第4章 遥测技术

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1、1第四章 遥测技术24.1 遥测信息传输34.1.1 模拟调制与多路复用（略）n调频与调相（略）nPAM-FM：逐步被PCM-FM取代给出输入与输出信噪比之间的关系式：nPACM-FM：20世纪60年代，我国自行设计的大容量遥测混合体 制；PACM是PAM和PCM按时分方式形成的统一信号流 ，抗干扰能力与单一的PAM-FM 和PCM-FM 相同；两种信号共用1个中频通道，优先考虑PCM带宽；4n遥测多路复用体制频分复用体制：多个副载波1个载波时分复用体制n采样：奈奎斯特采样定理n同步：收发同步选通开关n调制：（PAM,PDM,PPM,PCM）+（FM/PM）正交复用体制n定义：用一组正交函数作

2、为副载波实现多路信号 复用调制，称为正交复用，或正交分制。 n当用沃尔什函数作为副载波时，称为沃尔什体 制。原理是利用函数系的正交性。K是沃尔什函数 序列的长度。5n正交复用体制实际上是扩频多路复用；n它与扩频多址复用的区别在于，扩频多路复用只要求伪 码序列(即正交函数系)具有正交性，而不要求它具有好的 互相关性。n多路复用强调的是传输链路上的信息不混叠叠加n多址复用强调的是信宿的不混叠接收n多路复用和多址复用的调制（扩频）和解调（解扩）原 理都是相同的；n相干与相关的关系。相干：带有参考信号的检测与解调；相关：信号之间的关联程度；n码分制的调制和解调的原理如图4-2所示。 nSpreadin

3、g与Spreading spectrum的差别。67In CDMA, one channel carries all transmissions simultaneously.NoteNote: :8Figure 13.14 Chip sequences9Figure 13.15 Encoding rules10Figure 13.16 CDMA multiplexer11Figure 13.17 CDMA demultiplexer12Figure 13.18 W1 and W2N13Figure 13.19 Sequence generation144.1.2 基本数字调制体制 n常见FS

4、K,PSK,BPSK,QPSK，(简单回顾)nFSK信号表示为nFSK信号的检测方式有相干检测与非相干检测两种。FSK的相干检测应用较少，因为它提取相干载波比较 复杂，而检测性能又较差(比PSK相干检测差3dB)。FSK的非相干检测方式又有两种：n第一种与模拟FM的鉴频器检测方法一样，这种方法检测性 能较差，但简单易行；n第二种是两条支路的最佳非相干检测方法，其原理如图4-4 所示。 1516nPSK(矢量信号)二相相移键控（记为PSK或BPSK）体制的调制方 式有两种，当载波的初相位0和分别代表码元“0” 和“1”(或“1”和“0”)时，称为绝对相移键控；当以载波相位的相对变化表示码元“0”

5、和“1”，例如 当码元为“1”时，载波相位发生跃变；当码元为 “0”时，载波相位不改变，这种方式称为相对相移键 控或差分相移键控，记为DPSK。克服相位模糊问 题。 PSK信号表示为PSK信号的相干检测17nQPSK调制原理QPSK信号可以表达为 相干检测原理18n四种体制的性能综述 r为积分器在采样瞬间的输出峰值功率信噪比 1920由图4-10和表4-1可知，PSK的性能最好。在 用相干检测方式时，达到了二元制最佳检测的 极限抗干扰性能。DPSK体制的性能稍逊于PSK，但它易于实现 ，在现代数字通信中较普遍采用。FSK体制的性能比PSK差3dB，要达到同样的 误码率，所需的信噪比要大一倍，但

6、实现起来 比较容易，而且有一定的抗衰落能力，也被广 泛采用。QPSK的抗干扰性能与BPSK相同，而占用带 宽只是后者的一半，故被广泛采用。 214.1.3 扩频调制体制 n在导弹、航天器遥测中已开始广泛采用扩频调 制体制，其主要目的有以下几个方面：首先，是实现隐匿通信，使战略武器战斗弹的无线 遥测信号在实战时不被敌方探测到，以免使遥测无 线电波变成敌方反导弹雷达系统的引导信号；其二，用于多目标测量的多址遥测；其三，用于以全球定位系统实现遥测跟踪。此外，扩频传输对遥测数据还具有一定的保密性， 不过这一点对战略武器遥测的意义不大，因为它的 保密强度太低，不足以保障遥测数据的安全性，遥 测系统应另外

7、采用保密强度足够高的密码系统。现在，在遥测系统中广泛采用的扩频体制为直接序 列扩频体制。 22扩频体制原理 发送出的信号为 接收到信号后与本地相干载波以及本地产生的与 发送端同步的伪随机序列相乘，然后在数据的码元 宽度内积分并判决，恢复出数据码元来 23n数据序列码的码元宽度为T。设伪码序列的码元（ chip，或称码片)宽度为(tao)，显然，扩频前数 据序列的频谱宽度与扩频后的伪码序列的频谱宽 度之比为n如N取511或1023。所以扩频后的谱宽远远大于扩 频前的数据谱宽，如扩宽了511倍或1023倍。这个 比值称为扩频增益或处理增益，记为G，有 n扩频增益G反映扩频体制抗窄带干扰的能力。n处

8、理增益只是扩频体制抗窄带干扰的增益；n随着干扰信号谱宽的加大，扩频体制的抗干扰能 力越来越小于处理增益，当干扰为白噪声时，扩 频体制的处理增益的概念完全失去意义。n对白噪声干扰，扩频体制比不扩频体制并无任何 抗干扰增益可言，这是一个重要结论。 24直接扩频和解扩技术25DS-CDMA技术原理26解扩后的信噪比干扰种类：CCI, ISI, MAI27扩频、加扰与码分多路（多址）关系n扩频 应用伪随机序列p(t): 良好的自相关、尽可能小的互相关 ； 序列p(t)中“0”“1”数量总体平衡；非平移等价的序列数量尽可能多（以便识别身份）；目标：扩展频谱的目标就是抗干扰； m序列：最大长度线性移位寄存

9、器序列Gold序列： m序列优选对，序列数目多n加扰： 平衡处理后信号的“0”“1”标识源与目标的地址身份n码分多路复用(多址)无线码分多路复用一般都采用扩频技术； 要求伪随机序列具有良好的正交性，常用walsh序列；28扩频体制的抗干扰性能 n见公式：式中Po本路功率； Pi其它某路的功率；Bc扩频后的带宽；B扩频前数据信号的带宽；No白高斯信道中的噪声功率谱密度M多址的总路数。同步多址扩频方式（SSSA） 随机多址扩频方式（SSRA）29思考题n若有用信号1路和干扰信号功率20路，均为 30dBm，认为信号传播损耗均为110dB，基 带数据信号带宽为9.6KHz,扩频增益为1000 ，噪声

10、平均功率谱密度为174dBm/Hz,问 解扩后的信噪比为多少dB ？30答 案答：因为： P030-110-80dBm M=30, Pi30-110-80dBm, B=9.6KHz, 扩频增益为1000,BC=9.6MHz, N0=-174dBm/Hz 由于噪声部分可以忽略不记，所以解扩后的信噪比314.1.4 航空航天遥测传输体制nOQPSK,MSK,GMSK等内容属通信原理内容。32功率谱密度卫星通信与移动通信要求不同， 所选择的调制方式也不一样33误码率性能（BER Performance）344.2 模拟式遥测技术n模拟式遥测是把被测物理量做模拟变换以 后再传送。n因为电量最容易处理：

11、电压、电流的幅度、频率、相位脉冲的幅度、宽度和相位等作为传输模拟遥测 量的信号而加以利用。 354.2.1 脉冲频率方式遥测 n组成模拟脉冲个数FSK36配合输入输出关系去掉交流干扰方波输出稳定发送装置接收装置374.2.2 FM-FM方式遥测 电压正比于频率电阻相加器和相加放大器384.2.3 脉冲时间调制方式遥测 39调制器4041解调器42434.2.4 游标法提高遥测精度 44n总之，游标法是利用分层信号的再生能力，将余 量电压放大倍来传送。从而在传送过程中提高了 信噪比，达到了提高精度的目的。一般地说，采 用游标法以后，系统精度可达到0.1左右。n代价：用两路通道传送一路信号 454

12、64.3 数字式遥测技术 n数字式遥测系统的组成 n多路A/D存在，可以利用采样开关（遥测 交换子）进行时间分割，实现多路复用。47n对采样开关的要求n对传感器的要求n可做差动控制，去除噪声误差积累n数字式遥测系统具有很多优点484.3.2 采样保持电路 n电子采样开关n采样保持电路为何要保持？采样保持的做法实现电路指标：等效精度、保持精度494.3.3 PCM调制 n对PCM调制器的要求 转换精度，体现在误差上n量化误差：转化精度/分解度n设备误差：电子设备的不完善转换速度：单位时间内编出的二进制码的位数n量化误差与分层数有关n采样定理：为了真实地重现模拟信号，采样速 度应至少高于最高频率分

13、量的两倍。 n孔径时间：把完成一次完整的模拟量转换为数 字量所需时间称为孔径时间。n动态误差：由于孔径时间的存在所引起的编码 误差。通过跟随采样的方法减少转换动态误差。502.时间编码调制器（略）n时间编码器又称脉冲宽度调制模数转换器。模拟信号首 先转换成脉冲信号，脉冲的宽度在采样时刻是和输入的 模拟电压成正比的，在此脉冲宽度的时间内计算参考频 率的周期数，这样，就把模拟信号转换成数字信号了。 n电路精度主要依赖时钟的重复周期，周期越短精度越高 ，当然对计数器的翻转速度要求也高。 513.逐次反馈比较型模拟-数字编码调制器 n转换精度高，通常可以优于土0.005。 n转换方法是从高位开始，逐位

14、用“1”去试验。n工作原理见图，比较器、译码器（权）、标准电压n译码器：R-2R（T形）译码网络n例：Vin=05V，8位编码，3.75V的编码结果及转化精度 的计算。52思 考 题nVin0-3.3V，十位逐次反馈比较PCM，当 输入信号为1.0V时的编码过程、结果、以 及转换精度？534.3.4 增量调制 nPCM调制的优缺点n增量调制的特点及原理n关于精度：脉冲的重复频率n采样定理不能再适用n传送的不是连续函数的本身，而是传送模拟量的 一阶导数(增量)n抽样频率与信号的一阶导数的变化速率有关，导 数的变化率越快，需要的重复频率就越高。n分层间隔精度考虑：尽可能小； 跟随快变信号考虑：尽可

15、能大 综合考虑5455PCM与增量调制的编码调制的比较n结论三点564.4 典型遥测设备：遥测发信机n振荡源：产生高频载波。n调制器：对高频载波进行调制(对于直接调频，它应是振 荡电路的一个组成部分；对于间接调频、调相，调制器 所处位置视具体情况而定)。n调制信号处理器：对调制信号进行幅度调节、阻抗变 换、频带压缩、预加重、码率切换等。n频率变换器、功率放大器：将已调载波的频率、功率变 换到所要求的状态。n隔离器：一般在功率较大的发射机输出端都加有隔离器 ，以防输出端开、短路时损坏发射机。n电气指标574.4.2 遥测发射天线 n主要技术要求良好的电气性能气动阻力要小足够的机械强度介质材料的温度稳定性要好良好的耐电击穿特性应满足天线方向图的一些特殊要求天线的数量和布局要合理 58n遥测发射天线的主要电气性能阻抗特性：天线的输入阻抗应与馈线匹配天线方向图：遥测发射天线的方向图表示天线 向空间辐射能量的指向性和均匀性天线效率：天线效率为辐射功率与输入功率之 比天线增益极化天线频带宽度59n几种遥测发射天线形式 60第四章结束