遥控遥测技术及其在航天技术中的应用

遥控遥测技术及其在航天技

术中的应用

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

遥控遥测技术及其在航天技术中的应用

丁亮

南京信息工程大学滨江学院电子信息工程专业，20122305905

摘要：遥控是发送指令信号对相隔一定距离的受控对象进行控制的技术与过程。遥测是对相隔一定距离的被测对象上的参量进行测量的技术与过程。作为过程，它们都是通过相关信息技术设备组成的电子综合信息系统进行。作为技术，它们提高了人类认识、改造客观世界的能力，使人们能够突破时空限制对各种集中、固定的设备和分散、运动的目标以及相距遥远、处于恶劣环境的物体进行测控。随着微电子、计算机、通信、传感器和自动控制等相关信息技术与设备的发展，遥控遥测已经成为重要的信息产业，在经济发展、国防建设、科技进步和人民物质文化生活水平的提高中发挥着越来越大的作用。

关键词：遥控；遥测；航天技术

一、遥控遥测的发展及应用

遥控综合应用指令生成、传输、检出和自动控制等信息技术实现了对相隔一定距离的受控对象的控制，扩展了人类改造事物的能力，它最早用于远距离引爆水雷和控制无人驾驶小艇。第一次世界大战后，法国和德国相继进行了应用无线电遥控技术控制无人驾驶飞机和舰艇的尝试，由于技术不够完善而未能进入实用。第二次世界大战末期，德国使用无线电控制的导弹攻击地面固定目标，继而研制了无线电指令制导的防空导弹，使无线电遥控技术进入了实用阶段。美国和前苏联竞相发展导弹武器给遥控技术的发展以巨大促进，航天事业的兴起则为遥控技术的应用开辟了又一个新的天地，把遥控推向一个新的发展阶段。

遥测综合应用传感器、数据传输和信号处理等信息技术对相隔一定距离的被测对象上的参量进行测量，提高了人类认识事物的能力，它最早出现在十九世纪初。由于相关基础信息技术的牵制，它早期发展比较缓慢。二十世纪中期，在微电子和计算机等基础信息技术发展的推动下，遥测技术才得到广泛应用。宇航部门在航天器试验阶段，利用遥测系统获取航天器各系统工作状态参数和环境数据，为检验航天器性能、分析故障和实施遥控提供依据；在航天器运行阶段，利用遥测系统获取环境参数、宇航员生物医学数据和航天器各系统工作状态参数，以此判断航天器工作状态、宇航员身体状况和对航天器及其有效载荷进行控制。

二、遥控遥测系统的工作原理

在应用中，遥控系统和遥测系统除分别用于对各种运动/固定的物体进行遥控或遥测外，还经常集成为一个统一的遥控遥测系统。在这个统一的系统中，遥测分系统获取被测控对象的工作状态参数，作为遥控分系统对其进行管理和控制的重要依据；遥控的效果再由遥测分系统反馈到测控中心作为下次遥控的参考。下面通过测控系统来看遥控和遥测的工作原理。

测控系统由遥测分系统、测控中心和遥控分系统三部分组成。遥测分系统包括传感器、遥测数据传输设备和遥测终端，遥控分系统包括指令产生器、指令传输设备、指令检出器和执行机构，测控中心主要是操作员和/或计算机。测控对象可以是运动中的卫星、飞船、飞机、飞艇、车辆和舰只等物体，也可以是电力网、输油送气的管线和水库等固定的设施。

传感器负责规定参量的采集和转换，它因需测量的参量而异，需测量的参量随测控对象的情况而不同。传感器通常包括敏感元件和转换元件两部分，敏感元件感受规定的参量，转换元件将敏感元件感受的参量按一定规律转换成符合传输系统输入端要求的信号。一个测控系统通常含有若干个传感器。

传输系统分有线电和无线电两类。有线电传输系统以电线、电缆或光缆为传输媒质，具有抗干扰性强、保密性好的优点，但机动性差、远距离使用成本较高。无线电传输系统利用在大气层或自由空间中传播的电磁波传送信息，具有灵活、机动的特点，但易受干扰、保密性较差，主要用于活动目标间、固定测控站与活动目标间以及远距离传送信息。无线电遥控遥测系统中，传输遥控指令和遥测数据的设备主要有发端的多路复用调制综合器、发射机、发射天线和收端的接收天线、接收机、分路解调器。

遥测终端有显示、记录和处理设备，它对接收到的信号进行显示、记录和分析处理，得到测控对象的状态及参量变化数据，作为测控中心了解被控对象状况和控制效果，优化管理与控制的重要依据。

指令产生器主要包括变换器和编码器。变换器的作用是把操纵员或计算机的命令变换为指令信号，编码器的作用是产生各种控制指令，并根据变换器送来的指令信号选择相应的控制指令由指令传输设备送往被测控端。

指令检出器主要包括解码器和指令判决器。解码器的功能是对指令传输设备输出的控制指令进行解码识别；指令判决器主要用于对控制指令进行抗干扰判决和保密判决。

无线电遥控遥测系统工作时，传感器中的敏感元件感受规定的被测控对象有关参量，转换元件按一定规律将此参量转换成符合传输设备输入端要求的信号；遥测数据传输设备运用频分、时分或码分多路信息传输技术对传感器输出信号进行处理、综合，然后将其调制到载波上发往测控端；测控端对接收到的综合信号进行解调、分路，恢复出各路原始信号送入遥测终端；遥测终端设备对这些信号进行记录、显示和分析处理，向测控中心送去测控对象的状态及参量变化信息。测控中心的操纵员和计算机根据遥测终端提供的被控对象相关参数及其变化数据，结合控制的需要，产生相应的命令送往指令产生器。指令产生器中的变换器将此命令变换为指令信号，去选择编码器产生的相应控制指令，然后由指令传输设备将此控制指令传送到被测控端；被测控端的指令检出器对收到的控制指令进行解码识别、抗干扰判决和保密判决，然后将得到的命令送到执行机构变换为控制执行元件的信号，使执行元件产生相应的动作对测控对象和/或传感器工作进行控制与管理。

三、遥控遥测的关键技术

遥控和遥测的关键技术主要有决定遥测系统测量精度的传感器技术、提高遥控指令和遥测数据传输可靠性的抗干扰技术和满足传输高速率遥测数据需求的高速数据传输技术。

传感器技术是运用牛顿力学、热力学、电动力学和量子力学等理论，开发并运用各种敏感材料和器件，感知力、热、声、光、电、磁、气、湿等各种物理量的存在及变化，并将其转换为电量或电参量（也可为其它适当的物理量，例如光量和光参量）的存在及变化的技术。传感器有结构型和物性型两种。结构