основной задачей которого является разделение сигналов, отображающих различные измеряемые величины, по отдельным каналам и преобразование полученных напряжений (или токов) к виду, удобному для воздействия на регистрирующее устройство. В дешифраторе производится также отделение полезных сигналов от помех на основе тех качественных признаков (параметров поднесущих колебаний), которые были созданы в шифраторе. Таким образом, шифратор и дешифратор радиотелеметрической системы по существу выполняют взаимно обратные операции. Основными элементами дешифраторов являются частотные фильтры, коммутаторы,- демодуляторы и т. д.

С помощью регистрирующего устройства записываются результаты телеизмерений. В некоторых радиотелеметрических системах, помимо напряжений, поступающих с дешифратора, записываются также выходные сигналы радиоприемника

Наиболее часто для записи используются различного рода осциллографы с фотоприспособлениями, магнитописцы и стрелочные самописцы. Помимо средств записи, регистрирующее устройство иногда включает и приборы, позволяющие визуально наблюдать за характером изменения телеметрируемых величин в процессе проведения радиотелеизмерений (экспресс-информация).

Записанные тем или иным способом результаты измерений после окончания работы РТС дешифрируются и обрабатываются. Результаты обработки представляются в форме таблиц или графиков, характеризую щих зависимость телеметрируемых величии S[-S от времени.

Для привязки значений Si-S к определенным моментам времени на ту же фотопленку, фотобумагу или магнитную леиту, на которой проводилась запись, наносятся так называемые метки времени. Для их получения в состав радиотелеметрической системы включается блок меток времени, вырабатывающий электрические импульсы. Расстояния между отметками этих импульсов на записи означают определенный временной интервал. Как правило, блок меток времени является составной частью приемной установки, хотя он может устанавливаться и на передающей стороне.

При установке блока меток времени на передающей стороне один из каналов радиотелеметрической системы отводится для передачи меток времени. При установке блока меток времени на приемной стороне отпадает необходимость в выделении специального канала для передачи меток времени. В ряде случаев требуется знать не функцию, характеризующую изменение телеметрируемой величины во времени, а лишь качественные характеристики состояния того или иного объекта, например факт включения или отключения нагрузки от электростанции, наличие обрыва или короткого замыкания в той или иной цепи и т. д. Системы, предназначенные для передачи сведений указанного вида на

расстояние с помощью радиосредств, принято называть системами радиосигнализации.

Классификация РТС

Одним из важнейших признаков, по которым можно классифицировать РТС, является способ получения, передачи и накопления информационных данных. Различают аналоговые и дискретные (цифровые) РТС.

В аналоговых РТС передача и регистрация телеметрических сигналов при всех изменениях их значений от минимума до максимума производится в непрерывной форме.

В некоторых типах аналоговых РТС значения телеметрируемых величин передаются не все. время, а выборочно с определенной периодичностью. При этом передаются все возможные значения телеметрируемых величин, которые-они принимают к моменту передачи. На приемной стороне аналоговых РТС с дискретной во времени передачей непрерывная форма телеметрируемых сигналов восстанавливается путем интерполяции дискретных во времени посылок сигналов.

В дискретных (цифровых) РТС переда- ваемые и регистрируемые сигналы квантуются по величине. Передача квантованных сигналов осуществляется периодически.

Основным преимуществом аналоговых РТС является их сравнительная простота, недостатками - дополнительная погрешность измерений, вносимая трактом передачи и устройством регистрации телеметрических сигналов. В аналоговых РТС процесс обработки записанных данных трудно автоматизировать.

.В цифровых РТС тракт передачи и регистрация данных не вносят дополнительных погрешностей в результаты телеизмерений. Кроме того, в таких РТС результаты записи легко поддаются автоматической обработке. К недостаткам цифровых РТС относится их сложность и громоздкость аппаратуры. Аналоговые и цифровые радиотелеметрические системы отличаются спецификой построения схем и имеют свои характерные элементы для преобразования сигналов.

В аналоговых РТС для осуществления многоканальной передачи на одной несущей частоте в основном используются два метода разделения каналов - частотное и временное. Широко применяются также аналоговые РТС с комбинированным разделением каналов, при котором один или несколько каналов системы с частотным разделением имеют еще дополнительное разделение по времени. Часто методы разделения каналов в многоканальной радиолинии называют методами уплотнения радиолиний

В системах с частотным и временным разделением каналов могут применяться в принципе различные виды первичной модуляции поднесущих колебаний и вторичной

модуляции высокочастотных колебаний передатчика. Для обозначения видов модуляции, применяемых в РТС, используются ч лишь первые буквы названий соответствующих видов модуляции и строится это обозначение начиная от входа канала по направлению к несущей частоте. Так, запись ЧМ-ЧМ означает, что в РТС применяется частотная модуляция поднесущих колебаний сигналами датчиков и частотная модуляция несущей суммой модулированных поднесущих. Соответственно запись ФИМ-AM означает, что в РТС измеряемые величины передаются с помощью импульсов, модулированных по фазе (положению), а высокочастотные колебания вырабатываются радиопередатчиком только- в течение действия видеоимпульсов.

Системы с частотным разделением каналов могут иметь следующие комбинации используемых видов первичной и вторичной модуляций: AM-AM; ЧМ-AM; AM-ЧМ; ЧМ-ЧМ; AM-ФМ; ЧМ-ФМ; здесь AM, ЧМ, ФМ - соответственно амплитудная, частотная и фазовая модуляции.

Системы с временным разделением каналов являются импульсными системами, и поэтому в наименование первичной модуляции входит буква И. Эти системы обозначаются следующим образом: АИМ-AM; АИМ-ЧМ; ШИМ-AM; ФИМ-AM; КИМАМ. Здесь АИМ, ШИМ, ФИМ, КИМ -соответственно амплитудно-импульсная, ши-ротно-импульсная, фазо-импульсная и ко-до-импульсная модуляции.

Часто в шифраторах РТС с временным разделением каналов один вид первичной модуляции (обычно АИМ) преобразовывается в другой (ШИМ, ФИМ или КИМ). В таком случае система обозначается по виду модуляции сигнала, поступающего в передатчик.

В системах с комбинированным разделением каналов используются три вида модуляции. Обозначение их в одной из систем может быть таким: АИМ-ЧМ-ЧМ. Это означает, что при первичном временнбм разделении каналов осуществляется амплитудно-импульсная модуляция. Далее этими импульсами модулируется по частоте генератор поднесущих колебаний. Выходное напряжение генератора поднесущих колебаний, в свою очередь, модулирует по Частоте высокочастотные колебания передатчика.

Основные требования, предъявляемые к РТС

К современным РТС предъявляется ряд общих требований, которые сводятся к следующим:

1. Одновременное измерение разнообразных по своей природе величин и параметров (механических, физических, химических, электрических, биологических и др.;, количество которых может достигать не-

скольких десятков, а в некоторых случаях и сотен.

2. Работа с заданной точностью радиотелеизмерений в условиях оркужающей среды. Обычно не все величины нужно регистрировать и передавать с одинаково высокой степенью точности. Поэтому при конструировании радиотелеметрической системы предварительно анализируются телеметри-руемые величины и определяется допустимая максимальная погрешность телеизмерений. В соответствии с результатами проведенного анализа выбираются соответствующие элементы РТС.

По точности измерений, которая оценивается максимальной или среднеквадратичной ошибкой, РТС можно разделить на следующие четыре группы:

а) системы малой точности с допустимой погрешностью измерений 10-30% (применяются такие системы лишь для передачи качественных данных об исследуемых процессах);

б) системы средней точности с допустимой погрешностью измерений 3-5%;

в) системы большой точности с допустимой погрешностью измерений 1-2%;

г) системы очень большой точности с допустимой погрешностью измерений 0,1-0,5% (применяются в специальных случаях при проведении научных исследований).

3. Радиотелеметрическая система должна допускать передачу сигналов с разнооб-разньши частотными спектрами. Например, некоторые телеметрируемые величины в процессе измерений могут изменяться с различной скоростью, что требует для их передачи различной ширины частотного спектра. По ширине частотного спектра передаваемые сообщения разделяются на медленно изменяющиеся со спектром, ие превышающим единиц Герц, и быстро изменяющиеся со спектром, достигающим 200-300 гц и более.

Другими общими требованиями являются: надежность работы, помехоустойчивость РТС, малые габариты и малый вес передающей установки, стабильность работы, простота эксплуатации, получение данных телеизмерений в удобной для записи и обработки форме, быстрота обработки записи результатов радиотелеизмерений, работоспособность системы при большом диапазоне изменений давления, температуры и влажности окружающей среды. Часто предъявляются также требования автоматической дешифрации результатов записи телеметрических сигналов.

Для оценки качества РТС их сравнивают по критерию эффективности SPT0 (гц):

SpTc - nf макс, (26-1)

где п - число рабочих каналов в системе; ,

Емакс - усредненное значение максимальной ширины спектров сигналов, которые могут быть переданы по каждому из каналов РТС, причем

S Fi макс - г=1

Емакс ~ 9 (26-2)

а Егмакс - максимальная ширина спектра сигнала, который может быть передан через i-й канал.

По эффективности РТС разделяются на следующие три группы: малой эффективности (SPTC=300-t-600 гц); средней эффективности (SPtc4000-9000 гц); большой эффективности (5ртс =9000-20 000 гц).

Из выражения (26-1) следует, что эффективность РТС можно повышать путем увеличения числа каналов й расширения полосы пропускания каждого из каналов. Возможно также уменьшение числа каналов и соответствующее расширение полосы про пускания каналов с тем, чтобы эффективность РТС оставалась неизменной. К такому методу прибегают в РТС с временным разделением каналов, используя параллельное включение каналов.

Погрешности радиотелеметрических измерений

Все погрешности, возникающие в РТС при телеизмерении, разделяются на две группы: погрешности из-за влияния внешних условий и погрешности, обусловленные несовершенством аппаратуры РТС и методов измерений.

Погрешности первой группы вызываются изменением параметров внешней среды (температура, влажность, давление); внешними механическими воздействиями (вибрация, ускорения); изменением условий распространения радиоволн; внешними радио помехами (производственные помехи, атмосферные помехи и др.).

Погрешности второй группы вызывают собственные шумы радиоприемного устройства РТС; изменение переходных сопротивлений в подвижных контактах потенцио-метрических датчиков, механических коммутаторов и т. п.; несовершенство устройств регистрации телеметрических сигналов и неточность обработки результатов записи.

Систематические и медленно изменяющиеся случайные погрешности, например, из-за изменения характеристики отдельных звеньев системы или характеристики окружающей среды могут быть существенно уменьшены и даже полностью исключены путем использования при дешифрировании калибровочного сигнала, передаваемого по одному из каналов РТС.

Главными источниками погрешностей на передающей стороне являются датчики и коммутаторно-модуляторные устройства. Наибольшую величину ошибок в приемной установке вносят демодуляторные, регист-

рующие устройства и приборы дешифрирования и обработки записей.

Все ошибки, вносимые отдельными элементами РТС, могут быть рассчитаны, если известны принцип действия и принципиальная схема РТС.

В РТС с частотным разделением каналов существенное влияние на точность передачи сигналов оказывают переходные (линейные) и перекрестные (нелинейные) иска-, жения, определяемые в основном количеством и значениями поднесущих частот. Поэтому первым условием является правильный выбор поднесущих частот.

Затем необходимо знать, при каком виде модуляции шумы оказывают наименьшее влияние на точность радиотелеизмерений и каково должно быть отношение эффективного напряжения сигнала к эффективному напряжению помехи для того, чтобы ошибки не превышали заданных значений.

Если выбирается РТС с временным разделением каналов, то прежде всего необходимо знать зависимость ошибок радиотелеизмерений от величины тактовой частоты при различных методах интерполяции, длительности измерительных импульсов, глубины модуляции и т. д.

После этого появляется возможность определить теоретически, а затем экспериментально уточнить общую среднеквадратичную погрешность радиотелеизмерений, определяемую приблизительно как корень квадратный из суммы квадратов отдельных составляющих ошибок. Разработать необходимую схему РТС и рассчитать ее основные элементы, т. е. технически грамотно выбрать основные параметры шифратора радиопередатчика, радиоприемника и дешифратора (разнос поднесущих частот, полоса пропускания разделительных фильтров и радиоприемника, тактовая частота, канальный интервал и т. д.) можно, только проведя анализ погрешностей, обусловленных шумами, переходными и перекрестными искажениями, а также дискретным характером передачи сигналов в импульсных РТС.

Особенности канала связи для РТС

В радиотелеметрических системах, и в особенности предназначенных для испытания подвижных объектов, важным звеном является радиочастотный канал связи.

К радиоканалам, используемым в радиотелеметрии, наряду с общими требованиями (высокая надежность и помехоустойчивость связи, отсутствие искажений передачи сообщений) предъявляются и специальные: малогабаритность передающей аппаратуры, направленность передачи и приема информации (локальность канала связи) в целях исключения возможности приема многократно отраженных от земли и ионосферы волн, автоматичность действия и др.

При отсутствии направленности канала связи на приемный пункт радиосигналы поступают с нескольких направлений, задержанные (вследствие отражения) во време-