Телеизмерительная система

 

1. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА , содержащая на передающей стороне блок прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, входы которого являются входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими . вторыми входами сумматора, выход которого подключен к каналу связи; на приемной стороне содержащая подключенный к каналу связи селектор синхроимпульсов , выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первым входом распределителя импульсов , блок обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, отличающаяся. тем, что, с целью повьппения точности системы, на передающей стороне выходы блока прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда соединены с информационными входами соответствующих ключей, на приемной стороне введены блоки восстановления сигналов, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределителя импульсов § соединены с управляющими входами соответствующих блоков восстановле (/) ния сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу связи, первые выходы блоков восстановления сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров , вторые выходы - с соответствующими входами блока обратного jnpeобразования сигналов по матрице Вандер-Монда, выходы которого подключены к входам соответствующих а нализаторов активности сигналов, первые выходы анализаторов активности сигналов подключены к первым входам соответствующих ключей, вторые выходы - к BTOpipi входам соответствующих ключей и соответствующим вторым входам распределителя импульсов, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов , выходы сумматоров соединены с соответств.ующими информационными вхо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9322 A (19) (И) 3(ю С 08 С 19/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ

3 й)1Е А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3524295/18-24 (22) 27.10.82 (46) 23.06.84. Бюл. N- 23

{72) Л.Г. Журавин, А.Г. Певзнер, E.È. Семенов и И.А. Черкасская (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) . (53) 621.398(088.8) (56) 1. Босый H.Ä., Игнатов В.А.

Многоканальные системы передачи информации, M. "Знание", 1974, с. 22-24, рис. 6.

2. Авторское свидетельство СССР

В 845168, кл. G 08 С 19/28, 1.979 (прототип).

3. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., .Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС, M. "Советское радио", 1980, с. 75-77, рис. 32. (54) (57) 1. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая на передающей стороне блок прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Ионда, входы которого являются входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими вторыми входами сумматора, выход которого подключен к каналу связи; на приемной стороне содержащая подключенный к каналу связи селектор синхроимпульсов, выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первым входом распределителя импульсов, блок обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, отличающаяся . тем, что, с целью повьйпения точности системы, на передающей стороне выходы блока прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Ионда соединены с информационными входами соответствующих ключей, на приемной стороне введены блоки восстановления сигналов, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами

И

9 соответствующих блоков восстановления сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу связи, первые выходы блоков вОсстановления сигналов соединены с Я первыми входами соответствующих сум- маторов, вторые выходы — с соответствующими входами блока обратного пре- ) а образования сигналов по матрице Ван- р дер-Монда, выходы которого подключены к входам соответствующих анализаторов активности сигналов, первые выходы анализаторов активности сигналов подключены к первым входам соответствующих ключей, вторые выходы — к вторь(и входам соответствующих ключей и соответствующим вторым входам распределителя импульсов, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы сумматоров соединены с соответствующими информационными вхо1099322 налов. дами коммутаторов, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих ключей, выходы ключей соединены с соответствующими входами сумматоров н соответствующими выходами системы.

2. Система по п.1, отличающ а я с я тем, что анализатор активности сигналов выполнен на фильтре нижних частот, пиковом детекторе и элементы сравнения, выход пикового детектора соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к шине постоянного напряжения, входы фильтра нижних частот и пикового детектора объединены и являются входом анализатора актив-. ности сигналов, выхоД фильтра нижних частот и выход элемента сравнения являются соответственно первым и вторым выходами анализатора активности, сигналов.

Изобретение относится к телеизмерениям и может быть использовано для передачи аналоговых сообщений по проводным линиям, волноводам, радиолиниям и т.д. 5

Известна телеизмерительная система, содержащая ключи, входы которых подсоединены к соответствующему входу системы, другие ключи с объединенными входами и выходами, подключенными через соответствующие демодуляторы к выходам системы, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов„ распределитель импульсов, выходы которого подключены к другим входам соответствующих ключей, фор, мирователь синхроимпульсов, сумматор, к другим входам которого подключены выходы соответствующих ключей, канал связи, селектор синхроимпульсов, второй генератор тактовых импульсов и второй распределитель импульсоа, выходы которого подключены к другим входам соответствующих других ключей, входы которых подключены к выходу канала связи (1$.

Недостатком данной системы являетсЮ невысокая точность, так как для

3. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что блок восстановления сигналов выполнен на сумматоре, элементе памяти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента памяти, выход которого соединен с первым входом первого интегратора и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, вторые входы сумматора и первого интегратора объединены и подключены к информационному входу блока восстановления сигналов, второй вход блока памяти и третий вход первого интегратора объединены и подключены к управляющему входу блока восстановления сигналов, выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами блока восстановления сигуменьшения погрешности восстановления необходимо выбирать частоту дискретизации в соответствии с экстремаль. ной динамичностью входных сигналов, что связано с увеличением расхода пропускной способности канала связи.

Наиболее близкой к предлагаемой является телеизмерительная система, содержащая блок прямого ортогонального преобразователя по Уолшу (ОПУ), и входов которого присоединены к входам системы, а каждый из выходов— к дополнительным входам соответствующих других сумматоров и через соответствующие последовательно соединенные блоки памяти и разности (БПР) и другой сумматор — к измерительным входам ключей, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом сумматора; последовательно соединенные генератор тактовых импульсов (ГТИ), распределитель импульсов РИ и формирователь синхроимпульсов (ФСИ), вход последнего подсоединен к дополнительному входу сумматора, другие выходы РИ подсоединены к управляющим входам соответствующих ВПР и ключей, выход сумматора через канал связи

Э 109 подсоединен к входу селектора синхроимпульсов ССИ и измерительным выходам других ключей, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока памяти, выход каждого из блоков памяти соединен соответствующим входом блока обратного ортогонального преобразования по Уолшу (ООПУ), выходы которого соединены с соответствующими выходами системы; 10 последовательно соединенные селектор синхроимпульсов ССИ, другой генератор тактовых импульсов и другой рас,пределитель импульсов., выходы последнего подсоединены к управляющим 15 входам соответствующих других клю. чей (2j.

Однако указанная система обладает . ограниченной точностью из-за применения малоэффективной экстраполяции нулевого порядка.

Цель изобретения — повышение точности системы.

Указанная цель достигается тем, 25 что в телеизмерительной системе, содержащей на передающей стороне блок прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, входы которого являются входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределителя импуль- 35 сов соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими вторыми входами сумматора, выход которо» го подключен к каналу связи; на при- 4О емной стороне содержащая подключенный к каналу связи селектор синхроимпульсов, выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первым входом распределителя импульсов, блок45 обратного преобразования сигналов пб матрице Ван-дер-Монда и ключи, на передающей стороне выходы блока прямого преобразования сигналов по матрице

Ван-дер-Монда соединены с инфармациои- 5О ными входами соответствующих ключей, на приемной стороне в систему введены блоки восстановления сигналов, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы 55 распределителя импульсов соединены с: управляющими входами соответствующих блоков восстановления сигналов, ин9322 4 формационные входы которых объединены и подключены к каналу связи, первые выходы блоков восстановления сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые выходы — с соответствующими входами блока обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, выходы которого подключены к входам соответствующих анализаторов активности сигналов, первые выходы анализаторов активности сигналов подключены к первым входам соответствующих ключей, вторые выходы — к вторым входам соответствующих ключей и соответствующим вторым входам распределителя импульсов, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы сумматоров соединены с соответствующими информационными входами ком- мутаторов, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих ключей, выходы ключей соединены с соответствующими входами сумматоров и соответствующими выходами системы.

Кроме того, анализатор активности сигналов выполнен на фильтре нижних частот, пиковом детекторе и элементе сравнения, выход пикового детектора соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к шине постоянного напряжения, входы фильтра нижних частот и пикового детектора объединены и являются входом анализатора активности сигналов, выход фильтра нижних частот и выход элемента сравнения являются соответственно первым и вторым выходами анализатора активности сигналов.

Блок восстановления сигналов выполнен на сумматоре, элементе памяти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента памяти, выход которого соединен с первым,р входом первого интегратора и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, вторые входы сумматора и первого интегратора объединены .и подключены к информационному входу блока восстановления сигналов, второй вход блока памяти и третий вход первого интегратора объединены и подключены к управляющему входу блока восстановления

1099322 сигналов, выходы первого н второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами блока восстановления сигналов.

Благодаря этому на основе преобразователя с матрицей Ван-дер-Монда осуществляется экстраполяция любого порядка на пс,тактов, где п — число активных каналов, в отличие от экстраполяции нулевого порядка на М тактов l0 в прототипе.

На фиг. 1 представлена структурная схема всей системы; на фиг. 2 структурная схема одного из вариантов второго распределителя импульсов 1S приемной стороны; на фиг. 3 вЂ, структуриая схема одного из вариантов анализатора активности сигналов; на фиг. 4 — структурная схема выполнения блока восстановления сигналов. 20

Телеизмерительная система содержит на приемной стороне генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ 1), распределитель 2 импульсов (РИ 2), формирователь 3 синхроимпульсов (ФСИ 3), сумматор 4, ключи 5, блок 6 прямого преобразования сигналов по матрице Вандер-Монда, на приемной стороне генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ 7), распределитель 8 импульсов (РИ 8), о блок 9 обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, селектор 10 синхроимпульсов, ключи 11, блоки 12 восстановления сигналов, коммутаторы 13, анализаторы 14 активности сигналов и сумматорь 15, а также канал 16 связи.

Распределитель 8 импульсов содержит (фиг. 2) распределитель 17, ключ

18, распределитель 19, элементы 20 И,, элемент 21 ИЛИ, счетчик 22 импульсов, генератор 23 тактовых импульсов.

Анализатор 14 активности сигналов содержит (фиг. 3) фильтр 24 нижних частот„ пиковый детектор 25, элемент

26 сравнения, шину 27 постоянного напряжения (уровень напряжения на ши.не 27 равен величине максимально допустимой погрешности сигналов с помощью оценки текущего среднего).

5 3

Блок 12 восстановления сигналов содержит (фиг. 4) элемент 28 памяти, интеграторы 29 и 30, сумматор 31. Генератор 1 тактовых импульсов и синхронизируемый генератор 7 тактовых им- пульсов предназначены для генерации последовательности тактовых импульсов соответственно на передающей и при"-..ìной стороне. Распределитель 2 импульсов предназначен для того, чтобы под действием входных импульсов последовательно формировать импульсы на своих выходах. Формирователь 3 синхроимпульсов предназначен для синхронизации генераторов 1 и 7. Канал связи служит для передачи сигналов измерительной информации от передающей стороны к приемной. Селектор 10 синхроимпульсов предназначен для выделения синхроимпульсов из входного сигнала приемной стороны и синхронизации работы задающих генераторов 1 и 7 приемной и передающей сторон системы. Все указанные блоки берутся типовыми.

Распределитель 8 импульсов предназначен для последовательной выдачи синхроимпульсов на первые свои выходы (на синхровходы 12) по мере поступления импульсов на первый вход (от ГТИ 7), а также для формирования импульсов на вторых выходах с целью последовательного подключения через коммутаторы 13 выходов сумматоров 15 к тем выходам системы, которые соответствуют единичным вторым входам распределителя 8 (вторые выходы блоков 14).

Распределитель РИ 8 работает следующим образом (фиг. 2). С выхода распределителя 17 синхроимпульсы пос— тупают на входы управления блоков 12.

Последний из этих импупьсов в каждом цикле работы распределителя 8 запускает ключ 18, через который на вход распределителя 19 начинают поступать от re ератора 23 импульсы, следующие с частотой большей, чем импульсы от генератора 7. На выходе распределителя 19 поочередно появляются импульсы, ".проходящие на выход тех элементов

20 И, на втврых входах которых имеются логические единицы (с выходов анализатэуев 14, соответствующих активным ка.аабрам), Через элемент 21 импульсы соаиадания от элементов 20 поступают иа счетный вход счетчика 22, котоумй бьш до этого установлен в состояние "+1" и код которого уменьшается на единицу с каждым счетным импульсом на входе (это реализуется с помощью обычного двоичного счетчика, если подключить на выход инверсные выходы триггеров).

Благодаря этому коммутаторы 13 активных каналов будут установлены в со".;-ояние N, N-1..., N-п +1, где пцчисло активных .каналов. Выходной им1099322

1 1 ... 1

2

0 10(2 ° ° - OLN

B=A

Ч-1, Я-1

2 где А — постоянный коэффициент для регулирования динамического

ЗО диапазона; (1

11

=1,2, М вЂ” неравные нулю и друг другу числа.

Практически целесообразно выбирать величины с(. такими чтобы велий-1

1 Э чины rk; как можно меньше отличались от единицы. Это важно для сохранения динамического диапазона входных сигналов. Например, при N=18 и числах во второй строке матрицы й1;

+1 0,01; f 1 0,02; + 110,03; + 1+0,04 наименьшие и наибольшие по модулю числа в 18-ой строке будут /d," /=.

=0 96 =0 50 Ус(" =1 04Е 1 =

=1,94. Блок 9 реализуется на основе

N N-входовых сумматоров, вес N входов каждого из которых соответствует элементам матрицы В (пример реализации блока 9 дан в $3) ).

50

Ключи 11 предназначены для пропускания на выход либо сигнала с первого выхода анализатора 14 (если на управляющем входе ноль), либо сигнала от коммутатора 13, если на управляющем .входе, подсоединенном к второму выходу анализатора 14, сигнал "1". Ключ пульс останавливает ключ 18 до следующего момента коррекции коммутаторов 13.

Блок 6 прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда предназначен для преобразования Н входных ,Ф сигналов Х () в N выходных V(t) в соответствии с выражением V(t) =BxK(t) где  — квадратная (NxN) матрица

Ван-дер-Монда.

Матрица Ван-дер-Монда, в отличие от матрицы Уолша в прототипе имеет то преимущество, что при вычеркивании любых К столбцов и К соседних строк (или же К-и последних строк и и первых строк, где-n

11 реализуется на основе двух клю-. чей 5 и логического инвертора.

Блоки 12 предназначены для восстановления аналоговых сигналов на осно- . ве выборок, поступающих на вход. На выходах блоков 12, соединенных с сумматорами 15, формируются экстраполированные процессы (без задержек во времени); на выходах, связанных с блоком 9, — интерполированные (с задержкой во времени, на с уменьшенной погрешностью дискретизации).

Блок 9 обратного преобразования предназначен для преобразования входных сигналов в соответствии с матрицей, обратной матрице Ван-дер-Монда: х (t) = В С (t). Матрица В находится в соответствии с известными правилами обра ;ения матриц таким образом, -1 что В х В . Реализуется блок 9 таким же образом, как и блок 6. !

Анализатор 14 предназначен для определения активности входных сигналов и формирования в соответствии со степенью активности выходного двоичного сигнала на втором выходе блока анализатора 14, связанного с распределителем 8, а также для формирования на первом выходе текущего среднего значения входного сигнала анализатора 14 °

Сумматоры }5 имеют единичный суммирующий вход, связанный с экстрапо.— ляционным выходом соответствующего анализатора 14 и N вычитающих входов, вес которых определяется элементами соответствующей строки матрицы Вандер-Монда. Когда выходы части или всех сумматоров 15 подключены через ключи

i1 к соответствующим выходам всей системы, совокупность пс сумматоров и ключей 11 реализует векторное уравнение

7 (t) - В g+(t) 0 паз "a

Ф где  — часть матрицы Ван-дер-Монна да, состоящая из пд строк,. соответствующих п последним тактам передачи отсчетов сигналов;

V<р (t) э

X" (t) — выходные сигналы системы.

Коммутаторы 13 предназначены для последовательного подключения N входных сигналов на свой выход. Переключение коммутатора происходит по мере поступления тактовых импульсов с вы1099322

9 хода генератора 7, а при подаче синхроимпульсов от распределителя 8 коммутатор 13 принимает состояние, определяемое кодом на установочных входах. 5

Телеизмерительная система работает следующим образом.

Входной ансамбль сигналов 7(t) преобразуется с помощью блока 6 в ансамбль сигналов Y(t), компоненты ко- 10 торого в вице выборок (отсчетов) поступают, в канал 1б связи через клю- чи 5, управляемые импульсами распределителя 2, и сумматор 4 вместе с синхроимнульсом, формируемым формиро- 15 вателем 3. На выходы коммутаторов 13, соответствующих активным каналам, поступают через соответствующие сумматоры 15 выходные экстраполированные сигналы блоков 12 с наименьшими по- 20 грешностями экстраполяции, т.е.

У ф„,Y (6„„ ..., „ -n «(k„-n é)

25 где t - текущий момент; и — число активных каналов; — номер канала, для которого на данном К-том такте работы канала 16 связи поступил очередной отсчет, обнуливший погрешность экстраполяции процесса у (t) в момент

tg, Скользящее переключение коммутаторов 13 осуществляется под действием тактовых импульсов генератора 7 и указанная особенность — подключение к выходам коммутаторов 13 и процес1 1 сов Y (t) с наименьшими погрешностя1

40 ми экстраполяции — постоянно поддерживается. Например, при n+=1 на выход коммутатора 13 активного канала все время подключен сигнал Y>(t), отсчет которого только что пришел из канала 16 связи. Если число или

45 номера активных каналов меняются, то происходит коррекция коммутаторов (на каждом цикле работы распределителя 8).

На приемной стороне синхроимпульс выделяется селектором 10 и используется для синхронизации генератора 7, импульсы которого через распределитель поочередно запускают блоки 12, в которых происходит восстановление ансамбля аналоговых сигналов Y(t)..

Интерполированные сигналы Y„(t) поступают в коммутатор 13, на выходе которого получаются входные сигналы всей системы P>(t), проходящие после осреднения на соответствующие первые выходы ананизатора 14. Если на вторых выходах анализатора 14 имеются логические сигналы "О", то сигналы

Х11(t) через ключи 11 поступают на выходы системы.

Если входные сигналы имеют малую дйнамичность, то .погрешности интерполяционного восстановления из-за осреднения в анализаторах 14 невелики. Если же часть компонент входного ансамбля Х (t) начинает активно изменяться и необходимо перейти на экстраполяционное восстановление, то на вторых выходах соответствующих анализаторов 14 появляется сигнал "1" и к соответствующему выходу системы через ключи 11 подключаются выходы соотвеч— ствующих коммутаторов 13. При этом на установочные входы коммутаторов 13 . от распределителя 8 поступают установочные и синхросигналы таким образом, что при этом для активных каналов в любой момент времени совокупность коммутаторов 13, сумматоров 15 и ключей 11 осуществляет решение векторного уравнения у„(t) — В„X (t) = 0 или

В„х Х (t)+E„(t)-8< Х (t) =0 (1) где Е„ (t)-и — компонентный вектор погрешности экстраполяции сигналов Yq „(Й)

1а1 как неактивные сигналы восста" навливаются с малой погрешностью дискретизации (нри помощи интерполяции и последующего усреднения в анализаторах 14), то иэ уравнения (1) следует

Вп X„(t)+r-„И) Ви Хэ(t)-0, (2) где X и (t) и7 (t) ng — компонентный

GI вектор входных и выходных сигналов в активных каналах системы соответственно.

Так как по определению матрицы

Ван-дер-Монда часть матрицы В сос"а тоящая из столбцов, соответствующих

1099322

12 активным каналам, имеет ненулевой определитель, то можно обе части соотношения (2) умножить на обратную матрицу В„, после чего получают

"a

X3(t) и () + в„ Е„ (е) (3)

Как следует из соотношения (3), погрешности восстановления активных сигналов определяются экстраполяционными погрешностями не всех, а лишь .п сигналов вектора Y>(t), причем экстраполировать приходится не на К, а не более, чем на п тактов. Как известно, максимальная погрешность экстраполяции полиномом и-ой степени определяется остаточным членом ряда

Тейлора. л п \ и+1 где И + - модуль-максимум (n+1)-ой производной сигнала, откуда следует выигрыш в максимальной погрешности экстраполяции по сравнению с циклической системой без блоков 6 и 9 в и+

К (— ) раз. пд

Например, при линейной экстраполяции (и 1) и коэффициенте .загрузки систе зд 1 мы К = — получают максимальN N ный выигрыш К К, тогда как в прототипе максимальный выигрыш может быть толька N крат. .Таким образом, в предлагаемой системе обеспечивается значительное повышение точности.

1099322

1099322 .Л

Н сюнзрюйвбан йока Ш

ВНИИПИ Захар 4374/40 Тираж 569 Подписное

Филиал ППП "Патеит", г,Ужгород, ул.Проехтиая, 4