遙測遙控系統

將對象參量的近距離測量值傳輸至遠距離的測量站來實現遠距離測量的技術。遙測是利用傳感技術、通信技術和數據處理技術的一門綜合性技術。遙測主要用於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，所處環境惡劣，或處於高速運動狀態。遙測在國民經濟、科學研究和軍事技術等方面得到廣泛應用。利用遙測可以實現集中監測，提高自動化水平，提高勞動生產率，改善勞動條件，提高調度質量。遙測為科學研究提供了一種重要的測試手段，使原來難以進行實測的研究項目，取得重要的動態性能數據。

通過通信媒體對遠距離被控對象進行控制的技術。由操作裝置、編碼裝置、發送裝置、信道、接收裝置、譯碼裝置和執行機構等組成。按信道介質，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。被控對象按分佈位置，分集中型的(如工廠、電站等)和分散型的(如傳輸線等)。 ^[1] 

在應用中，遙控系統和遙測系統除分別用於對各種運動或固定的物體進行遙控或遙測外，還經常集成為一個統一的遙控遙測系統。在這個統一的系統中，遙測分系統獲取被測控對象的工作狀態參數，作為遙控分系統對其進行管理和控制的重要依據；遙控的效果再由遙測分系統反饋到測控中心作為下次遙控的參考。下面通過測控系統來看遙控和遙測的工作原理。

測控系統由遙測分系統、測控中心和遙控分系統三部分組成。遙測分系統包括傳感器、遙測數據傳輸設備和遙測終端，遙控分系統包括指令產生器、指令傳輸設備、指令檢出器和執行機構，測控中心主要是操作員和或計算機。測控對象可以是運動中的衞星、飛船、飛機、飛艇、車輛和艦隻等物體，也可以是電力網、輸油送氣的管線和水庫等固定的設施。 ^[2] 

傳感器負責規定參量的採集和轉換，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換元件兩部分，敏感元件感受規定的參量，轉換元件將敏感元件感受的參量按一定規律轉換成符合傳輸系統輸入端要求的信號。一個測控系統通常含有若干個傳感器。

傳輸系統分有線電和無線電兩類。有線電傳輸系統以電線、電纜或光纜為傳輸媒質，具有抗干擾性強、保密性好的優點，但機動性差、遠距離使用成本較高。無線電傳輸系統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、機動的特點，但易受干擾、保密性較差，主要用於活動目標間、固定測控站與活動目標間以及遠距離傳送信息。無線電遙控遙測系統中，傳輸遙控指令和遙測數據的設備主要有發端的多路複用調製器、發射機、發射天線和收端的接收天線、接收機、分路解調器。

遙測終端有顯示、記錄和處理設備，它對接收到的信號進行顯示、記錄和分析處理，得到測控對象的狀態及參量變化數據，作為測控中心瞭解被控對象狀況和控制效果，優化管理與控制的重要依據。

指令產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的命令變換為指令信號，編碼器的作用是產生各種控制指令，並根據變換器送來的指令信號選擇相應的控制指令由指令傳輸設備送往被測控端。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備輸出的控制指令進行解碼識別；指令判決器主要用於對控制指令進行抗干擾判決和保密判決。

無線電遙控遙測系統工作時，傳感器中的敏感元件感受規定的被測控對象有關參量，轉換元件按一定規律將此參量轉換成符合傳輸設備輸入端要求的信號；遙測數據傳輸設備運用頻分、時分或碼分多路信息傳輸技術對傳感器輸出信號進行處理、綜合，然後將其調製到載波上發往測控端；測控端對接收到的綜合信號進行解調、分路，恢復出各路原始信號送入遙測終端；遙測終端設備對這些信號進行記錄、顯示和分析處理，向測控中心送去測控對象的狀態及參量變化信息。測控中心的操縱員和計算機根據遙測終端提供的被控對象相關參數及其變化數據，結合控制的需要，產生相應的命令送往指令產生器。指令產生器中的變換器將此命令變換為指令信號，去選擇編碼器產生的相應控制指令，然後由指令傳輸設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行解碼識別、抗干擾判決和保密判決，然後將得到的命令送到執行機構變換為控制執行元件的信號，使執行元件產生相應的動作對測控對象和或傳感器工作進行控制與管理。

遙控和遙測的關鍵技術主要有決定遙測系統測量精度的傳感器技術、提高遙控指令和遙測數據傳輸可靠性的抗干擾技術和滿足傳輸高速率遙測數據需求的高速數據傳輸技術。

傳感器技術是運用牛頓力學、熱力學、電動力學和量子力學等理論，開發並運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，並將其轉換為電量或電參量（也可為其它適當的物理量，例如光量和光參量）的存在及變化的技術。傳感器有結構型和物性型兩種。結構型傳感器原理簡單、性能穩定可靠，應用最為普遍；物性型傳感器直接利用材料效應，將敏感功能和轉換功能合二為一，具有結構緊湊、體積小、重量輕、響應速度快等優點。

抗干擾技術主要是差錯控制技術和擴頻技術。差錯控制的實質是根據信道情況和誤比特率要求，用頻帶和設備複雜性換性能的方法控制數據傳輸的質量，以取得儘可能高的效費比。差錯控制方法主要有前向糾錯（FEC）、反饋重發（ARQ）和混合糾錯（HEC）三種。擴頻指用與信息無關的偽隨機碼擴展射頻信號帶寬使其遠大於發送信息所需的最小帶寬。擴展信號頻譜的方法主要是直接序列調製、跳頻以及它們的組合。直接序列調製是將射頻信號功率分散在很寬的頻帶內，以隱蔽的方式對抗干擾；跳頻是使載頻在較寬的頻帶範圍內跳變，以躲避的方式對抗干擾；它們的組合，即在直接序列擴頻的基礎上增加載波頻率跳變的功能，則使信息傳輸系統既具較強的抗干擾能力和較好的適用性，又有技術上的可實現性和較好的經濟性。

傳輸高速率數據既要考慮頻率資源，又要考慮傳輸質量。解決頻率資源問題的技術方法主要是提高傳輸系統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省頻率資源。提高傳輸系統傳輸質量的技術方法有合理設計基帶信號，選擇適宜傳送高速率數據的編譯碼體系和適當的調製、解調方式，以及採用頻域均衡或時域均衡等。

對相隔一定距離的對象的參量進行檢測並把測得結果傳送到接收地點的技術。完成遙測任務的整套設備稱遙測系統。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。通過遙測可實時監視飛行器及其內部主要設備的工作狀態和性能，及時瞭解航天員的生理狀況等。分析遙測數據可對設計作出評價，為改進設計提供依據，縮短飛行器的研製週期。

遙測技術起源於19世紀初葉，航空、航天遙測技術則分別開始於20世紀30年代和40年代。此後，遙測廣泛用於飛機、火箭、導彈和航天器的試驗，也極大地促進了遙測技術的發展。50～60年代，隨着通信理論、通信技術和半導體技術的發展，遙測技術在調製、傳輸距離、數據容量、測量精度以及設備小型化等方面都取得了很大的進展。60年代以來，遙測技術發展的顯著特點是：遙測設備的集成化、固態化、模塊化和計算機化，出現了可編程序遙測和自適應遙測。 ^[3] 

飛行器遙測的傳輸距離一般很遠，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，而且飛行器是運動的，所以遙測站一般都採用高增益的大型自動跟蹤天線。在人造衞星、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，以便簡化設備和提高系統可靠性。多級運載火箭和航天器的遙測參數可多達數百路到數千路，而且有些參數的變化頻率高達數千赫，所以遙測的信息量很大，常需要多套遙測設備並行工作，有時需要在飛行器上用磁記錄器記錄數據，以後回收磁帶，獲取遙測數據。飛行器上遙測設備的特點是：體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、能在惡劣的環境（低温、振動、加速度、粒子輻射等）下正常工作。此外，遙測系統還應具備使用靈活、能實時處理數據的特點。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，它強烈吸收和反射電磁波，使無線電遙測信號中斷。人們常採用兩種解決辦法：一種是把這段時間的遙測數據暫存起來，待飛出這個黑障區後再快速重發到地面，這是“記憶重發”法；另一種是用磁帶把這段時間中的遙測數據記錄下來，以後回收磁帶。此外，在航天器越出地面接收站的接收範圍時或多級火箭級間分離火焰造成信號中斷以及導彈水下發射時，也常採用這兩種辦法獲得遙測數據。

隨着計算機和微電子技術的發展而出現的新遙測技術，即自適應遙測，主要包含可變格式和數據壓縮技術。

在宇宙探索中，遙測技術幫助瞭解太陽系遙遠天體上的氣温、大氣構成和表面情況；投放在敵方的遙測儀器能傳回許多情報；取得導彈和飛機的飛行數據；收集核試驗情況也要靠遙測技術。在工業上遙測技術使許多龐大的系統高效安全運行，如電力、輸油、輸氣系統、城市自來水、煤氣和供暖系統等。在研究動物的生活習性中，遙測技術也是有力的手段，動物帶上有傳感器的發報機後，在實驗室就可研究野外動物的動態。遙測技術也用在醫學上，如測定宇航員和登山隊員身體情況。醫術高明的大夫利用遙測技術能為偏僻地區的病人服務。

遙控遙測產業雖然佔領了經濟、軍事和科研等領域的大量市場，但仍有很多市場等待它去開發。西部大開發戰略的實施，給遙控遙測產業提供了一個巨大的新市場。西部不少地區地廣人稀，工作、生活環境極其惡劣，給經濟開發帶來不少困難。利用遙控遙測技術就可改善人們的工作條件，減少野外作業，在有空調的舒適房間裏就可對相距遙遠、分散在惡劣環境中的設備進行監測控制。西部有豐富的水利資源和油、氣資源，在這些能源的開發中，無人值守水文觀測系統的建立，各種水利設施、水電設施和電力網運行狀況的監控管理和輸送油、氣管線的監控，都是有待遙控遙測產業去佔領的市場。環境保護中環境污染的監測，交通設施建設中高等級公路的監測管理，新建城鎮中水、電、氣、熱等各種管網的監測管理，新建廠礦中生產線的自動化監控等等，都是遙控遙測產業的廣闊市場。

隨着城市公用事業的蓬勃發展，要求加強傳感器的開發，增加其種類並提高精度和質量，改善監控系統的可靠性和精確性，以提高所監控管網的安全性和資源調度管理的科學性；要求將城市公用事業網的監控系統聯網，建立區域辦公網，對所監控管網的資源進行統一調度，合理利用。這些提高城市公用事業網監控水平的需求，給遙控遙測產業打開了又一個市場。