對(duì)相隔一定距離的對(duì)象的參量進(jìn)行檢測并把測得結(jié)果傳送到接收地點(diǎn)的技術(shù)。完成遙測任務(wù)的整套設(shè)備稱遙測系統(tǒng)。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(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。
發(fā)展概況 遙測技術(shù)起源于19世紀(jì)初葉,航空、航天遙測技術(shù)則分別開始于20世紀(jì)30年代和40年代。此后,遙測廣泛用于飛機(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,遙測技術(shù)在調(diào)制體制、傳輸距離、數(shù)據(jù)容量、測量精度以及設(shè)備小型化等方面都取得了很大的進(jìn)展。60年代以來,遙測技術(shù)發(fā)展的顯著特點(diǎn)是:遙測設(shè)備的集成化、固態(tài)化、模塊化和計(jì)算機(jī)化,出現(xiàn)了可編程序遙測和自適應(yīng)遙測。
基本原理 航空航天遙測系統(tǒng)可分為飛行器遙測設(shè)備(系統(tǒng))和地面遙測設(shè)備(系統(tǒng)),前者主要由傳感器、多路組合調(diào)制器、發(fā)射機(jī)和天線組成,后者主要由接收機(jī)和天線、分路解調(diào)器等組成(圖1)。傳感器的功能是感受被測參量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。各傳感器的輸出信號(hào)(及其他需經(jīng)遙測系統(tǒng)傳送的信號(hào))同時(shí)送入多路組合調(diào)制器,各路信號(hào)按一定體制組合起來,互不干擾地通過同一個(gè)無線電信道傳送出去。多路組合調(diào)制器輸出的信號(hào)調(diào)制發(fā)射機(jī)的載波,通過天線發(fā)射出去。接收端天線接收信號(hào)后送入接收機(jī)。接收機(jī)把組合信號(hào)解調(diào)出來,再經(jīng)分路解調(diào)器恢復(fù)各路原始信息,加以記錄、處理和顯示,F(xiàn)代廣泛應(yīng)用的信號(hào)組合體制有時(shí)分制和頻分制兩種。
遙測技術(shù) 時(shí)分制 按時(shí)間順序來區(qū)分通道(圖2)。采樣開關(guān)按順序?qū)Ω髀沸盘?hào)巡回采樣,形成圖2b中陰影條所示的一個(gè)綜合脈沖序列。接收端的分路解調(diào)器的分路開關(guān)與發(fā)送端的采樣開關(guān)同步工作,把各路信號(hào)分開。如果脈沖序列中脈沖幅度反映被測參數(shù),則稱脈沖幅度調(diào)制 (PAM)。如果采樣脈沖的寬度或位置反映被測參數(shù),則稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖位置調(diào)制(PDM、PPM)。如用一組編碼來反映被測參數(shù),則稱脈沖編碼調(diào)制 (PCM)。這種脈沖序列調(diào)制到發(fā)射載波上的方式可以是頻率調(diào)制(FM)、相位調(diào)制(PM)和幅度調(diào)制(AM)中的任何一種。時(shí)分制遙測系統(tǒng)常用的方式是PAM-FM和PCM-FM。時(shí)分制多用于被測信號(hào)較多而變化緩慢的緩變參數(shù)的測量。其中PCM體制的應(yīng)用更為廣泛。
遙測技術(shù) 頻分制 按不同的頻率來區(qū)分通道(圖3)。各路被測信號(hào)對(duì)各自的副載波調(diào)制,將這些調(diào)制后的信號(hào)相加得到圖3b所示的頻譜。這一組合信號(hào)再去調(diào)制載波,經(jīng)天線發(fā)出,在接收端經(jīng)載波解調(diào)后,用一組濾波器濾出各路副載波,再各自解調(diào)出信號(hào)。同樣,組合信號(hào)對(duì)發(fā)射載波的調(diào)制也可以采用上述三種方式中的任何一種。頻分制遙測系統(tǒng)中常用的是FM-FM體制。頻分制多用于被測信號(hào)較少且變化較快的速變參數(shù)的測量。
遙測技術(shù) 航空航天遙測的特點(diǎn) 飛行器遙測的傳輸距離一般很遠(yuǎn),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(yùn)動(dòng)的,所以遙測站一般都采用高增益的大型自動(dòng)跟蹤天線。在人造衛(wèi)星、載人飛船中,遙測、遙控、電視和通信常常共用一個(gè)無線電信道,以便簡化設(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,所以遙測的信息量很大,常需要多套遙測設(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,獲取遙測數(shù)據(jù)。飛行器上遙測設(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還存在一個(gè)特殊問題:再入大氣層時(shí),在飛行器周圍形成等離子鞘,它強(qiáng)烈吸收和反射電磁波,使無線電遙測信號(hào)中斷。人們常采用兩種解決辦法:一種是把這段時(shí)間的遙測數(shù)據(jù)暫存起來,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)間中的遙測數(shù)據(jù)記錄下來,以后回收磁帶(見再入測量)。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)的新遙測技術(shù),即自適應(yīng)遙測,主要包含可變格式和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。(見航天測控系統(tǒng)、航天測控和數(shù)據(jù)采集網(wǎng))