5. ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Предварительное замечание. Основным средством получения информации о процессах, происходящих на летательных аппаратах и подвижных объектах во время их испытаний и эксплуатации, являются телеметрические системы. Телеметрическая система — это совокупность средств измерений, вспомогательных устройств и каналов связи, предназначенных для передачи сигналов измерительной информации на расстояние и отличающихся наличием специальных средств для формирования передаваемого сигнала и его приема По способу выполнения линий связи телеметрические системы можно разделить на проводные и радиотелеметрические.

Радиотелеметрические системы (РТС) - телеметрическая система, у которой передача сигналов измерительной информации на расстояние осуществляется с помощью радиоволн. Проводные телеметрические системы используют обычно при наземных испытаниях подвижных объектов и, как правило, имеют сравнительно малое быстродействие. Радиотелеметрические системы имеют значительно большее быстродействие и нашли более широкое применение при передаче информации о процессах, происходящих на исследуемых объектах. Обобщенная структурная схема РТС приведена на рис. 15.

Подлежащие измерению величины преобразуются первичными преобразователями в электрический сигнал и нормализуются в промежуточном преобразователе. Нормализованные напряжения с промежуточных преобразователей поступают на суммирующее и кодирующее устройство, формирующее групповой сигнал, содержащий сообщение каждого из первичных преобразователей. Групповой сигнал поступает на вход модулятора радиопередающего устройства. Модулированный высокочастотный сигнал излучается в заданном направлении. Запоминающее устройство предназначено для хранения информации в период между сеансами связи. Совокупность первичных и промежуточных преобразователей (суммирующее, кодирующее, запоминающее устройства, передатчик, антенны и т. д.) составляет комплекс бортовой телеметрической аппаратуры.

Сигналы с борта принимаются наземной телеметрической аппаратурой, в состав которой входят антенна, приемник, разделитель каналов, декодирующее устройство, аппаратура регистрации, индикации и первичной обработки. Разделитель каналов представляет собой устройство, разделяющее групповое сообщение по отдельным каналам в соответствии с их характерными признаками.

После разделения каналов осуществляется демодуляция сигналов в каждом канале и восстановление сообщений. Принятые сообщения подвергаются обработке Для представления в форме, удобной для наблюдения и анализа, а также регистри руются на кинопленку, магнитную ленту, электрохимическую или электротермиче скую бумагу.

По способу разделения каналов различают РТС с временным (ВРК), частотным (ЧРК), кодовым (КРК) и комбинированным разделением.

В системах ВРК разделение каналов осуществляется путем последовательного подключения преобразователей к суммирующему и кодирующему устройствам

с одновременной синхроиизацией работы бортовой и наземной аппаратуры. Для каждого канала системы с ЧРК имеют свою поднесущую частоту. Разделение каналов в приемном устройстве осуществляется частотной селекцией модулированных поднесущих разделительными фильтрами. В системах с КРК признаком канала является адресный код, а сообщение состоит из адреса канала и информационной части. На приемной части адресный код сопоставляется с адресами в разделителе и при совпадении его с одним из них информационная часть направляется в соответствующий канал регистрации Системы с комбинированным разделением каналов используют различные сочетания указанных выше методов. Наибольшее применение на практике нашли системы с временным разделением каналов.

Рис. 15. Обобщенная структурная схема РТС: 1 - первичный преобразователь; 2 — промежуточный преобразователь; 3 — суммирующее и кодирующее устройство; 4 — радиопередающее устройство; 5 — эталон времени, 6 — запоминающее устройство; 7 — блок управления режимом работы; 8 — радиоприемное устройство; 9 — разделитель каналов; 10 — индикатор; 11 — регистратор; 12 — система единого времени

По методу передачи сообщений РТС разделяют на аналоговые и дискретно-цифровые. Цифровая форма передачи информации по сравнению с аналоговой имеет ряд преимуществ. Основные из них высокая точность, большая помехоустойчивость, отсутствие дрейфа нуля и нестабильностей, удобство обработки информации с помощью ЭЦВМ, отсутствие ошибок отсчета субъективного характера. Преимуществом аналоговых систем являются простота бортовой и наземной аппаратуры, более наглядное отображение принятой информации.

В РТС с временным разделением каналов сигналы первичных преобразователей, нормализованные в промежуточном преобразователе, последовательно подключаются к передающему устройству Каждому каналу отведен временной интервал, в течение которого передается информация только отданного первичного преобразователя. Существуют два способа подключения первичного преобразователя к передающему устройству. Первый способ заключается в том, что каждый первичный преобразователь опрашивается периодически в строго заданной последовательности. Системы с таким способом опроса получили широкое распространение и называются синхронными, или циклическими (рис. 16). Каждый первичный преобразовать в синхронной системе подключается через строго фиксированный интервал времени, называемый периодом опроса. Группа импульсов, полученных в

результате однократного опроса всех преобразователей, называется кадром, а соответствующий интервал времени — длительностью кадра. Информация о номере канала заключена во временном положении канальных импульсов

При втором способе опрос производится произвольным образом, т. е. порядок включения первичных преобразователей случаен. Момент времени, в который необходимо осуществить опрос преобразователя, определяется анализатором активности канала. Это устройство может работать по различным алгоритмам. Такая РТС называется асинхронной. Асинхронные системы с ВРК обладают большей гибкостью и меньшей избыточностью информации, чем синхронные, так как частота опроса каждого канала зависит от свойств передаваемой информации.

Рис. 18. Структурная схема синхронной РТС с временным разделением каналов: 1 — первичный преобразователь; 2 — промежуточный преобразователь; 3 — коммутатор; 4 — синхронизатор; 5 — модулятор; 6 — радиопередающее устройство; 7 — радиоприемное устройство; 8 — разделитель каналов; 9 — селектор кадровых импульсов; 10 — демодулятор; 11 — регистрирующее устройство

РТС с частотным разделением каналов — многоканальная система, в которой сигнал каждого преобразователя модулирует собственное поднесущее колебание, отличающееся от других частотой. Признаком канала в такой системе является подиесущая частота. Структурная схема РТС с частотным разделением каналов приведена на рис. 17.

С выходов преобразователей сигналы подаются на канальные модуляторы, в которых модулируются колебания поднесущих частот. Для устранения кратных гармоник и комбинационных частот полученные модулированные сигналы пропускаются через канальные фильтры, настроенные на соответствующие поднесущие. Затем напряжения всех поднесущих складываются в сумматоре и модулируют несущую частоту передатчика. В наземном устройстве производятся демодуляции принятых сигналов и разделение по каналам с помощью разделительных фильтров. На выходе каждого канала дополнительно используется НЧ - фильтр, который подавляет колебания поднесущей частоты и ее гармоник, а также уменьшает уровень помех от остальных каналов и шумов.

РТС с частотным разделением каналов применяют в качестве систем средней эффективности. Они способны передавать информацию с частотой Гц по небольшому числу каналов.

Важным преимуществом систем с ЧРК являются их высокая надежность в силу независимости отдельных каналов и удобство записи выходных сигналов поднесущих магнитофонами до их демодуляции. Одним из недостатков систем с ЧРК является обязательная стабилизация частот генераторов поднесущих и их периодическая калибровка.

Рис. 17. Структурная схема РТС с частотным разделением каналов: 1 — первичный преобразователь; 2 — промежуточный преобразователь; 3 — генератор под-несущей, 4 — канальный модулятор; 5 — канальный фильтр, 6 — суммирующее устройство; 7 — радиопередающее устройство; 8 — радиоприемное устройство; 9 — разделительный фильтр, 10 — детектор поднесущей, 11 — фильтр регистратор

В РТС с кодовым разделением каналов, как и в системах с ВРК, передача информации в различных каналах производится в дискретные моменты времени (моменты опроса). Сигнал каждого канала состоит из адреса и результата измерения. Адрес содержит информацию о номере канала, которому принадлежит данный сигнал, а результат измерения — о сигнале в канале в момент опроса. Адрес обычно передается в цифровой форме, а результат измерения — в цифровой или аналоговой форме. Сигналы различных каналов передаются в различные отрезки времени в любом порядке, который может измениться в процессе передачи.

На рис. 18 приведены структурная схема РТС с КРК для передачи результатов измерений цифровым методом. Распределитель на передающей стороне определяет очередность передачи сигналов различных каналов. Импульсы, формируемые поочередно в его цепях подаются на схему формирования кода адреса, а импульсы цепей преобразователей на ключевые схемы 3, с которых поступают на кодирующее устройство результатов измерения. С выхода кодирующего устройства пары состыкованных кодов — код адреса и код результата измерения — поступают на передающее устройство. На приемной стороне видеосигналы подаются на

декодирующее устройство, которое опознает, какому каналу принадлежит передаваемый адрес, и подает импульс, коммутирующий соответствующий ключ 9. Кодрезультата измерения проходит на преобразователь, в котором преобразуется в удобную для регистрации форму.

Рис. 18. Структурная схема РТС с кодовым разделением каналов: 1 — первичный преобразователь, 2 — промежуточный преобразователь, 3,9 — ключевая схема; 4 — формирователь кода измерения; 5 — распределитель, 6 — формирователь кода адреса; 7 — радиопередающее устройство, 8 — радиоприемное устройство; 10 — преобразователь кода; II — декодирующее устройство адреса, 12 — регистратор

РТС с КРК обладают бесспорным преимуществом перед РТС с ВРК и ЧРК, так как произвольный порядок выборки информации позволяют создавать адаптивные РТС с возможностью отбора наиболее ценной и существенной информации при соответствующем сокращении количества избыточной, несущественной для потребителя информации.