关宏亮 杨启峰 马茸
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，黑龙江省 哈尔滨市 150066
摘要：直升机要求其遥测系统能够在直升机高机动飞行的情况下确保遥测数据的可靠性;地面遥测设备要求简洁、高效、可靠以适应车载移动地面站安装使用。本文论述了遥测系统的组成、工作原理、直升机的参数测量、通信链路保障。该系统已经参加了多次外场试飞试验，实践证明其工作稳定可靠。
关键词：遥测设备；直升机；遥测地面站；
前言
试飞遥测监控系统是集传感、采集、通信和数据处理为一体的综合性直升机飞行测试实时监控系统，在军用试验和民用试验领域有着广泛的应用，在试飞的过程中有着重要的地位和作用，是确保试飞安全不可缺少的重要手段。
直升机起降灵活，无需跑道、机动性好，但结构复杂，信号干扰较大。近期，某型直升机在近期的性能试飞试验中取得了成功，对直升机实时监控主要依靠遥测数据，因此其遥测系统的性能至关重要。直升机遥测系统分为机载遥测系统和地面遥测系统2个部分。
一、系统组成及工作原理
直升机遥测系统由机载系统和地面系统组成。
1.机载系统
飞机状态及姿态传感器组包括发动机参数传感器组、飞行姿态传感器组和飞机状态传感器组。这些传感器的输出均以模拟信号的方式提供给信号调理器。发动机参数传感器组监测直升机发动机的转速、温度、滑油压力等参数，以确保发动机处于安全的工作状态。飞行姿态传感器组测量飞机的倾斜、俯仰、航向角等参数。飞行状态传感器组提供直升机的空速、飞行高度及升降速度等信息。
机载遥测发射子系统包括机载遥测发射机、机载功率放大器、机载功分器、机载天线等，主要完成载机上PCM数据或视频信号调制发射，通过地面遥测接收子系统进行数据接收和解码，实现对机载数据实时分析和事后处理，图像信号显示、监控等。
机载发射机对机载数据采编设备输出的IRIG106标准PCM数据或视频信号进行预调滤波，以PCM/FM体制调制发射，并输出S波段RF遥测信号，其中机载功放、功分及天线将机载发射机输出的遥测信号进行信号分路、功率放大后，经由机载天线发射。
2.地面系统
地面遥测接收子系统完成复杂电磁环境下直升机飞行试验遥测信号的跟踪、接收以及RF遥测信号实时记录，确保遥测信号链路稳定，保证遥测数据有效可靠，并完成遥测数据实时处理、飞行关键参数图形化显示、飞行试验结果归档记录以及试验数据回放和事后分析等，同时本地面遥测接收子系统可通过以太网或者光纤传输网络，将遥测数据、视频图像信号以及有关的飞行和任务数据传送到指挥监控大厅，供地面指挥测试人员实时监控、检验直升机飞行状态。
地面遥测接收子系统由遥测接收天线、宽带数字化接收机、遥测数据处理终端以等组成，遥测接收天线完成飞行目标跟踪、遥测信号接收，并遥测信号，宽带数字化接收机将RF信号独立下变频到70MHz中频，并完成IF分集合成接收、PCM-FM体制解调以及PCM数据位同步、帧同步、时码接收及原始遥测数据网络发送等处理，遥测数据处理终端完成数据参数挑路、工程量转换、参数图形化显示、数据存储及数据传输等处理，使地面指挥人员获取飞行试验实时参数，掌握机载设备实时运行状态，同时遥测数据可通过以太网或者光纤传输网络传送到指挥监控大厅，并可完成所记录数据的RF信号回放，为遥测接收机复现真实的复杂遥测信号电磁环境，从而为检测接收机工作状态、或分析遥测传输链路信号质量，以及故障现象复现提供依据。
二、遥测系统中的关键技术
1 TPC编码
一般遥测数字通信系统基本组成如图1所示。飞行器在空中飞行时，其所传输的无线数据，要在编码和调制后，经过无线信道，传输至地面设备后解调解码，恢复出原始数据，供地面站监控直升机状态。
在无线电波传播的过程中，要经历大气环境的影响。大气是一种组分繁多，流动特性复杂的流体。大气对电磁波的折射、反射和吸收，会引起直升机无线信号的干扰和多径等影响，造成遥测信息出现差错，影响机上信息的可靠传递。
图1 数字通信系统基本组成
为了减少直升机上无线信号在空间传播过程中受外界环境干扰而出现的误码，需要对机上发射的数字数据进行差错控制。信道编码是对机上数字信号进行差错控制的方法。
机上无线信号的信道编码方法，是在机上发射端对基带数据添加一系列冗余项。这些冗余项不是随意添加的。冗余项的各个码元之间，以及冗余项码元与基带数据码元间，存在符合一定规律的相关性。当地面站接收到无线信号后，在对信号进行解调解码的过程中，通过这些冗余项码元以及冗余项码元与基带数据码元间的相关性关系，可以检测接受到的基带数据信息是否与机上发送的基带数据信息一致，据此可最大限度还原出真实的机上信息。
用于无线通信的信道编码方法，应当具有极高的无差错传输性能。考虑到机上设备对体积、功耗和重量的限制，以及直升机飞行速度快、状态监测对实时性的要求高，无线通信的信道编码方法应当具有较低的编译码复杂度。Turbo乘积码即TPC编码，既具有接近理论极限的优越性能，又具有较低的译码复杂度，十分适用于直升机的无线通信。
2 MSD算法
多符号检测(MSD)是一种充分利用码元之间相位连续性来提高解调性能的思想。MSD技术应用于PCM/FM信号的解调时，仅作用于PCM/FM信号的解调端，发送端无需增加相应设备，只要求调制指数符合一定要求；不仅保留了PCM/FM 体制的优点，也克服了传统鉴频解调在低信噪比下的门限效应。MSD 算法在符号相关长度N=5时可以提高PCM/FM信号解调增益约3dB。
MSD算法的基本思想是利用码元之间相位之间的连续性，当接收端接收到一个码元时，并不立即进行判决，而是对当前码元前后多个码元进行观察，进行比较分析后，再对当前码元进行判决，从而减少码元判决错误，提供接收机解调性能。
3.直升机状态测量
在直升机飞行时，对飞机操作和控制至关重要的参量有: 飞行姿态、飞行速度、飞机位置、飞行高度、滑油压力、滑油温度、发动机转速、发动机燃气涡轮出口最大燃气温度、发动机扭矩、后防火墙等振动参数。由于在飞行中必须保证发动机安全工作，因此在地面监控系统中，对上述每一个参数的正常使用范围均做了标记，当某参量超出正常范围时，都会产生报警信息。直升机飞行姿态参量有横向和纵向2个，在直升机上安装陀螺仪，可以对飞机的纵向和横向姿态进行测量。对直升机飞行速度的测量主要通过空速测量和地速测量2种手段实现。安装在机上的空速仪，可以测量直升机前飞时的空速。而定位系统可测量飞机相对于地平面的运动速度。
4.系统状态监控
在控制的指令级以及最终执行效果级都能够对直升机的各控制环节进行监测，因而在出现异常的时候能够迅速判断故障的性质并且对故障进行定位。对地面系统的监控主要有无线链路状态监控、码同步系统状态监控和帧同步状态监控。遥测接收机设有通信状态指示，用于监测无线链路状态。当无线链路不稳定时，会产生告警信号。码同步状态监测系统通过比较PCM数据流与码同步器恢复的码同步时钟的相位来判断码同步状态。帧同步采用置位同步法，帧同步的失步、校验、锁定、保护4种状态作为状态字提交地面监控系统显示，作为判断帧同步状态的依据。
结束语
本系统装机、装车后，已成功进行了多次野外试飞，获得了大量宝贵的遥测数据。并且通过了高温、高寒、平原等环境适应性试验。地面系统装车后还进行了长途运输试验。实践证明，系统工作稳定可靠，完全能够满足直升机遥测系统的要求。
参考文献：
[1]戴卫兵，田宝泉，朱攀. 机载遥测发射系统的设计与实现[J].中国测试，2011，37（2）:76～79.
[2] 白效贤 ，杨廷梧 ，袁炳南. 航空飞行试验遥测技术发展趋势与对策[J].测控技术，2010，29（11）∶6～9.