PCM遙測

遙測是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；PCM是脈衝編碼調製；PCM遙測則是基於脈衝編碼調製的遠距離測量技術。

從19世紀末期開始，PCM/FM成為了套用最為廣泛的一種遙測技術。進入20世紀以後，隨著航空航天科技的不斷發展，載人航天、洲際飛彈、衛星回收等全新技術開始不斷湧現。PCM/FM遙測技術開始全面套用到這些領域，太空飛行器遙測開始嶄露頭角，並逐漸成為了PCM/FM遙測技術最主要的一種套用。

基本介紹

• 中文名：PCM遙測
• 外文名：PCM telemetry
• 成熟時期：19世紀末
• 優越性：抗干擾性強
• 系統組成：信息採集、PCM編碼器等
• 類別：控制科學與工程

遙測技術的發展趨勢

從19世紀末期開始，PCM/FM成為了套用最為廣泛的一種遙測技術。進入20世紀以後，隨著航空航天科技的不斷發展，載人航天、洲際飛彈、衛星回收等全新技術開始不斷湧現。PCM/FM遙測技術開始全面套用到這些領域，太空飛行器遙測開始嶄露頭角，並逐漸成為了PCM/FM遙測技術最主要的一種套用。

經過數代人努力和近一個世紀發展，遙測技術尤其是PCM/FM遙測技術己經成為了一項成熟的技術。除了航空航天領域之外，在影響人們日常生活的民用領域也有了長足的發展一一歐洲、美國等西方國家都形成了各自相對獨立的遙測體系。

由於存在航天領域“黑障問題”和民用領域發展滯後等問題，遙測技術還有很多需要改進的地方，形成了一些發展趨勢，主要包括：第一，採用頻帶利用率更高，滾降特性更好的CPFSK, SOQPSK-TG, FQPSK-JR, CPM等新型調製體制；第二，採用多符號檢測(MSD)技術、Turbo乘積碼(TPC)和LDPC碼等新技術；第三，在遙測技術研究中套用微波仿真軟體、微波多晶片組裝(MW MCM工藝和微波積體電路(MIC)技術。這些新技術及軟硬體設備的出現和套用將使遙測技術的發展進入一個全新時期。

在國際測控領域，相關研究己經展開，主要包括：多目標遙測系統；CCSDS標準推廣；數據融合技術(Data Fusion)；可重組技術；卷積碼、多址擴頻以及GPS結合等技術和GPS外測技術。
雖然，對新遙測技術的相關探索己經展開，但是PCM/FM遙測體制在相當長的時間內仍將是遙測領域內套用最廣泛的體制。

PCM信號的形成

脈衝編碼調製就是利用脈衝的有無組合來傳遞信息。其構想是：首先，每隔適當的時間間隔對信號抽樣，抽取其瞬時幅度；然後將各抽樣點的幅度以適當的精細度劃分為若干區間，並量出其區間數；最後將此區間數變換為相應的脈衝有無的組合。上述三個過程分別稱為：採樣、量化和編碼。

對模擬信號進行採集、抽樣、量化、編碼，變為數位訊號是進行數字處理前提。參數的數據採集及PCM編碼的完成都通過數據採集系統來實現，典型的PCM遙測數據採集系統的基本組成如圖所示。

多路模擬信號經過信號匹配器饋送到多路交換子。信號匹配器的主要作用是防止或減輕各種噪聲對交換子輸入的影響、調節信號電平、限制信號頻帶，當輸入信號不正常時提供保護措施。交換子的作用是按順序對輸入到遙測系統的信號進行採樣，實現多路復用。

採樣保持電路使正在取樣的模擬值在採樣期間保持為一個固定的電平。接收信號被送到模/數(A/D)轉換器，其後變成二進制數字序列輸入到控制相加電路。

在控制相加電路里，二進制數字序列與同步碼發生器產生的特殊碼組，以及直接輸入的、被測數位訊號按一定規律排列成PCM數據序列。

PCM程式器提供數據採集系統所有的定時和控制信號。它由時鐘、及時邏輯、解碼邏輯等部分組成。它輸出的定時控制信號被送入到多路交換子、採樣保持電路、A/D轉換器、控制相加電路等，使它們按規定程式工作。
同步碼發生器提供一組用於數據同步的特殊碼組，稱為幀同步碼，它在控制相加電路與輸入數據一起被安排在確定的位置上。

上述數據經過信道編碼和數據加密等進一步變化，形成經過加密的抗干擾能力強的PCM遙測信號。最後，碼型變換器將這些PCM遙測信號變化成適合傳輸的形式輸入到射頻傳輸系統。

PCM系統的優越性

PCM系統相對於其他調製系統的優越性在於：首先，PCM系統有較高的能量效率和較強的靈活性。較高的能量效率使得可以在一定的發射功率下，傳輸更多的數據；較強的靈活性可以適應各種存儲手段和可程式遙測系統。其次，PCM系統有較好的噪聲性能和較高的通信可靠性，具有同時處理模擬信號和數位訊號的能力。PCM系統的編碼可以很方便地加入檢錯碼或糾錯碼來提高系統的抗干擾性，而且對系統電路的非線性失真要求較低。另外，目前再入遙測中廣泛使用的PCM系統應稱為PCM/FM系統。因此系統就具有了抗干擾性強和發射機效率高等優點。

PCM遙測系統的組成

在PCM/FM遙測體系中，發射端由信息採集器、PCM編碼器和調頻發射機組成。信息採集器將各種模擬信號轉化為數位訊號，PCM編碼器按照一定的準則將數位訊號轉化為二進制非歸零碼。調頻信號的調製是將經過碼型變換和插值的PCM信號通過預調濾波器後對載波進行頻率調製。發射端將己調製信號由天線發射，經過無線遙測信道傳輸後到達接收天線，接收端對接收到的遙測信號進行解調並採樣後輸出二進制PCM信號，然後將PCM信號輸送到數據恢復模組。數據恢復系統包括PCM解調器和信息處理，經數據處理即可獲得原始傳送信號。圖所示為一個PCM/FM遙測系統的結構框圖。

系統模組功能

在PCM/FM系統組成中簡單的分為幾部分：信息採集、PCM編碼器、調頻發射機、接收機、PCM解調器、信息處理。各模組功能簡單說明如下：

發射設備是用來獲得待測參數，在發射端，先由感測器測量被測對象的各種係數，然後轉換成適合採集的信號。用信號調節器把信號變換成適於多路復用的規範化信號，再使用多路復用器將信號按一定體制組合起來去調製發射端載波後，將群信號送入PCM編碼器，通過天線向空中輻射。

從數字通信的調製概念來看，PCM編碼過程是將量化模擬信號後的信號電平值調製成一個二進制脈衝序列。調頻發射機，如果將PCM碼信號從頻譜上分析，會得到豐富的諧波分量，這樣不利於發射功率的集中和頻帶的利用率，因此，由預調濾波器在調製之前濾除高頻諧波分量。

在接收端，接收天線收到信號後送入接收機，把射頻信號混頻到某一中頻值，對載波進行解調，再經過多路復用解調器恢復出各路原始信號，由終端記錄、處理和顯示，並且按要求將部分遙測數據及時傳送給指揮控制中心。

特點

PCM脈衝編碼遙測遙控系統在工作時，首先為了限制頻帶頻寬，要經過一個限帶低通濾波器，這樣有助於發射功率的集中，再進行載波、副載波的調製，得到相位連續、頻率連續變化的調頻信號(模擬)[20,21]。採用相干或者非相干檢測方法，分析怎樣在衰落信道中建立相位檢測，如何實現簡單，能夠對相位失真和幅頻衰落有抑制能力，這是遙測遙控系統在選擇的時候的重點。

鑒頻器輸出噪聲分為高斯白噪聲和Click噪聲(或Pop， Spike噪聲)兩部分，這是限幅一鑒頻的非線性作用，由於Click噪聲不服從高斯分布，所以接收機性能存在門限效應，對於PCM數位訊號來說，存在一個最佳調製頻偏。