時分制遙測系統
正文
按時間劃分原理實現多路傳輸的遙測系統。一般來說,遙測所傳輸的原始信號都是連續信號。為了時分復用,需要根據採樣定理對連續信號採樣,把它變換成離散信號。採樣定理說明採樣頻率和被採樣信號頻譜之間的關係,是時分制遙測系統實現多路傳輸的主要依據。根據採樣定理,一個時間和頻譜都受到限制的連續信號,只要每隔採樣周期Δt傳送一個瞬時值即採樣值,就可以用這樣的離散信號代替原來的連續信號,而在其餘的空隙時間內可以用來傳送其他信號的採樣值。若要把離散信號恢復成原來的連續信號,只要使離散信號通過一個截止頻率為fa的低通濾波器就能恢復原信號,這裡fa等於原來連續信號頻譜頻寬的二分之一。因此先對要傳輸的信號採樣,然後把各個信號的採樣值交織排列,組成一個多路信號,就可以在時間劃分的基礎上同時傳送若干個信號,實現多路傳輸。圖1示出兩個信號的時間復用方案。設一個採樣周期內傳輸n路信號,則總採樣率(即每秒鐘的總採樣數)F=nF△,這裡F△是採樣頻率即採樣率。在採樣周期Δt內,n路脈衝信號構成一幀,因此採樣率又稱幀速率,總採樣率又稱轉換率。通常把採樣周期內多路信號脈衝序列的安排方式稱為幀結構。一些國家(如美國)已對時分制遙測系統的幀結構制定了統一的標準。 圖2為時分制遙測系統的框圖。在傳送端,時分開關即轉換開關按照定時電路給出的順序完成信道間的轉換,而採樣電路按定時電路產生的定時脈衝對所有要傳輸的信號採樣。時分開關的轉換與採樣脈衝同步。因此採樣電路的輸出是所有要傳輸的信號的採樣值交織而成的一個信號。在接收端使用的定時電路必須與傳送端同步,並由此定時電路來控制時分開關接入不同的信道,這樣就可以把各路信號分離開來,然後把各路信號的採樣值分別通過低通濾波器,就可以恢復成原來的信號。時分制遙測系統也是二重調製系統。第一次調製是被傳輸的信號對各路脈衝進行調製,可以採用脈幅調製(PAM)、脈寬調製 (PDM)、脈位調製(PPM)、脈碼調製(PCM)和增量調製(ΔM)。第二次調製是多路信號對載波進行調製,可採用調幅(AM)、調頻(FM)、調相(PM)等方式。第一次和第二次調製分別採用不同的形式,就構成各種不同的時分制遙測系統,如PAM-AM、PAM-FM、PPM-AM、PPM-FM、PDM-AM、PDM-FM、PCM-AM、PCM-FM、ΔM-ΔM、ΔM-FM等系統。在時分制遙測系統中也有一些三重調製系統,如PAM-FM-FM、PDM-FM-FM等系統。在這類系統中共有三次調製,第一次是脈衝調製,第二次是已調脈衝對副載波調製,第三次是已調副載波再對載波進行調製。在時分制遙測系統中,PAM、PDM和PPM系統屬於模擬式遙測系統,因為雖然在傳送時間上是離散的,但所對應的採樣值幅度則是連續的。其中PDM和PPM系統都是先對要傳輸的信號採樣,再去調製脈衝的時間參量。因此有時又把PDM和PPM系統統稱為脈衝時間調製。在實際工作中PDM和PPM系統比PAM系統用得多,因為PAM是用脈衝幅度代表要傳送的信號,電路的非線性和噪聲的干擾使這種系統精度較低。因此它只用在精度要求較低、被測信號變化較慢的PAM-FM-FM三重調製系統中。