遙測系統(tǒng)舉例

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(gè)統(tǒng)一的遙控遙測系統(tǒng)。在這個(gè)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(jì)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(gè)測控系統(tǒng)通常含有若干個(gè)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(jì)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(shí)，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(shí)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(jì)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。

雖然現(xiàn)有的無線遙測系統(tǒng)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，并逐步被應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中去。但是這些系統(tǒng)一些功能的實(shí)現(xiàn)上仍具有明顯的缺陷：

無線遙測系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和精確性差

用現(xiàn)有的無線遙控測試設(shè)備組成的系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)測量和控制時(shí)，由于無線傳輸中的干擾及有限的無線資源，系統(tǒng)只能傳輸極少數(shù)的遙測信息和控制信息。這會影響系統(tǒng)工作的實(shí)時(shí)性和精確性。

無線遙測系統(tǒng)無線遙控測試系統(tǒng)的價(jià)格問題尤為突出

對于多目標(biāo)的遙控測試系統(tǒng)，很大一部分的要求來自于民用方面，如導(dǎo)航、石油/液化氣管道測量、地震監(jiān)測、醫(yī)院監(jiān)護(hù)、工廠遠(yuǎn)距數(shù)據(jù)采集等民用方面都提出了很大的要求。對于民用，若不考慮價(jià)格，就意味著丟掉市場。因此，從整體設(shè)計(jì)開始，就得從方案、采用的技術(shù)、器件、工藝等方面考慮價(jià)格問題。

無線遙測系統(tǒng)系統(tǒng)安全性需要提高

無線遙控側(cè)試系統(tǒng)由于其通信信道不像有線通信那樣是封閉的，因此它比較容易被侵入或攻擊。如何保證其網(wǎng)絡(luò)的安全性無疑也是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展的一門重要課題。

無線遙測系統(tǒng)本地化差

同國外系統(tǒng)相比，大部分國產(chǎn)通用系統(tǒng)主要是模仿國外系統(tǒng)開發(fā)的，雖然部分系統(tǒng)已經(jīng)漢化，但是中國市場中某些行業(yè)規(guī)范，他們很難滿足。而且人力資源以及資金限制使得它們可能在很長時(shí)間內(nèi)只能維持對現(xiàn)有系統(tǒng)功能的維護(hù)和補(bǔ)充。

實(shí)時(shí)遙測概述

基本型實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)遙測數(shù)據(jù)系統(tǒng),是為滿足我國直到21世紀(jì)初各類新型戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器、空間運(yùn)載系統(tǒng)及載人空間飛行系統(tǒng)的遙測需求,而研制的新一代通用遙測地面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)是可以按用戶要求配置的系列化遙測地面設(shè)備,它采用集成式、系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì),功能可配置、可裁剪和可擴(kuò)充,向上向后兼容;采用開放式設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化接口,利用相互支拼、系統(tǒng)互連。數(shù)據(jù)解調(diào)采集部分采用功滋模塊化設(shè)計(jì),兼容多種體制遙測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集,適應(yīng)廣泛的遙測應(yīng)用系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多個(gè)遙側(cè)數(shù)據(jù)流并行輸入、實(shí)時(shí)并行遙測數(shù)據(jù)處理和輸出。采用優(yōu)化分配和處理負(fù)荷的溢出判別等技術(shù),實(shí)現(xiàn)多處理器實(shí)時(shí)處理任務(wù)的自動分配和加載。系統(tǒng)采用多窗口圖形工作站、高速實(shí)時(shí)記錄設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)通信接口,以及多種模擬方式、數(shù)字方式遙測數(shù)據(jù)輸出通道,為用戶提供全面、直觀、快捷、靈活的實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)服務(wù)。

實(shí)時(shí)遙測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.分布式實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

基本型實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)系統(tǒng),采用分布式并行處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管理。系統(tǒng)由兩部分組成(如圖1):一部分是遙測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)(簡稱遙測前端),這是基于數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)的遙測專用實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng);另一部分是由各類通用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的遙測應(yīng)用工作站。遙測前端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)流的同步解調(diào)、信道解碼、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲、記錄、處理、輸出和分發(fā)等功能。遙測應(yīng)用工作站通過標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)與遙測前端連接,完成部分遙測數(shù)據(jù)或某一類應(yīng)用遙測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、處理、通訊以及事后遙測參數(shù)的處理。

遙測前端系統(tǒng)與遙測應(yīng)用工作站的配置數(shù)目,可依系統(tǒng)規(guī)模靈活配置。從單數(shù)據(jù)流遙測前端加單一遙測工作站的雙節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),到多遙測前端加多工作站的多節(jié)點(diǎn)分部式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。遙測前端與遙測工作站之間采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接,采用TCPI/P網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,以支持異種機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)互連。實(shí)時(shí)狀態(tài)下遙測前端將從獲取的遙測數(shù)據(jù)中選擇需傳送的數(shù)據(jù),組成發(fā)送信息包,定時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)廣播式發(fā)送,各遙測工作站接收信息包后,對各自需要的遙測數(shù)據(jù)信息包進(jìn)行處理和顯示。基于該分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺,可以構(gòu)成采用CCSDS分包遙測協(xié)議的分布式實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2.數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)的遙測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)

在遙測系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)是美國Lroal公司于08年代初在DFL-100的設(shè)計(jì)中首先提出的。之所以采用數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)造專用遙測計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是出于對遙測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理過程如下特點(diǎn)的考慮:

a.遙測數(shù)據(jù)的定時(shí)性與周期性.數(shù)字化遙測系統(tǒng)中,任一遙測參數(shù)的采集均是以一定周期定時(shí)采樣的,定時(shí)關(guān)系不依賴地面遙測計(jì)算機(jī)系統(tǒng),而由飛行器測量采集系統(tǒng)決定.因此要求地面遙測系統(tǒng)嚴(yán)格遵循這一定時(shí)關(guān)系,才能準(zhǔn)確恢復(fù)被測量參數(shù)。

b.多數(shù)據(jù)流、多參數(shù)遙測數(shù)據(jù)的異步性.在多數(shù)據(jù)流遙測、嵌入式遙測與多參數(shù)遙測中,各遙測參數(shù)的采樣周期不可能是完全一致的,各參數(shù)的定時(shí)關(guān)系是異步的,從而要求遙測系統(tǒng)對各遙測參數(shù)的實(shí)時(shí)處理過程是異步的,即獨(dú)立于接收的遙測數(shù)據(jù)。

c.遙測數(shù)據(jù)處理形式的多樣性這有兩個(gè)方面的含義一是遙測參數(shù)的種類多種多樣,決定了各遙測參數(shù)操作方法、處理方法和輸出方法各不相同;因而基于陣列處理機(jī)或向量處理機(jī),采用規(guī)則算法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)塊的并行操作,不適應(yīng)遙測數(shù)據(jù)處理過程的需求。另一方面對遙測參數(shù)多種處理、輸出方式的要求,如顯示、記錄儀實(shí)時(shí)記錄、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)通訊傳輸?shù)?要求遙測系統(tǒng)具備分布式并行處理的能力。

d.實(shí)時(shí)多數(shù)據(jù)流遙測的支持。系統(tǒng)并行操作部件與并行輸出通道支持多數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)處理,多數(shù)據(jù)流遙測數(shù)據(jù)可共享系統(tǒng)處理設(shè)備和輸出通道.這對于基于通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的“指令流體系結(jié)構(gòu)”遙測系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。

e.遙測數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單。盡管當(dāng)高速實(shí)時(shí)多路遙測數(shù)據(jù)進(jìn)入處理系統(tǒng),各遙測參數(shù)的處理過程具有多樣性,但就每個(gè)參數(shù)處理過程本身,一般并不復(fù)雜,不存在復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這也是適應(yīng)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)。