实时遥测

实时遥测定义及意义

目前，“数据融合”的定义为对来自多信息源的数据和信息进行相关、互连和合并处理，以获得准确的目标信息。这种融合是基于多信息或多传感器的。而本文所要论述的“实时遥测数据融合”基于同一信息源的多路采集数据流，即采用网络技术将多个采集设备连接起来，在接收同一目标发出的PCM数据流时，对多个采集设备所采集到的数据进行实时筛选、择优和融合，从而获得实时最佳数据。

实时遥测数据融合器实质上是一个软件产品。在分布式遥测系统中，它可以任意驻留在采集服务器或者任一客户端上。当PCM数据流的位速率很高、处理负荷很大时，它也可以单独运行在一台数据融合服务器上。

实时遥测数据融合对于外场试验具备两个方面的意义：①有效地提高了靶场遥测地面系统提供的遥测数据的质量，即在多个采集设备中，只要有一个采集设备正常，或者各个采集设备分别在不同时间段内工作正常，就能确保远程指挥大厅显示出准确的遥测数据。②从某种意义上来说，可适度减小遥测地面接收系统的压力，降低遥测成本。接收系统的性能提高到一定程度后，付出的成本将是指数级上升的。实时遥测数据融合的存在让我们可以考虑在要求的可靠度范围内不用过多地增加地面接收设备的数量，在遥测地面接收系统指标已经达到一定水平时不必过分强调指标的提升。

实时遥测结构设计

如图2所示，实时遥测数据融合软件由三个部分组成：

①设备管理模块获得局域网上采集设备服务器的位置信息，将各采集服务器上的数据暂存于相应的缓冲区中。

②数据融合模块根据融合策略对各个设备缓冲区的数据进行判断、选择和融合，并将融合结果送往输出缓冲区。

③效果评估模块对数据融合结果进行评估，并将输出缓冲区的数据接新地址发往网络。

PCM系统原理如图3所示。

国内航天器实时遥测系统传统设计采用PCM体制，即时分轮巡采集和脉冲编码调制体制，缺点主要为遥测帧格式预先设计。格式种类有限．难以适应卫星在轨运行的动态变化，特别是故障情况。另一个主要缺点是不同卫星平台的遥测帧格式难以统一，这影响行在设备的通用化。

航天器星载PCM遥测系统主要由模拟量信号采集多路开关、A/D转换、数字综合、副载波调制、射频调制和发射天线功能模块组成。PCM遥测常用主副帧格式和浮动格式，在主副帧格式中以固定周期传送固定长度的皇帧，通过倍采样传送变化频率更快的数据，通过轮巡实现复用来传送变化速率更慢的数据。浮动格式仅仅是在丰副帧格式的基础上划出一些数据区用于存放格式浮动变化的数字量遥测。

由于帧格式有限、缺少优先级调度机制和分层策略。PCM有以下缺点：

(1)难以适应在轨运行的动态情况}

(2)难以有效利用信道带宽；

(3)难以实现星载遥测设备软硬件的通用化；

(4)难以适应多各不同速率的信源；

(5)难以减小遥测数据的信息冗余度。

实时遥测概述

基本型实时计算机遥测数据系统,是为满足我国直到21世纪初各类新型战略战术武器、空间运载系统及载人空间飞行系统的遥测需求,而研制的新一代通用遥测地面实时数据处理系统。

该系统是可以按用户要求配置的系列化遥测地面设备,它采用集成式、系列化产品设计,功能可配置、可裁剪和可扩充,向上向后兼容;采用开放式设计、标准化接口,利用相互支拼、系统互连。数据解调采集部分采用功滋模块化设计,兼容多种体制遥测数据实时采集,适应广泛的遥测应用系统采用数据流体系结构,实现多个遥侧数据流并行输入、实时并行遥测数据处理和输出。采用优化分配和处理负荷的溢出判别等技术,实现多处理器实时处理任务的自动分配和加载。系统采用多窗口图形工作站、高速实时记录设备、标准网络接口、数据通信接口,以及多种模拟方式、数字方式遥测数据输出通道,为用户提供全面、直观、快捷、灵活的实时遥测数据服务。

实时遥测系统体系结构

1.分布式实时遥测数据处理系统

基本型实时遥测数据系统,采用分布式并行处理机制实现遥测数据的实时管理。系统由两部分组成(如图1):一部分是遥测实时数据采集管理系统(简称遥测前端),这是基于数据流体系结构的遥测专用实时计算机系统;另一部分是由各类通用计算机构成的遥测应用工作站。遥测前端系统实现多数据流的同步解调、信道解码、数据实时存储、记录、处理、输出和分发等功能。遥测应用工作站通过标准局域网与遥测前端连接,完成部分遥测数据或某一类应用遥测数据的实时显示、处理、通讯以及事后遥测参数的处理。

遥测前端系统与遥测应用工作站的配置数目,可依系统规模灵活配置。从单数据流遥测前端加单一遥测工作站的双节点网络系统,到多遥测前端加多工作站的多节点分部式网络系统。遥测前端与遥测工作站之间采用标准以太网连接,采用TCPI/P网络传输协议,以支持异种机之间的网络互连。实时状态下遥测前端将从获取的遥测数据中选择需传送的数据,组成发送信息包,定时通过网络广播式发送,各遥测工作站接收信息包后,对各自需要的遥测数据信息包进行处理和显示。基于该分布式网络系统平台,可以构成采用CCSDS分包遥测协议的分布式实时遥测数据处理系统。

2.数据流体系结构的遥测实时数据系统

在遥测系统中采用数据流体系结构是美国Lroal公司于08年代初在DFL-100的设计中首先提出的。之所以采用数据流体系结构来构造专用遥测计算机系统,是出于对遥测数据实时处理过程如下特点的考虑:

a.遥测数据的定时性与周期性.数字化遥测系统中,任一遥测参数的采集均是以一定周期定时采样的,定时关系不依赖地面遥测计算机系统,而由飞行器测量采集系统决定.因此要求地面遥测系统严格遵循这一定时关系,才能准确恢复被测量参数。

b.多数据流、多参数遥测数据的异步性.在多数据流遥测、嵌入式遥测与多参数遥测中,各遥测参数的采样周期不可能是完全一致的,各参数的定时关系是异步的,从而要求遥测系统对各遥测参数的实时处理过程是异步的,即独立于接收的遥测数据。

c.遥测数据处理形式的多样性这有两个方面的含义一是遥测参数的种类多种多样,决定了各遥测参数操作方法、处理方法和输出方法各不相同;因而基于阵列处理机或向量处理机,采用规则算法实现对数据块的并行操作,不适应遥测数据处理过程的需求。另一方面对遥测参数多种处理、输出方式的要求,如显示、记录仪实时记录、实时处理和实时通讯传输等,要求遥测系统具备分布式并行处理的能力。

d.实时多数据流遥测的支持。系统并行操作部件与并行输出通道支持多数据流的实时处理,多数据流遥测数据可共享系统处理设备和输出通道.这对于基于通用计算机实现的“指令流体系结构”遥测系统很难实现。

e.遥测数据处理的数据结构简单。尽管当高速实时多路遥测数据进入处理系统,各遥测参数的处理过程具有多样性,但就每个参数处理过程本身,一般并不复杂,不存在复杂的数据结构,这也是适应数据流结构的重要特点。

国外80年代中期,随着对多数据流实时遥测需求的增加,以及计算机技术与大规模集成电路技术的飞速发展,遥测领域出现了实时遥测系统研制热潮,国际上先进的遥测厂家竞相推出各自的多数据流实时遥测系统最早凭相于市场的有RMPS实时多处理器系统

90年代,EMR进一步采用标准接口和扩展其后端薄弱的网络能力推出Sysetm90,Sysetm90和Sysetm50的技术思路基本上是一致的。1990年前后新打入市场的有DSI和Quad7和VedaSystemIne的ITAS集成式遥测分析系统,Quad7有高码速率特点,I-TAS有高集成特点。但是90年代的这4个系统在构成原理上是相似的,总的系统能力和技术水平也均未超过Ll的Sysetm500。他们的前端系统均以两条总线为核心构成,一条是管理总线,均采用工业标准VME总线;另一条高速数据总线是各公司自行扩充的专用总线。各家扩充的高速数据总线的作用是完全一致的,即支持数据流驱动原理。在后端均支持网络连接的多用户遥测应用工作站,或以数据存储管理为主要作用的服务器。

近几年,各公司均没有大发展,只是在进一步开发和完善显示软件和管理软件等软件工作上有进步,因此Ll公司的Sysetm500，仍是当今最具代表性的先进系统。

如图4所示，分包遥测基于星载计算机能力。由信源即用户计算机将不同传输要求的遥测数据打包为不同的遥测源包。由中心计算机利用数据缓存建立多个具有不同优先级虚拟信道和主信道实现优先级调度机制。用户计算机完成包装层功能。中心计算机完成分段层和传输层功能。

分包遥测基于星载计算机能力，由信源即用户计算机将不同传输要求的遥测数据打包为不同的遥测源包。由中心计算机利用数据缓存建立多个具有不同优先级虚拟信道和主信道实现优先级调度机制。用户计算机完成包装层功能，中心计算机完成分段层和传输层功能。

与PCM相比，分包遥测能更好适应具有长度、速率，信宿、优先级不同的多信源的飞行任务。但从工程实际来看，航天器信源的动态性仅仅存在于设计过程，在轨运行的是强实时系统．各用户应用均按照约定的时序或者协议运行．遥测周期基本是固定的。动态性主要是在异常或者故障情况F．由地面或者自主计算机主动发出数据请求指令来获取特殊的数据内容。

遥测计压差遥测计

该遥测计用来在地面上遥测井下的风流压差。所谓风流压差包括风机所产生的压差,一个网络支路两端的压差,为测风量使用的减压器件,如皮托管、锥形喷咀等所产生的压差该矿使用的是哈特曼一布劳恩二氏压差遥测计,这种装置具有对称振子的特性,它的特性曲线只是所测压差乙p的函数。有一个”伏的外接电源,给对称振子供电。在静止状态下,对称振子的电流耗量约4毫安。这样小的电流就足够振荡器了工作用的了。振荡器J将电流输给差动变压器。所测的压差乙尸转变为差动变压器2铁芯的位移,然后再变为电信号K:刁p。最后,由调零电位器,往电信号K,乙P上加一个指示零位的常数c,输往第二级,作为第二级输入信号。差动放大器了的第二级输入信号,是一个与第一级输入信号和位相反的电压,并由和对称振子系统串联的电阻输出。这个电子放大回路非常接近于对称振子的特性曲线,函数关系式K,乙尸十c一KZI。电源回路中有电流I,则可从与对称振子串联的电阻器R的两个端子,取出测量信号(2、10伏)

遥测计湿度遥测计

湿度遥测计为了测量井下的气象条件,该矿创制了一种由原始型式改进的干湿球湿度遥测计。在这种湿度遥测计中,由热敏电阻构成干球温度和湿球温度的指示器。这些指示器装在一个薄塑料套中,以防受到外界影响湿度遥测计的电子部分包括:(I)一毫安恒定电流发生器:借助它可根据探头的电压变化而测出探头电阻的变化。_(2)放大器和调零系统:用这个调零系统,可以将温度自由地选调在量程的两个极值(一般为20℃和40℃)之一上。(了)输出级:它将信号转变为一个从。至1毫安变化的连续电流。(这个电流经过一个加千欧的电阻,并且产生遥测系统输入端所要求的O~10伏电流)。(4)校准装置:借助这个装置,探头被两个固定电阻替换。这两个固定电阻的值等于探头在两个已知温度时的相应电阻值。进行校准时,将输出信号调到与这两个已知温度相应的信号值上,而不考虑环境温度的修正该湿度遥测计的样机是十分令人满意的.它的记录曲线表明,其精确度很高,误差范围一般不超过0.2℃

主要用于集中检测分散的或难以接近的被测对象，如被测对象距离遥远，所处环境恶劣，或处于高速运动状态。遥测信息是RTU采集到的电力系统运行的实时参数，如发电机出力，母线电压，系统中的潮流，有功负荷和无功负荷，线路电流，电度量等测量信息。遥测在国民经济、科学研究和军事技术等方面得到广泛应用。利用遥测可以实现集中监测，提高自动化水平，提高劳动生产率，改善劳动条件，提高调度质量。遥测为科学研究提供了一种重要的测试手段，使原来难以进行实测的研究项目，取得重要的动态性能数据。实际遥测系统包括有传感器、通信设备和数据处理设备。传感技术和信号传输技术是遥测的两项关键技术。传感器的精度、响应速度和可靠性以及通信系统的传输速度和抗干扰能力等决定了遥测系统的性能。现代遥测系统广泛应用高精度的传感器、数字通信和电子计算机等先进设备。最先进的遥测系统则是航空航天遥测系统。遥测系统也可以看做是一类特殊的通信系统。遥测常按信号传输方式来进行分类。如有线遥测和无线遥测，时分遥测和频分遥测，模拟遥测和数字遥测，实时遥测和循环遥测等。

在水电厂监控系统中，遥测是指远动通信数据的模入量，例如电机的电流，电压，有功功率，无功功率，温度，转速数值，上、下游水位，电网频率等，通常用二进制整型、二进制码值型、BCD码值型、浮点型数表示。2100433B