Телеизмерительная система с управляющей обратной связью

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в системах телеметрии, телеуправления. Цель изобретения - повышение достоверности принимаемой информации. Система содержит вычислительный блок 6, блок 5 решения, источники 1 сообщения, блок 7 кодирования обратного канала связи, блок 15 памяти, блок 12 хранения числа повторов, счетчик 14 номера каналов, блок 11 синхронизации, приемник 10 решающих сигналов, преключатель 2, кодирующие блоки 3, 7, прямой и обратной каналы связи 4, 9. При этом появляется возможность непрерывного слежения за дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит из погрешности аппроксимации и погрешности от действия помех в канале связи, и поддержания ее на заданном уровне за счет изменения количества повторных посылок. 6 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 08 С 25/02

О11ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВтоРСксму СаиДяткпьСТВ

ГОСУДАРСТНЕККЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4474271/24-24 (22) 16.08.88 (46) 15.06.90. Бюл. К 22 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.А.Васильев, А.А.Рахманкулов, О.В.Воротынский, N.À.Èàðèíåíêî и П.E.Òðèôoíîâ (53) 621.398 (088.8) (56) Кловский Д.:3. Теория передачи сигналов. N. Связь, 1973, с.360-362.

Авторское свидетельство СССР

Р 842918, кл. G 08 С 25/02. (54) ТЕЛЕИЗИЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С

УПРАВЛЯЮЩЕЙ ОВРАТНОР СВЯЗЬЮ (57) Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и может использоваться в системах телеметрии,,телеуправления. Цель изобретения—

„„SU„„1571636 А 1

2 повышение достоверности принимаемой

- информации. Система содержит вычислительный блок 6, блок 5 решения, источник сообщения, блок 7 кодирования обратного канала связи, блок 15 памяти, блок 12 хранения числа повторов, счетчик 14 номера каналов, блок 11 синхронизации, приемник 10 решающих сигналов, переключатель 2, кодирующие блоки 3, 7, прямой и обратный каналы связи 4,9. При.этом появляется возможность- непрерывного слежения эа дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит иэ погрешности аппроксимации и погрешности от действия помех в канале связи, и под- @ держания ее на заданном уровне за счет изменения количества повторных посылок. 6 ил. С:

1571636

Изобретение относится .к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеметрии, телеуправлении и т.д, 5

Цель и зобр ет ения — повышение достоверности принимаемой информации.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2.— структурная схема блока решения; на фиг. 3 — структур- 0 ная схема вычислительного блока; на

:фиг.4 — формат кодового сообщения; на, фиг.5 — схема кодирующего блока 3; на фиг. 6 — схема блока синхронизации. !

Телеизмерительная система (фиг. 1) содержит последовательно соединенные источник 1 сообщения, переключатель

2, кодирующий блок 3, прямой канал

4 связи, блок 5 решений, вычислительный блок 6, кодирующий блок 7 (кодирование обратного канала связи), модулятор 8, обратный канал 9..связи, приемник 10 решающих сигналов, блок

11 синхронизации, блок 12 хранения числа повторов, счетчик 13 повторов, 25 номер канала 14, блок 15 памяти, выход 16 которого является выходом всей системы.

Источник 1 представляет собой набор датчиков, преобразующих измеряемые величины 17 в нормированные электрические сигналы 18.

Переключатель 2 состоит из аналоговых ключей с дешифратором адреса.

Блок 5 решений (фиг.2) предназначен для цикловой синхронизации премника, преобразования последовательного

35 кода в параллельный, подстройки частоты и фазы тактового генератора когерентно с частотой и фазой тактового генератора передающей стороны, выдачи данных и стробирующего импульса в вычислительный блок 6.

Блок 5 состоит из демодулятора 19, сдвигающих,регистров 20 и 21; фазового детектора 22, элемента 23 исключения служебных нулей, фильтра 24 нижних частот, генератора 25 тактовых импульсов, дешифратора 26 и счетчика

27 битов.

Вычислительный блок 6 (фиг.3) со,держит блоки 28 и 29 обработки сигналов, перемножитель 30, сумматоры

31 и 32, регистр 33, преобразователь

34 кодов, узел 35 управления, счетчик

36, преобразователь 37, выход блока

38, счетчики 39 и 40, формирователь сигнала и элемент сравнения 41, счетчик 42, элемент 43 сравнения, задатчик 44 кода, генератор 45.

Блок 11 синхронизации (фиг,6) состоит из счетчиков 46 и 47, дешифратора 48, элемента ИЛИ 49, триггера 50, элемента И 51.

Кодирующий блок 3 (фиг.5) состоит из аНалого-цифрового преобразователя (АЦП) 52, регистра 53, мультиплексоров 54-56.

Кодирующий блок 3 работает следующим образом.

Аналоговый сигнал с выхода комму"татора 2 преобразуется в цифровую форму AIUI 52 и запоминается в регистре 53. В начале цикла работы на вход выбора мультиплексора М1 56 подается сигнал логической 1, а на адресные входы-кодовые комбинации 000-111 с выхода счетчика 46 блока 11. В результате кодовая комбинация цикловой синхронизации с информационных входов передается на выход блока. После передачи символа цикловой синхронизации на вход выбора мультиплексора

М1 56 подается сигнал логического

О, а на такой же вход мультиплексора

М2 55 вЂ, сигнал логической 1 и на выход блока передается номер канала, который поступает от счетчика 14.

После передачи номера кода выбирается мультиплексор МЗ 54 и хранящийся в регистре 53 код передается на выход блока N раз.

Прямой и обратный каналы 4 и 9 связи состоят из передатчика, канала связи и приемника и предназначены для передачи информации на расстояние.

Блок 5 решения работает следующим образом.

Фазовый детектор 22 выдсляет из приходящих от демодулятора последовательных данных сигналы синхронизации и подстраивает частоту генератора 25 синфазно с частотой передатчика.

По переднему фронту синхросигнала последовательные данные записываются в регистр 20 сдвига. Если на выходах регистра 20 появится кодовая комбинация символа цикловой синхронизации

01111110, то на выходе дешифратора

26 по отрицательному фронту синхросигнала сформируется сигнал сброса счетчика 27 битов и запрос на обслуживание. Элемент 23 подсчитывает количество подряд идущих единиц и, если после пяти единиц приходит .О, то на тактовые входы счетчика 27 и регистра 21 сдвига синхроимпульсы от генератора 25 не проходят и, слеЬ 15 довательно, О не записывается s регистр, а исключается. Таким образом, на приемной стороне осуществляется процедура декодирования, обратная кодированию на передающей стороне.

Счетчик 27 считает число информационных битов и после прихода восьми битов формирует строб записи в блок 6, данные в этот момент находятся на вых оде р егис тр а 21 .

Исследование реальных каналов связи показало, что помехи состоят из смеси двух случайных процессов, один иэ которых имеет вид флуктуаций с нормальным законом распределения (это тепловые шумы усилителей мощности, сбои младшего разряда и т.п.}, другой процесс имеет импульсный характер, в общем случае произвольный и заранее неизвестный закон распределе-! ния, причем дисперсия второго процесса значительно выше первого. Дпя такого рода помех наиболее удачным алгоритмом. обработки наблюдений является алгоритм, содержащий элементы отбраковки больших выбросов и элементы усреднения оставшихся после отбраковки данных для борьбы с флуктуационной составляющей.

Блок 6 работает по следующему алгоритму. Проверяется наличие символа синхронизации j. .Принимаемые данные Х расставляются в памяти в (!

1 вариационный ряд где j — индекс номера канала;

N — - число поворотов. значения X J см (e J (ю4)

Х,..., Х отбрасываются и в качестве оценки полезного сообщения вычисляется винзорированное среднее н е. =е

1 Дисперсия этой оценки D

И-Р+ и1-и (1-21)N) ò, (Х 1 -Х ) е (2) я*С

Аналогично вычисляются, оценки полезных сообщений и дисперсии этих оценок для всех остальных каналов.

Благодаря тому, что на приемную подсистему поступают сообщения Х,=

= а + (,, Х„=а + „, где а — полезный сигнал, постоянный во всех N

01 ggP =2 6к, (.1-В.„ (Т )3 где 61 — дисперсия полезного j-ro

xj

35 сигнала;

R (4- нормированная корреляционxj ная функция j-,ãî сигнала.

Числовые параметры RÄ() известны априори (в отличие от вероятностных

40 характеристик помех) и хранятся в памяти, а оценка значения 6„ вычисляется в блоке 6. Дисперсия суммарной погрешности, равная сумме дисперсий

1

D .=D ° + D ann

Jï 3 N(N 1)

1 (1-21(И); у J )

+2@x Р-R„. (T )) ñ Р,„„ (3) 50 не должна превышать заданного значения D . Решая уравнения (3), можно вычислять число повторов N для каж дого канала, но в качестве первой . составляющей дисперсии погрешности

D „ предлагается использовать усредненную характеристику помех D анап логично и для второй составляющей

71636 б посылках; (. — реализация помехи в каждой посыйке, т.е. изменяются толь ко помехи. Таким образом, дисперсия оценки, вычисленная по формуле (2), является характеристикой условий передачи сообщений в данный момент времени. Следовательно, регулируя число повторных передач N можно обеспечить заданную дисперсию погрешности оценки от помех. В устройстве предлагается испольэовать в качестве характеристики помех среднюю дисперсию

D„= — — Е D. для плавной регулировки ш числа повторов передач N.Ïðè возрастании помех в канале связи увеличивается число повторов в каждом канале, что приводит к увеличению интервала. дискретизации, который равен

Т9 п-N.Тинф+Тси у где Т инф интервал времени, отведенный на передачу одной информационнои посылки; Т „- интервал времени, отведенный на передачу служебной информации по всем каналам.

Увеличение интервала дискретизации повлечет за собой увеличение дисперсии погрешности аппроксимации, которая для i-го канала равна (при восстановлении полиномами нулевой сте30 пени) 1571636 дисперсии погрешности аппрокc »»là»j»ø

D ° следует использовать некоторую

j ennP усредненную характеристику для всех каналов D „с учетом того, что инanл

5 тенсивности полезных сигналов близки друг к другу (иногда, например, малоактивные сигналы объединяют в группу (каждая группа занимает одну позиц»»ю ц общем переключателе 2). Введение

»средненнь»х параметров Dn и 0 „„„упроЩает вычисление в блоке 6 и приводит плавной регулировке числа повторов следовательно, и к редким наруше»ниям синхронизации. 15

В случаях, когда недопустимо превыше»»ие суммарной дисперсии погреш»»ости над заданной, усредненные параметры П„и D „„следует заменить на максимальные по всем каналам, т.е.

9 .М4Кс» 111 и РMaKc o

О ц . В этом случае будет обеспечено

1 с»щ гарантированное значение дисперсии суммарной погрешности и плавное регулирование числа повторов N, Вычислительный блок 6 работает следующим образом.

Сигнал запроса на обслуживание

Переводит узел управления 35 в режим приема сообщения. Узел 35 сбрасывает значения счетчиков 40 и 42, записывает в счетчик 39 число повторов каждого сообщения N с выхода преобразователя кода 34, элемент 41 срав35 нения сравнивает первый приходящий ,символ с кодом на выходе счетчика 40 номера канала и, если коды не совпа;дают, то переключается счетчик 4? ошибок. После прохождения всех М каналов счетчик.42 будет хранить число несовпадений символов синхронизации

17 с номером каналов счет п»ка 40.

Это,значение сравнивается элементом

43 сравнения со значением кода на выходе задатчика 44 кодов и, если оно, превышает это значение, то элемент

Ii

43 сравнения выдает на узел 35 сигнал об ошибке синхронизации — тогда при59 нятые отсчеты отбраковываются. Синхросигналы от дешифратора 26 сигналиэируют узлу 35 и приеме очередного символа, уменьшая каждый раз значение счетчика 39. Каждый раз, когда значение счетчика 39 становится равным

55 нулю, происходит перезапись в счетчик . значения N из узла 35 и переключение счетчика 40. Выходной код счетчика

40 является кодом номера канала по которому в формирователь 37 сигнала выбирается вид корреляционной функции. Помер принятого отсчета j в канале подается на адресный вход блока 28 обработки, а значение отсчета — на его информационный вход,. который за время приема последовательности отсчетов одного канала формирует оценку винзорированного средне-п 2 го Х и дисперсии 6. принимаемого .3 »в сообщения. Эти значения сохраняются в блоке 28 обработки во время приема

j+1 сообщения. За это время в блоке

29 обработки вычисляется оценка„дисперсии аппроксимации сообщения 6„

В устройстве 30 перемножения эта оценка умножается на величину (1-R„(n ° )), где значение и определяется счетчиком 36, на вход которого поступают тактовые сигналы от генератора 45 через промежутки времени, равные С . Выходная дисперсия аппроксимации j канала D складывается с дисперсией помехи 1 канала D „. в

М! сумматоре 31, в регистре 33 после суммирования по всем каналам будет находиться значение оценки дисперсии

D которое является интегральной оценкой качества передачи и восстановления информационного сообщения.

В преобразователе кодов значению этой оценки ставится в соответствие значение числа повторов N причем функция преобразования передач N »» восстановления передаваемого сообщения.

Блок 1 I синхронизации работает следующим образом.

Тактовая частота с выхода генератора 25 переключает счетчик 46. Кодовые комбинации на выходе счетчика вызывают подключение одного из входов мультиплексоров к выходу блоков

11 и, таким образом осуществляя преобразование параллельного кода в последовательный. Сигнал переноса счетчика 46 переключает с етчик 47. В начальный момент времени счетчики

46 и 47 находятся в нулевом состоянии, дешифратор 48 формирует сигнал логической 1 выбора мультиплексора

56. После передачи кода цикловой синхронизации счетчик 47 переключается в следующее состояние и дешифратор подключает мультиплексор 55. После передачи кода номера канала дешифратор формирует сигнал на одном из стар1571636

40 ших выводов и через элемент ИЛИ 49 нодключает мультиплексор 54 ° Число состояний счетчика 47, дешифратора

48 и входов элемента 49 больше, чем максимальное число N «, повторов передачи значения параметров в 1. м канале, Блок начинает работу с поступления сигнала синхронизации данных от счет10 чика 27 приемника 10 на вход триггера 50. Триггер устанавливается в единичное состояние и разрешает работу счетчиков 47 и 46. Сигнал переноса счетчика 47 через элемент И 51 пос15 тупает на вход счетчика 13 повторов и вызывает его переключение. Переключение счетчика 13 запрещает элемент И 51 во время передачи символа цикловой синхронизации и передачи кода номера канала.

Блок 12 хранения запоминает двоичный код числа повторов, Счетчик 13 выполнен на основе реверсивных счетчиков с предварительной установкой начала счета. Блок 15 служит для связи телеизмерительной системы с устройством регистрации данных.

Телеиэмерительная система работает следующим образом.

Аналоговая информация с датчиков

1 поступает через переключатель 2 на кодирующий блок 3 и с его выхода через канал 4 связи на блок 5, где преобразуется в параллельный код и передается в вычислительный блок 6. 35

Формат сообщения (фиг.4) представляет собой последовательность кодовых комбинаций цикловой синхронизации (16) в начале сообщения кода номера канала (17) измерительной информации (18), повторенной И раз.

Заканчивается сообщение кодом цикловой синхронизации. Синхронизация сообщения на приемной стороне проверяется кодом номера каналов j(17),j= 45

=1-m, где ш — общее число каналов.

Все сообщение записывается в буферную память блока 6 и одновременно производится его обработка. Если большинство символов синхронизации 50 каналов сбиты и длина сообщения не соответствует расчетной, то сообщение отбрасывается, если же не совпадают лишь некоторые коды j, то считается, что нарушения синхронизации нет. Приуятое сообщение обрабатывается блоком 6 в соответствии с приведенным алгоритмом. После окончания расчета блок 6 выдает сигнал кодирующему блоку 7 начать передачу символов цикловой синхрониэации. После снятия. этого сигнала блок 6 записывает в регистр блока 7 информацию из памяти и заканчивает передачу выдачей сигнала блоку 7, по которому выводятся символы цикловой синхронизации.

Обмен с блоком 7 происходит по сигналу готовности блока 7 к приему новой информации. Закодированная блоком 7 информация через модулятор 8 и через обратный канал 9 связи поступает на вход приемника 10. Информация иэ,регистра блока 10 переписывается в блок 12 и на этом цикл приема по обратному каналу 9 заканчивается.

Счетчик 13 считает импульсы, приходящие .от блока 11, и при достижении нулевого значения переписывает по входам начальной установки код числа повторов N который хранится в блоке

12. Одновременно счетчик 13 выдает импульс переключения на счетчик 14, который подключает с помощью переключателя 2 следующий измерительный канал к блоку 3 кодирования.

Блок 11 синхронизации определяет конец цикла передачи, передает в канал связи кодовую комбинацию цикловой синхронизации и переходит в режим ожидания сигнала начала передачи нового сообщения, Таким образом может быть прием нового сообщения по обратному каналу связи и запись нового значения N в блок 12.

В телеизмерительной системе повышается точность за счет осуществления непрерывного слежения за дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит из погрешности аппроксимации и погрешности от помех в канале связи, и непрерывного регулирования дисперсии суммарной погрешности восстановления за счет изменения количества повторных посылок в соответствии с реальными условиями передачи по каналам связи.

Формула изобретения

Телеизмерительная система с управляющеи обратнои связью, содержащая источники сообщений, выходы которых подключены к одноименным входам группы переключателя, выход которого соединен с первым входом первого кодирующего блока, выход которого через прямой канал связи подключен к входу блока решений, блок памяти, модуля1571636

l2 тоВ, выход которого через обратный каиал связи соединен с входом приемника фешающих сигналов, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью повыше-!

Ф У ниф достоверности принимаемой информации, в него введены вычислительный блок, второй кодирующий блок, блок хранения числа повторов, счетчик повторов, блок аинхронизации и счетчик номера канала, выход которого соединев с входом переключателя, вторым входом первого кодирующего блока и первым входом блока синхронизации, пефвый и второй выходы которого подУ ключены соответственно к тактовому входу первого кодирующего блока и счетчика повторов, выход которого соединен с входом счетчика номера канала, выход приемника решающих сигналов через блок хранения числа повторов подключен к входу счетчика повторов, выходы группы блока решений подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выход которого и блока решений соединены соответственно с первым и вторым входами второго кодирующего блока, выход которого подключен к входу модулятора, 1571б36

07 .У OS OZ N И

Е Е Е 8 Я И (Е Е

Фиаб

Составитель 3.Яизамутдинова

Техр ед М. Ход а нич Корректор М, Пожо

Редактор Е.Копча

Эаказ 1515 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101