端，使执行机构动作，以改变被控对象的实际状态。此实际状态又通过监测系统送到计算中心进行比较，直到被控对象的实际状态与规定的状态相一致。由于遥控任务和监测参数的不同，监测系统也不同。常用的监测系统有目视、电视、雷达、导航和遥测等监测系统。在简单的遥控系统中利用目视来监测被控对象的实际位置（状态）。如果实际位置与规定位置有偏差，操作员就发出指令，通过指令发生器和指令传输设备，使执行机构动作，以改变被控对象的实际位置。这种监测系统就称为目视监测系统。目视监测系统监测距离有限，精度不高，并且只限于监测被控对象的外部运动参数。利用电视技术对被控对象进行监测的系统称为电视监测系统。电视监测系统又有两类：一类是将发射部分装在被控端，接收部分装在控制端，在屏幕上观测被控对象的状态或位置。一类是利用电视跟踪技术,其原理与雷达相同。电视监测系统能监测被控对象的外部运动参量和内部状态参量，并能看到图象，但设备比较复杂，监测效果受气象条件的影响。电视监测系统广泛用于工业生产、铁路动输、制导和宇航等方面。雷达监测系统主要用于舰艇和各种飞行器的指令遥控系统，能监测它们的外部运动参数（距离、速度和角度）,自动跟踪运动目标,监测距离远，并不受气象条件的限制。利用导航原理来确定被控对象的位置和运动参数的系统称为导航监测系统，它广泛用于弹道导弹、人造卫星、宇宙飞船和航天飞机的监测。利用遥测原理对被控对象进行监测的系统称为遥测监测系统，它能够测量和传输被控对象的外部运动参量和内部状态参量，在工业生产和管理自动化等遥控系统中得到广泛的应用。指令传输设备用来将指令信号从指令发生器传输到被控端的执行机构。指令传输设备包括调制器、发射机、发射天线、接收天线、接收机、解调器等。编码器用来把指令信号编成码组，以区分指令信号，提高可靠性、抗干扰性和保密性。编码器的主要组成部分是编码矩阵。译码器把收到的指令码组译成原来的指令信号。译码器的主要组成部分是译码矩阵。执行机构是使被控对象按遥控指令动作的机构，执行机构要有足够的输出功率，使被控对象动作。如二值指令的执行机构是继电器或电动机，多值指令的执行机构是同步电机或直流放大器。指令监控台是遥控系统的专用设备，它可以用来对发送的指令进行控制、选择、监视和记录，并能对各种遥控设备进行监视、控制和自动切换。它能确定发送指令的内容，选择发送指令的时机和执行任务的设备。它能监视设备的工作状态，监视指令的发送和执行情况，监视系统间的往返信号，以及记录所有发出和返回的信号。

主要类型

遥测遥控系统可按下列八个方面进行分类：

（1）按信号传输介质可分为有线和无线遥测遥控系统。

（2）按信号传输方式可分为直接传输式和载波传输式。

（3）按信号变换方式可分为模拟式和数字式。

（4）按测控方式可分为开环和闭环遥测遥控系统。

（5）按多路划分原理可分为时分制、频分制和码分制。

（6）按调制方式可分为脉幅调制／调频／调频三重调制(PAM-FM-FM)，调频/调频二重调制(FM-FM)，脉宽调制(PDM)，脉位调制(PPM),脉码调制（PCM）等。

（7）按系统结构可分为1:1、(1:1)×N、M:N、1:N 等四种工作方式（图4）。

（8）按操作方式可分为一次动作型、二次动作型和三次动作型。此外，还可按系统功能和网络拓扑等进行分类。

技术要求

在设计和选择遥测遥控系统时一般遵循下列技术要求：

（1）准确度:一般可定义为被测量或被控量的相对误差。为了保证系统能正确地执行遥控命令，并使被测参量具有一定的精度，常采用差错校验、纠错编码和各种抗干扰措施。

（2）可靠性：指遥测遥控系统在规定的工作条件下能达到规定技术指标的能力。由于遥测遥控系统往往用于重要部门,又常常无人值班监视,所以对系统可靠性要求很高，通常误动作率为10^-8～10^-9。其中多路传输设备的可靠性尤为重要，常设置备份，一旦发生故障，就自动切换。

（3）工作容量：指遥测遥控系统的信息传输能力。工作容量C 定义为信道数n与信号频谱极限频率F的乘积,即C＝nF。在频分制中,各路信号的频谱的极限频率不同,可用下式计算：。

（4）抗干扰能力：指遥测遥控系统在有干扰的情况下仍能保证规定技术指标的能力。遥测遥控系统的主要干扰有工业干扰、起伏干扰、大气干扰、振动干扰和路际干扰（即信道之间的相互干扰）等。

（5）动作速度：决定于信息传输速度和系统的结构。对动作时间的要求视具体情况而定。

（6）工作频段：无线遥测遥控系统要根据国际上的约定和国家的规定选用合适的频段。国际上IRIG规定从1970年7月1日起遥测只能使用两个频段：1435～1535兆赫作为飞行器和导弹试验用，2200～2300兆赫作为固定和移动通信及一般遥测用，并规定了三种通频带宽，即窄频带(＜1兆赫),中频带（1～3兆赫）,宽频带（3～10兆赫）,1975年中国无线电管理委员会规定的两个遥测频段则是 223～235兆赫和410～470兆赫。

（7）通用性：为了增强系统的适应性，可采用可编程序遥测遥控系统。

（8）经济性。

参考书目

1. Elliot L.Gruenberg, Handbook of Telemetry and Remote Control, McGraw-Hill Co., New York, 1967.

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遥测遥控系统百科介绍

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