Адаптивный коммутатор телеизмерительной системы

 

1. /чДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ по авт.св. № 590798, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости,, в него введен узел изменения режима передачи , первые вход и выход которого подключены соответственно между управляющим выходом блока считывания и нулевым входом триггера, второй и третий, входы узла изменения режима передачи подключены соответственно к выходу детектора максимального сигнала и задающему входу адаптивного коммутатора, второй выход узла С iS изменения режима передачи подключен .к управляющему входу блока считывания . .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

З(511 С 08 С 15 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (6 ) 590798 (21) 3517536/18-24 (22) 03. 12. 82. (46) 15.05.84. Бюл. !(- 18 (72) Л.Г.Вуравин, С.Д.Рубцов, и E.È.Ñåìåíîâ (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина). (53) 621 ° 398 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР (- 590798, кл. G 08 С 1 5/06, 1975 (прототип), 2. Мановцев А.П. Введение в цифровую радиотелеметрию. M. "Энергия", 1967, с. 296. (54)(57) 1. АДАПТИВНЫЙ КОИ11УТАТОР

ТЕЛЕИЭИЕРИТЕЛЬН01! СИСТЕМ! по авт.св.

N- 590798, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости,. в него введен узел изменения режима передачи, первые вход и выход которого подключены соответственно между управляющим выходом блока считывания и

/ нулевым входом триггера, второй и

r третий входы узла изменения режима передачи подключены соответственно к выходу детектора максимального сигнала и задающему входу адаптивного коммутатора, второй выход узла изменения режима передачи подключен .к управляющему входу блока считывания.

10925- !8

2. Коммутатор Ilo и. 1, о т -I u ч а ю щ и Й с я тем, что узел изме-нения режима передачи выполнен»а триггере, счетчике, блоке сравнения, элементе задержки, элементах I и эле —менте ИЛИ, выход блока сравнения соединен с инс(юрмационным входом триггера, единичный и ну:-.евой выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу элемейта задержки, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выИзобретение относится к телеизмерениям, может Применяться в телемеханике, дальней связи, в системах автоматического контроля.

По основному авт.св. М 590798, известен адаптивный коммутатор, содержащий в каждом канале датчик, выход которого подключен ко входам преобразователя погрешности аппроксима-ции и ключа, выход которого объеди- 10 нен с выходами ключей других каналов и соединен с входом аналого-цифрово1 О преобразователя, выход преобразователя погрешности аппроксимации кяждого канала соединен с соотве1ствующим 15 входом детектора максимального сигнала, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первым входам блока считывания, выход ко-орого соединен с выходом устройства, выходы 2С счетчика подключены к вторым: входам блока считывания и входам дешифратора, выходы которого соединены с управляющим входом 3поча. и Ilpðâb!ì входом элемента И в каждом канале, 2 выход которого подключен к управля1ощему входу- преобразователя погрешности аппроксимации, вход дополнительного ключа в каждом канале соеди— нен с выходом преобразователя погрешности аппроксимации, выходы дополнительных ключей всех каналов Объединены и подключе»ы к первому входу блока.,сравнения, второй вход которо1 о соединен с выходом детектора максимального сигнала, а выход подключен к к единич»ему входу триггера, нулегой

ХОД I ОТО()О I О CО ЕДИНЕ II С ПЕ j>!Ib!Ì 13ХОЦОМ э 1с !ента И 1И, выход второго элемента И сООIIHHcк с уст<3»ОВОчны!1 ВхОдОм счетчика и вторым входом элемента ИЛ1, выход элемента И, 1И и ед!»»ичный выход тр»ггеря подключены соо 1чзетствен»О к первому и второму выходам узла изменения режима передачи, объединенные синхрокизнрующий вход триггера и вход элемента задержки и входы блока сравнения подключены соответственно к первому, второму и третьему входам узла Изменения режима передачи, вход которого соединен с управляющим выхмтоь! блока считывания, единичный выход триггера соединен с вторыми входами элемента И всех каналов и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, нулевой выход триггера .1одкл1очен к одному входу элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,. выход элемента h соединен с входом счетчика, вьгходы дешифратора подключены к управляющим входам дополнительных ключей каждого канала(1j, Б известном устройстве по окончании считывания предыдушего отсчета блок считывания выдает сигнал на нулевой вход триггера так, что на его нулевом выходе появляется сигныl "1", рязрешаюшдй прохождение импульсог, генератора тактовых импульсов на счетч1..к.

С пОмОшь!о дешифрятора посчереднО о крьвя!о1ся ключи и ня од:-Iû из входов блока срявнекия поочередно подключаются напряжения с преобразователей погрешности аппроксимации. На

Другой 13ход блока сравнения приходит сигнал от детектора максимального

c1IãI!àëà, выбирающего максимальный из всех сигналов от преобразователей по грешно сти ап прок сима ции. При со впадении величин напряжений ня входах блока сравнения. т. е. При нахождении канала с максимальной погрешностью, блок сравнения выдает сигнал, возвраща1ощий триггер в исходное состояние и зяпрешающий тем самым дальнейшее прохожде»ие импульсов с генератора

3 1092 на (чс.1 i ик . Сч .. ч нк и дешифратор О с— танавлив lются на TOM канале, погрешность аппроксимации сигнала которого наибольшая. Сигнал, появляющийся на. единичном выходе триггера, вызывает сброс преобразон: теля погрешности аппроксимации в,ллбранном канале и запускает аналого-цифровой преобразователь. Сигнал от выбранного датчика преобразуется в код, который вместе с кодом адреса выбр .нного канала (от дешифратора) поступает в блок считывания. Информация с блока считывания в виде последовательного кода поступает в канал связи. По окон-15 чании передачи блок считывания вновь выдает упомянутый выше сигнал на триггер, и цикл работы устройства повторяется Г2 7.

Недостатком известного устройства явгяется низкая помехоустойчивость передаваемьгх сообщений.

Цель изобретения — повышение информативности и помехоустойчивости адаптивного коммутатора.

Указанная цель достигается за счет использования избыточности, остаю— щейся в передаваемой информации при адаптивной коммутации. Предлагаемый адаптивный коммутатор позволяет Bbl делить промежутки времени работы с адаптивной коммутацией, когда из-за, медленного изменения сигналов с датчиков погрешность аппроксимации этих сигналов становится значительно меньше заданной и происходит передача в канал связи избыточных отсчетов.

В эти промежутки времени целесообразно передавать в канал связи только часть избыточных отсчетов, используя освободившийся канал для многократного

40 повторения каждого передаваемого избыточного отсчета. В результате повышается достоверность приема информации и увеличивается информативность и устойчивость и помехоустойчивость адаптив.="5 ного коммутатора.

В адаптивный коммутатор телеизмери тельной системы введен узел изменения режима передачи, первые вход и выход которого подключены соответственно между управляющим выходом блока считывания и нулевым входом триггера, второй и третий входы узла изменения режима передачи подключены соответственно к выходу детектора максималь-. ного сигнала и задающему входу адантивного коммутатора, второй выход узла изменения режима передачи под348 4 ключен к управляющему входу блока считывания.

Кроме того, узел изменения режима передачи выполнен на триггере, счетчике, блоке сравнения, элементе задержки, элементах И и элементе ИЛИ, выход блока сравнения соединен с инфор— мационным входом триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу элемента задержки, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с установочным входом счетчика и вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента II.III и едигпгчный выход триггера подключены соответственно к первому и второму выходам узла изменения режима передачи, объединенные синхроHli зирующий вход триггера и вход элемента задержки и входы блока сравнения подключены соответственно к первому, второму и третьему входам узла изменения режима передачи.

На чертеже показана структурная схема адаптивного коммутатора телеизмерительной системы.

Адаптивный коммутатор телеизмерительной системы содержит датчйки 1, преобразователи 2 погрешности аппроксимации (ППА),первые ключи 3, вторые ключи 4, первые элементы 11 5, детектор 6 максимального сигнала, блок 7 сравнения, дешифратор 8, счетчик 9, второй элемент И IO, генератор 11 тактовых импульсов, триггер 12 блок 13 считывания„ аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП), узел 15 изменения режима передачи, который содержит дополнительный триггер 16, элемент !7 задержки, первый элемент И 18, второй элемент И 19, счетчик 20. элемент ИЛИ 21 и блок 22 сравнения.

Датчики 1 предгазначены для преобразования .информации от объекта в электрический сигнал, например, напряжение постоянного тока. Преобразователи 2 предназначены для выра-. ботки сигнала (напряжения), пропорционального погрешности аппроксимации по выбранному алгоритму. Ключи 3 служат для передачи сигналов датчиков 1 на вход АЦП 14, ключи 4 для передачи сигналов датчиков 1 на

5 10925 вход блока 7 сравнения. Элемент И 5 выдает сигнал сброса ППА 2 при совпадении приходящих на него сигналов от триггера 12 и дешифратора 8. Детектор 6 предназначен для выделения

5 максимального сигнала иэ всех сигнал лов, поступающих на его входы от

ППА 2, Для реализации де гектора 6 обычно используется диодная сборка (диодная схема ИЛ!!). Блок 7 срав- !0 нения выдает сигнал "1" при совпаде-. нии величин напряжений на его входах, Дешифратор 8 предназначен для преобразования двоичного кода от счетчика 9 в единичный позиционный код.

Счетчик 9 формирует двоичный код чис.ла импульсов, поступающих на его вход, емкость счетчика определеяется числом каналов адаптивного коммутатора. Элемент И 10 передает импуль- 2О сы с генератора 11 на вход счетчика 9 при наличии единичного сигнала на входе элемента И 10, соединенного с триггером !2. Генератор 11 вырабатывает периодическую последовательность тактовых импульсов. Триггер 12 — нетактуемый SR-триггер.

Блок 13 преобразуег параллельный код, состоящий из кода параметра с выходов АЦП 14, кода адреса с выходов счетчика 9 и признака повтора с выхода триггера 16, в последовательный, передаваемый в канал связи, роме того, блок 13 вырабатывает сигнал начала цикла. коммутации (сигнал вырабатывается по окончании преобразо35 вания кода) . АЦП 14 осуществляет аналого-цифровое преобразование сигна. ла от одного из датчиков 1 по запускающему сигналу от триггера 12. Код информации в АЦП 14 сохраняется до прихода следующего сигнала запуска.

Блок 22 служит для сравнения сигнала, пропорционального максимальной погрешности аппроксимации (Е д ), f 45 с некоторой уставкой Е и формирования логического сигнала результата сравнения. Если Е„, „<Е,узел 15 формирует на выходе !", если

Е„,ц, Ъ Е < - "0". Выбор значения величины Е . пояснен ниже. Триггер !6 ! 5Î

t (тактируемый фронтом D-триггер) служит для фиксации сигнала с узла 15 на каждом цикле работы предлагаемого адаптивного коммутатора. Элемент 17 задерживает сигнал начала цикла на

55 время срабатывания триггера 16. Элемент И 18 служит для формирования сигналов, поступающих на установоч48 ь ный вход счетчика 20 и на вход элемента ИЛИ 21. Счетчик 20 (двоичный счетчик) считывает импульсы, поступающие на его счетный вход. Число состояний счетчика 20 равно числу повторов (m) при многократной передаче отсчетов. Сигнал на выходе счетчика 20 появляется при переходе из состояния, соответствующего максимальному коду на его элементах в "0".

Сигнал, поступающий на установочный вход счетчика 20, вызывает его переход в состояние, соответствующее максимальному коду на его элементах.

Посредством элемента ИЛИ 21 сигналы с выхода счетчика 20 и элемента И 19 подаются на нулевой вход триггера 12.

Предлагаемый адаптивный коммутатор телеизмерительной системы работает следующим образом.

Сигналы датчиков 1 поступают на преобразователи 2 погрешности аппроксимации, каждый из которьгх формирует сигнал, пропорциональный текущему значению погрешности аппроксимации соответствующего сигнала датчика определенным полиномом. Сигналы с выходов преобразователей 2 поступают в детектор 6 максимального сигнала, на выходе которого постоянно вырабатывается сигнал, соответствующий максимальному для всех преобразователей 2 значению погрешности (Ещд„).

Этот сигнал в блоке 22 сравнения срав-..

I нивается с некоторой уставкой (Е ).

Величина L может быть выбрана при аппроксимации сигнала полиномом

Лагранжа степени и из соотношения.

"Е . = Е - и Е ., где Š— заданная погрешность апф проксимации при адаптивной коммутации;

dE — величина приращения погрешности в некотором канале за счет удлинения интервала аппроксимации на величину,, равную m периодам адаптивной коммутации. в ТИС (m — число повторений передаваемого отсчета) — шТц.

3начение йЕ, можно найти из формулы + и pl+4

П)Тц (n+4) Е М„ аЕ

1 11ь г где 1„+ — модуль максимум (n+ l )-й производной входного сигнала.

Так при п=О ьЕ .= mTU И„, 1092548

При таком выборе Е m-кратное повЯ торение передаваемых отсчетов которое начинается, когца погрешность аппроксимации сигнала во всех каналах становится меньше заданной

5 (см. ниже описание работы.устройства), не приведет к увеличению погреш-. ности ТИС. При Е „„ ), Е . блок 22 сравнения вьдает сигнал "0 . Сигналы датчиков 1 подвергаются адаптивной ip коммутации.

По сигналу начала цикла с блока 13 считывания триггер 16 устанавливается в состояние "0", соответствующее сигналу "Он на выходе блока 22. Задержанный на элементе 17 сигнал начала. цикла, воздействуя на установочный вход счетчика 20, устанавливает его в состояние, соответствующее максимальному коду, и посту- 2О пает через элемент ИЛИ 21 на нулевой вход триггера 12. На нулевом выходе триггера 12 появляется сигнал 1", разрешающий прохождение импульсов с генератора ll на счетчик 9. С помощью дешифратора 8 поочередно открываются ключи 3 и 4 и на один вход блока 7 сравнения поочередно подключаются выходные сигналы преобразователей 2. На другой вход блока 7 сравнения поочередно подключаются выходные сигналы преооразователей 2. На другой вход блока 7. сравнения поступает сигнал с выхода детектора 6. При совпадении сравниваемых величин, т.е. при нахож35 денни канала с максимальной погрешностью, блок 7 выдает сигнал "I" на единичный вход триггера 12 так, что на нулевом выходе триггера появляет-.

l 1 !!

40 ся сигнал 0, запрещающий дальнейшее прохождение импульсов с генератора 11 на счетчик 9. В результате счетчик 9 и дешифратор 8 останавливаются на том канале, погрешность

45 аппроксимации которого наибольшая.

Сигнал с единичного выхода триггера 12 запускает АЦП 14 и сбрасывает преобразователь 2 . выбранном канале.

Код сигнала датчика, адрес опрашивае мого канала, а также признак повтора (сигнал с единичного выхода триг-. гера 16, в данном случае равный "0") поступают в блок 13 считывания и последовательно передаются в канал свя-. зи.По окончании передачи блок 13 вновь выдает сигнал начала цикла и,если попрежнему Е . Е,цикл работы устройства повторяется,как описано выше.

Если соотношение между E и Е п ал изменилось и теперь

Е „(Е (!) то по очередному, первому с начала установления условия (1) сигналу начала цикла триггер 16 устанавливается в состояние 1 и задержанный элементом 17 сигнал начала цикла поступает на счетный вход счетчика 20, вызвав его переход в нулевое состояние. В результате на выходе счетчика 20 появляется сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 21 на нулевой вход триггера 12, после чего работа адаптивного коммутатора продолжается, как описано выше, т.е. осуществляется цикл адаптиBной коммутацию и соответствующая информация передается в канал связи. Отличие состоит лишь в том, что признак повтора в переданном сообщении равен 1" (триггер 16 — в состоянии ) .

Следующие сигналы начала цикла, поступающие при сохранении условия (1) на счетный вход счетчика 20, не вызовут циклов адаптивной коммутации до тех пор, пока с выхода четчика 20 не поступит сигнал на нулевой вход триггера 12. Счетчик 20 должен полностью зайолниться, после чего по следующему сигналу начала цикла; (тп+)) -му с начала установления условия (l), он вьдает сигнал па триггер 12. В результате в канале связи еще (m-1) раз будет персдано предьдущсе сообщение, так как код на выходах АЦП !4 и счетчика 9 сохраняется после предьдущего цикла адаптивной коммутации и признак пов— тора (сигнал с выхода триггера 16) равен !". Затем, после нового цикла адаптивной коммутации, будет передано новое сообщение, котороа также будет повторено еще (m-1) раз, и т.д., т.е. при Е с, < Е, с предлагаемого (mñ устройства в канал связи поступают серии из m одинаковых сообщений.

Число m определлется емкостью счетчика. Так как триггер 16 фиксирует выходной сиглал блока 22 сравнения только на один цикл работь! устройства, изменение условия (1) приводит к остановке на любом шаге процесса повторной передачи информации и переходу устройства в режим работы, соответствующий условию

Е тщх : Е

Таким образом, предлагаемое устройство имеет два режима работы:

1092548

10 однократной передаче, например, если Рош,= 10 2, то при m =3 и V= 2, Рс

2,71"10 4, т.е. достоверность приема улучшается примерно в тридцать раз.

Щ

1 =Е С 1 (<Ð ср Ч, m ош ое

PСоставитель Н.Бочарова

Редактор К.Волощук Техред Л.Мартяшова Корректор 0. Билак

Заказ 3259/35 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 первый Е ) Š— режим с одноМе х кратной передачей адаптивных отсче- тов; второй Е „< Š— режим с

m-кратной передачей адаптивных отсчетов {циклы адаптивной коммутации происходят в m раз реже, чем при работе в первом режиме) .

Повторение сообщений, которое происходит при работе устройства во втором режиме, является простейшим . методом повышения достоверности их опознания на приемной стороне, При этом, на приемной стороне регистрируется то сообщение, которое было опознано большее число раз, чем все другие. Если условиться, что при повторении сообщения т раз регистрируется сообщение, которое опознается V и более разь причем Ч m+1

TA .если ш — нечетно, и Ч > 2 +1, если m — четно, то эффективность метода повторений оценивается следующей формулой: где Р— вероятность того, что сообщение будет стерто или зарегистрировано неверно;

Р— вероятность неправильного опознания сообщения при

Изложенное показывает, что предлагаемый адаптивный коммутатор обеспечивает повышенную достоверность приема информации и, следовательно, повышенную информативность и помехоустойчивость rto сравнению с прототипом. При этом повышение помехоустойчивости достигается за счет уменьшения числа передаваемых избыточных отсчетов и не требует увеличения полосы частот, занимаемой канам лом связи.

Указанные преимущества достигаются благодаря использованию принципа адаптивной коммутации и многократного повторения части передаваемых отсчетов, которое производится за счет уменьшения числа избыточных отсчетов, поступающих в канал связи после адаптивной коммутации. Достижение указанных преимуществ не требует увеличения полосы частот, занимаемой каналом связи, или увеличения удельного расхода энергии полезного сигнала.