水利管理
[拼音]：yaoce yaokong xitong
[英文]：telemetry and remote control systems
利用遙測技術實現遠距離測量、控制和監視的系統。在遙測遙控系統中，測量裝置和執行機構設定在受控物件附近，受控物件參量的測量值通過遙測通道發向遠距離的測控站，而測控站的控制指令也是通過遙測通道發向執行機構的。遙測遙控系統是一類控制與通訊密切結合的綜合資訊系統(圖1),其工作原理涉及資訊傳輸和資訊提取，包括取樣定理、編碼理論、多路複用、調製技術、同步技術、訊號檢測和估計等方面。遙測遙控是自動化技術的重要分支，它是在自動控制、感測技術、微電子技術、計算機技術和現代通訊技術的基礎上不斷完善和發展起來的，在國民經濟、科學研究和軍事部門,如無人駕駛飛機、導彈、人造衛星、宇宙飛船、太空梭、核工業、電力系統、輸油和輸氣管線、空中交通管制、鐵路排程、地震預報臺網、無人自動氣象站、城市公用事業、醫療診斷等方面都有廣泛的應用。凡是距離遙遠、物件分散或難以接近的系統，都可以採用遙測遙控來實現集中監控和統一管理。
發展簡史
最早的遙測遙控系統是機械式遙測遙控系統，開始是利用機械耦合的方式，如利用齒輪系等機械傳動方式測量轉速，測控範圍只有幾米。後來採用流體耦合方式(液壓或氣動)，測控範圍擴大到幾百米。伺服機構發明後，人們藉助於伺服機構來進行遙測和遙控。
19世紀末出現電遙測遙控系統，利用架空明線或電纜作為傳輸介質，現在稱為有線遙測遙控系統。1912年美國芝加哥發電廠就利用電話線把電功率的執行引數傳送到中央控制室，中央控制室根據負荷的分佈進行排程，使每臺發電機以最經濟的方式分擔負荷。
20世紀初出現無線遙測遙控系統。1905年法國物理學家E.布蘭利用電磁波使一定距離外的小燈泡發光，電動機轉動。從控制原理上分析這是開環無線遙控。1906年西班牙工程師克維多用無線電控制汽艇獲得成功。這是首次採用閉環無線遙控。在第一次世界大戰期間,1917年3月2日德國在進攻紐波特港時第一次在實戰條件下由飛機對滿載炸藥的快艇進行無線遙控。美國陸軍從1917年開始設計遙控飛行器(無人駕駛飛機)，到20年代末遙控飛行器的往返飛行距離已達1000公里。1930年無線遙測開始用於氣象，人們利用氣球裝載測量儀器來測量高空的溫度、壓力、溫度等參量，併發回地面測量站。在第二次世界大戰期間，由於軍事上的需要，無線遙測遙控得到了迅速的發展。到大戰末,德國已研製成V-2導彈和萊茵號防空導彈。1941～1954年先後研製成供飛機和火箭用的調頻／調頻遙測系統(見頻分制遙測系統)，以及脈幅調製和脈寬調製等遙測系統(見時分制遙測系統)。到了50年代又研製出脈碼調製遙測系統，標誌著從模擬式遙測系統發展到數字式遙測系統。1957年蘇聯發射第一顆人造地球衛星以後，無線遙測遙控隨著航天技術的發展又進一步得到迅速的發展。60年代後無線遙測遙控在工業上開始得到廣泛的應用，出現各種分散目標的監控系統。70年代後由於微電子學和微處理機的迅速發展，數字式遙測遙控系統逐漸取代模擬式遙測遙控系統，並出現可程式設計序遙測遙控系統、自適應遙測遙控系統和分集式遙測遙控系統。現代航天遙測遙控系統的最大傳輸距離可達2.4億公里,能傳輸每幀2.4×106位元的數字影象資訊。在編碼和譯碼方面發展了各種快速演算法。美籍中國科學家張肇健等人用數論方法簡化裡德－所羅門碼，並在超大規模積體電路上實現，使元件數下降一個數量級，為使用多位糾錯編碼創造了條件。航天測控系統已發展到利用一個微波波段的載波作為遙控、遙測、測距和測速的共同載波,稱為S波段統一載波測控系統，使裝置大大簡化。
基本組成
遙測遙控系統有二個分系統：遙測分系統和遙控分系統。實際上它們往往結合成有機的整體。由於遙測遙控的方法不同，技術要求不同，被控物件不同，遙測遙控系統具有多種型式。一般遙測遙控系統都是由控制端、通道和被控端三部分組成。圖2是遙測遙控系統原理圖。圖3是一個典型的遙測遙控系統的框圖。遙測遙控系統的控制端包括計算機指令發生器、編碼器、指令傳輸裝置的發射部分（調製器、發射機和發射天線）、監測系統的接收部分和指令監控臺等。遙測遙控系統的被控端包括監測系統的發射部分、指令傳輸裝置的接收部分（接收天線、接收機和解調器）、譯碼器、執行機構和被控物件等。指令發生器用來產生標準遙控指令及與誤差訊號相對應的指令，可以由人操作，也可按一定程式自動操作。有的指令發生器中備有指令編碼器，能把指令訊號編成碼組，以便區別指令和提高抗干擾性。監測系統用來監視和測量被控物件的實際狀態，並將此實際狀態與規定的狀態在計算機中進行比較，當二者不一致時，計算機便給出一個誤差訊號，由指令發生器產生與誤差訊號相對應的遙控指令，通過指令傳輸裝置送到被控端，使執行機構動作，以改變被控物件的實際狀態。此實際狀態又通過監測系統送到計算中心進行比較，直到被控物件的實際狀態與規定的狀態相一致。由於遙控任務和監測引數的不同，監測系統也不同。常用的監測系統有目視、電視、雷達、導航和遙測等監測系統。在簡單的遙控系統中利用目視來監測被控物件的實際位置（狀態）。如果實際位置與規定位置有偏差，操作員就發出指令，通過指令發生器和指令傳輸裝置，使執行機構動作，以改變被控物件的實際位置。這種監測系統就稱為目視監測系統。目視監測系統監測距離有限，精度不高，並且只限於監測被控物件的外部運動引數。利用電視技術對被控物件進行監測的系統稱為電視監測系統。電視監測系統又有兩類：一類是將發射部分裝在被控端，接收部分裝在控制端，在螢幕上觀測被控物件的狀態或位置。一類是利用電視跟蹤技術,其原理與雷達相同。電視監測系統能監測被控物件的外部運動參量和內部狀態參量，並能看到圖象，但裝置比較複雜，監測效果受氣象條件的影響。電視監測系統廣泛用於工業生產、鐵路動輸、制導和宇航等方面。雷達監測系統主要用於艦艇和各種飛行器的指令遙控系統，能監測它們的外部運動引數（距離、速度和角度）,自動跟蹤運動目標,監測距離遠，並不受氣象條件的限制。利用導航原理來確定被控物件的位置和運動引數的系統稱為導航監測系統，它廣泛用於彈道導彈、人造衛星、宇宙飛船和太空梭的監測。利用遙測原理對被控物件進行監測的系統稱為遙測監測系統，它能夠測量和傳輸被控物件的外部運動參量和內部狀態參量，在工業生產和管理自動化等遙控系統中得到廣泛的應用。指令傳輸裝置用來將指令訊號從指令發生器傳輸到被控端的執行機構。指令傳輸裝置包括調製器、發射機、發射天線、接收天線、接收機、解調器等。編碼器用來把指令訊號編成碼組，以區分指令訊號，提高可靠性、抗干擾性和保密性。編碼器的主要組成部分是編碼矩陣。譯碼器把收到的指令碼組譯成原來的指令訊號。譯碼器的主要組成部分是譯碼矩陣。執行機構是使被控物件按遙控指令動作的機構，執行機構要有足夠的輸出功率，使被控物件動作。如二值指令的執行機構是繼電器或電動機，多值指令的執行機構是同步電機或直流放大器。指令監控臺是遙控系統的專用裝置，它可以用來對傳送的指令進行控制、選擇、監視和記錄，並能對各種遙控裝置進行監視、控制和自動切換。它能確定傳送指令的內容，選擇傳送指令的時機和執行任務的裝置。它能監視裝置的工作狀態，監視指令的傳送和執行情況，監視系統間的往返訊號，以及記錄所有發出和返回的訊號。
主要型別
遙測遙控系統可按下列八個方面進行分類：
（1）按訊號傳輸介質可分為有線和無線遙測遙控系統。
（2）按訊號傳輸方式可分為直接傳輸式和載波傳輸式。
（3）按訊號變換方式可分為模擬式和數字式。
（4）按測控方式可分為開環和閉環遙測遙控系統。
（5）按多路劃分原理可分為時分制、頻分制和碼分制。
（6）按調製方式可分為脈幅調製／調頻／調頻三重調製(PAM-FM-FM)，調頻/調頻二重調製(FM-FM)，脈寬調製(PDM)，脈位調製(PPM),脈碼調製（PCM）等。
（7）按系統結構可分為1:1、(1:1)×N、M:N、1:N 等四種工作方式（圖4）。
（8）按操作方式可分為一次動作型、二次動作型和三次動作型。此外，還可按系統功能和網路拓撲等進行分類。
技術要求
在設計和選擇遙測遙控系統時一般遵循下列技術要求：
（1）準確度:一般可定義為被測量或被控量的相對誤差。為了保證系統能正確地執行遙控命令，並使被測參量具有一定的精度，常採用差錯校驗、糾錯編碼和各種抗干擾措施。
（2）可靠性：指遙測遙控系統在規定的工作條件下能達到規定技術指標的能力。由於遙測遙控系統往往用於重要部門,又常常無人值班監視,所以對系統可靠性要求很高，通常誤動作率為10-8～10-9。其中多路傳輸裝置的可靠性尤為重要，常設定備份，一旦發生故障，就自動切換。
（3）工作容量：指遙測遙控系統的資訊傳輸能力。工作容量C 定義為通道數n與訊號頻譜極限頻率F的乘積,即C＝nF。在頻分制中,各路訊號的頻譜的極限頻率不同,可用下式計算：
。
（4）抗干擾能力：指遙測遙控系統在有干擾的情況下仍能保證規定技術指標的能力。遙測遙控系統的主要干擾有工業干擾、起伏干擾、大氣干擾、振動干擾和路際干擾（即通道之間的相互干擾）等。
（5）動作速度：決定於資訊傳輸速度和系統的結構。對動作時間的要求視具體情況而定。
（6）工作頻段：無線遙測遙控系統要根據國際上的約定和國家的規定選用合適的頻段。國際上IRIG規定從1970年7月1日起遙測只能使用兩個頻段：1435～1535兆赫作為飛行器和導彈試驗用，2200～2300兆赫作為固定和行動通訊及一般遙測用，並規定了三種通頻頻寬，即窄頻帶(＜1兆赫),中頻帶（1～3兆赫）,寬頻帶（3～10兆赫）,1975年中國無線電管理委員會規定的兩個遙測頻段則是 223～235兆赫和410～470兆赫。
（7）通用性：為了增強系統的適應性，可採用可程式設計序遙測遙控系統。
（8）經濟性。
參考書目
Elliot L.Gruenberg,Handbook of Telemetry and Remote Control,McGraw-Hill Co.,New York,1967.