远程控制式遥测地面站关键技术研究

Research on Key Technology for Remote

Control Telemetry Ground Station周益杜宪宇/ ZHOU Yi DU Xianyu(中国商飞民用飞机试飞中心，上海201323)(COMAC Flight Test Center, Shanghai 201323 , China)摘要：该文研究基于光纤传输技术和工业控制计算机为核心的集中控制技术，阐述了遥测地面站在两种核心技术

的支撑下实现远程控制，解决了信号遮挡问题,提高了管理与控制的自动化程度。为以后遥测地面的建设与

布置提供了新的技术思路与实践基础,指明了远程控制技术在遥测地面站中应用的广阔前景。关键词:遥测;光纤传输;集中监控;地面站屮图分类号:U283. 1

區歆淞回

文献标识码:A OSID：[Abstract ] Through the research on the centralized control technology which based on optical fiber transmission

technology and industrial control computer, the telemetry ground station can make the remote control under the sup・ port of two core technologies, which solves the problem of signal occlusion and improves the automation of manage­ment and control. It provides a new technique solution and practical basis for the construction and layout of telemetry

giound, and indicates that the application and broad prospects of remote control technology in telemetry ground stations.[Keywords ] telemetry ； optical fiber transmission technology ； centralized monitor and control ； ground station0引言为满足遥测实时监控需求，需将遥测天线建在

机飞行试验时，对试验参数和视频等数据的实时遥 测。某型客机遥测地面站组成，如图1所示。无信号遮挡的空旷位置。随着经济的不断发展，机 场外围高大建筑越来越多，对遥测信号的遮挡越来

越严重，为解决机场建筑物对遥测天线的遮挡问题, 将遥测天线布置在机场跑道附近不失为一种行之有

效的解决办法，非常具有工程价值。为了便于遥测

信号的传输与处理，与监控中心的数据进行更好地 衔接与交换,远程控制式遥测地面站应运而生。图1某型客机遥测地面站框架图传统遥测地面站的天线与机房之间射频信号传

1遥测地面站系统概述遥测系统是导弹、卫星、无人机等飞行器在试验

输使用同轴电缆，由于天线布置在机场跑道端部，与 监控中心的距离较远。S波段同轴电缆每米损耗在

0.4 dB左右，使用该种方式严重影响信号的传输质

和运行过程中不可缺少的重要支撑系统，它提供飞行 量。遥测天线控制信号采用串口通信方式，串口线缆

器的工作状态参数、环境参数和其他载荷的测量数 传输有效作用距离有限,直接影响系统的控制性能。

据，可为检验飞行器的性能及故障分析提供依据⑴。 遥测地面站实现试验飞机的遥测跟踪,完成机载遥测 信号的接收、解调以及遥测参数的实时处理,用于飞

42目前，视频摄像机系统基本都采用数字信号网络传输

的方式。因此选择光纤通信的方式，可以解决以上问

题,完成对射频信号、串口控制信号和网络信号的实2019年第2期周益，等远程控制式遥测地面站关键技术研究时传输与控制，实现对遥测地面站天线的远程控制。表1遥测链路计算遥测链路计算项机载发射功率机载天线增益机载馈线损耗2关键技术研究2. I光纤传输技术500 m43 dBm300 km43 dBm-5 dB2 dB36 dBm-5 dB2 dB36 dBm机场跑道端部的遥测天线远程控制，主要涉及

射频信号、天线控制信号和网络信号。2.1.1射频信号传输机载有效辐射功率工作频率自由空间损耗2 260 MHz93.5 dB2 260 MHz射频信号光纤传输(Radio over Fiber，缩写为

RoF)是以光波为载波,在光纤中通过光电转换传输

149 dB1.2 dB极化损耗1.2 dB0.5 dB32 dB宽带射频信号的新型传输方式。RoF技术具有基站

大气损耗接收天线增益0.5 dB32 dB不复杂、成本低、光纤传输损耗低、带宽高以及抗电 子干扰等技术优势⑵。射频信号的有效传输，直接

天线到LNA的馈线损耗1 dB1 dB35 dB影响遥测地面站的接收解调与跟踪性能。射频信号

LNA增益35 dB-28.2 dBm+ 10 dBm光纤传输后需要满足接收机的解调门限要求,按照

LNA 入 口LNA 出口-83. 7 dBm-48. 7 dBm某型客机遥测地面站建设需求，需要保证试验飞机 在10 000 m飞行高度、机载遥测发射功率20 W

(43 dBm)、码速率8 Mbps、误码率不大于10 “的条件

LNA到光端机输入口的馈

线损耗射频光端机输入口信号强度2 dB+ 4. 8 dBm2 dB-50.7 dBm下,遥测作用距离不小于300 km,进行链路的核算。电磁波自由空间损耗⑶公式如下：L = 32.45 + 20 • log Dm + 20 • log/S/N为解调误码率时接收门槛信噪比，取9.5 dB；B为接收机中频带宽,MHzo其中，厶为自由空间损耗,dB；D”为作用距离，

km；/为工作频率,MHzo当遥测码率为20 kbps时，参考常用接收机最 小中频滤波带宽为50 kHz,可得系统接收灵敏

按照保证飞行目标近距离500 m信道不饱和稳定 工作，满足300 km作用范围,工作在2 260 MHz,计算可

度为：P” = - 228. 6 + 23. 75 + 9. 5 + 10 x log(50 x 103 )得自由空间损耗范围为93.5 dB~149 dB,详见表1。=-14& 4dBW = - ll&4dBm机载遥测射频信号经空间辐射，由2.4 m抛物

计算系统灵敏度时以LNA为分界面，即做系统

面天线接收，传输至射频光端机输入端信号强度范 围为-50.7 dBm ~ +4.8 dBm,详见表 1。遥测接收灵敏度式如下：Pr = K + Ts + S/N + B设计时按照此时系统灵敏度作为LNA入口电平进

行核算，此时可得射频光端机输入口信号强度为

-85.4 dBm。考虑遥测地面站系统安全余量，遥测

地面站建设所选的光端机动态范围需达到90 dB,

其中,K为波尔兹曼常数，取值为-228. 6 dBW/

Hz • K；Ts为接收系统等效噪声温度,dBK；-83. 4dBm~+6. 8dBm才能满足射频信号的可靠传输。根据LNA入口处信号强度，系统增益链如图2

所示。—85. 4dBm〜+4. 8dBm-67. 4dBm〜+2. 8dBm— 118. 4dBm~-28. 2dBm:—85. 4dBm〜+4. 8dBm-87.4dBm〜+2. 8dBm+35dB: +20dB[AGC范围：20dB图2系统增益链43技术研究总第133期从图2可知无率放大器增益是否打开，都

能满足接收机的输入动态范围，在接收近距离强信 号时可以将抛物面天线切换成全向天线，保护系统

安全。在客机科研试飞从上海转场西安和东营的过程 中，数据链路最大可以收到360 km以内的信号，视

频链路最大可以收到330 km以内的信号，说明射频 光端机动态能可以满足且优于系统设计要求，系统 符合实际工程应用需求。2.1.2天线控制信号传输0 I_________L__________________,________

0

5

4_____120

2510 15

速率/'kbps遥测领域天线控制信号采用RS422串口方式 (a)RS232串口传输方式进行传输，串口线缆的有效传输距离较短，最大距离 不超过 4 000 ft(约 1 219 m), RS232 和 RS422 串口

传输方式下传输距离与控制速率的关系如图3所 示⑷。本系统控制信号波特率为9 600 bps,数据位

8位,停止位1位，机场跑道至试飞监控中心机房走

线长度约8 km,直接采用串口线缆不能满足机场跑

道到试飞监控中心的要求。通常有两种解决方案，一种是直接采用串口光

端机，将串口信号转换成光信号，进行光纤传输，在

试飞监控中心机房进行光电转换.实现串口信号的 远程传输;另一种是采用串口服务器设备，将串口信

号转换成网络信号，进入网络光端机,再经光纤进行 传输，如图4所示。(b)RS422串口传输方式图3传输距离与控制速率关系图图4天线控制信号传输对比直接采用光端机进行串口信号传输，不仅可以 通信。2.2集中监控技术延长传输距离，还可以避免信号在传输过程中受电 磁波干扰.同时可以减少使用串口服务器带来的延

为了便于管理，实现集中监控，整个系统分为三 个部分，室外天线系统部分、机房机柜部分和控制室

时，降低因中间设备故障影响系统性能的概率。因 此。通常采用光端机进行串口信号传输。2.1.3网络信号传输控制台部分，如图5所示。天线系统部分与机柜部

分直接通过光纤交换信息，天线系统部分与控制台 之间的信息交换通过机柜背面的转接板进行，方便

遥测天线主要涉及外摄视频系统，目前采用的

摄像机为网络摄像机，输出为网络视频流，网络传输 后直接解码、存储、实时显示。网络摄像机可以简单

管理与线缆的铺设。机房与控制室之间用玻璃门隔

开，减少机房人员走动，减小机房噪音对控制室工作 人员的干扰。实现远程监控，借助于网络光端机轻松实现光纤

442019年第2期周益，等远程控制式遥测地面站关键技术研究集中监控

ACU

显示器视频切换矩阵视频 显示器視频解码器显示器/ /图5系统分布图EJ /集豐控ACU主机图6控制台布置图遥测地面站各设备通过网络交换机与集中监控 主机相连，监控主机对系统内各设备的工作状态进

2-2.1集中监控系统的组成行管理、监测、维护等，实现系统工作状态的实时 遥测地面站集中监控系统主要由集中监控主机

监控。控制台作为遥测天线及各遥测设备进行集中

及各接口控制设备组成，通过计算机软硬件协同配 合,对天线伺服控制系统、接收解调系统、GPS系统、

控制与状态监视的载体，集中监控主机、伺服控制 视频系统、电源系统、仪表系统等进行远端集中控

主机、视频显示系统等安装在控制台处，如图6 所示。制，统一管理和操作，实现整个系统的一体化监 管⑸。集中监控系统组成如图7所示。图7集中监控系统组成原理2.2.2集中监控系统的功能息都集中到监控软件中，进行数据处理后，送到屏幕

集中监控系统主要实现系统设备的开启、遥测 上，实时显示各设备的状态，譬如天线伺服状态、遥 测接收机位同步锁定状态、信噪比值、电源端口状

接收机的参数配置与状态监控、频谱仪的配置、DVI 切换矩阵的控制、伺服状态的显示等。1） 参数配置管理功能态、频谱实时显示曲线等。同时显示各设备与集中

监控计算机连接状态，一旦某设备掉线时，立即生成 报警信息，发出相应的状态显示告知用户。3）日志管理功能集中监控软件可以对远控设备进行参数配置,

譬如遥测接收的频点、码速率、解调方式、中频带宽 等。按照软件设计的要求，有数值和选择下拉

集中监控系统可将对系统的操作记录到日志文

式菜单等，当输入参数不正确时，会提醒错误出处。 件中，监视系统中发生的事件,用户可以通过它来检 查系统错误发生的原因。日志可记录设备初始化信

主界面主要显示各设备状态，各模块的参数配置有 各自单独的配置窗口，置于二级或三级菜单中。2） 参数配置管理功能息、设备参数配置信息、设备连接工作状态等。工作

人员可对日志统一管理，进行查询、备份、删除等操 作,也可拷贝或打印输出日志文件。45集中监控计算机采集设备状态信息，各状态信

技术研究总第133期3结论远程控制式遥测站给遥测接收系统设计提供了

新的思路，解决了机场外围高大建筑物遮挡信号的 问题,提髙了遥测接收效率，加强了对飞行试验的遥

测保障，对异地跨区域飞行提供了灵活的布站手段。参考文献：[1] 黄信安，李亚.基于PCM-FM下遥测作用距离研究 [J].现代电子技术,2012,35(9):16-18.[2] 蒋霆，余岚，吴谦，杨大伟.无线射频信号数字光纤传输

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[JL无线互联科技,2017(2):9-10.[4 ] Range Commanders Council. Instrumentation engineers handbook； 121-13 [ M]. [ S. 1. ] ： Range Commanders Council.[5]周益.集中监控系统在遥测传输卫星地面站中的应用

[J].民用飞机设计与研究,2015(2):93-96.作者简介：周益男，硕士，工程师。主要研究方向：试飞遥测技术。

E-mail: zhouyil @ comacc. cc杜宪宇男，硕士，助理工程师。主要研究方向：飞行试验遥 测系统o E-mail: duxianyu@ comae, cc