Устройство для передачи радиотелеметрических сигналов

 

Использование: для непрерывного и одновременного контроля большого числа различных параметров. Сущность изобретения: в состав устройства для передачи радиотелеметрических сигналов входят приемник, АЦП, блок ключей, первый переключатель, декодер команд, сдвиговый регистр, второй переключатель, синхронизатор телеметрического формата, элементы 2И, первый и второй одновибраторы, генератор псевдослучайной последовательности, триггер, счетчик, элемент И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, счетчик ошибок, блок сравнения, перестраиваемый генератор, распределитель, формирователь, усилитель импульсов питания, коммутатор, измерительные мосты, элемент ИЛИ, сумматоры, аналого-цифровые преобразователи, преобразователь кода, фильтр низких частот, модулятор, формирователь синхроимпульсов, радиопередатчик. Работа устройства основана на сравнении бит за битом вторым элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ априорно известного двоичного числа, записанного в регистры генератора псевдослучайной последовательности, с копией этого сигнала, восстановленной с регулируемым уровнем регенерации и фазированной с точностью до бита. По результатам сравнения осуществляется изменение частоты тактового генератора, т.е. скорости передачи данных. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к радиотелеметрическим устройствам, может быть использовано для непрерывного и одновременного контроля большого числа различных параметров.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, распределитель, формирователь импульсов питания, усилители импульсов, коммутатор, измерительные мосты, элемент ИЛИ, одновибраторы, сумматоры, счетчик адреса, блок памяти, радиоприемник, декодер команд, цифроаналоговые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, преобразователь кода, состоящий из ключей, фильтр низких частот, модулятор, радиопередатчик [1].

Недостатком данного устройства является низкая надежность в условиях помех либо других факторов, оказывающих воздействие на радиоканал. Как правило, показателем качества канала передачи данных является вероятность искажения элементарного символа. Нормальная работа устройства возможна из предположения, что вероятность искажения элементарного символа находится в заданных пределах P_пр ≥ [P_пр]_доп Скорость передачи информации будем измерять числом двоичных единиц сообщения, передаваемых в одном элементе кода, т.е.

V = log₂ M/n, где n - число элементов в коде; M - число сообщений.

Обобщенной характеристикой дискретного канала является верность передачи информации, оцениваемая вероятностью P_o ошибочного единичного элемента или вероятностью P(≅ 1, m) приема m-разрядной кодовой комбинации (блока информации) с ошибками.

Реальная скорость передачи V_р = P_прV, и в случае нарушения P_пр ≥ [P_пр]_доп передача с заданной скоростью невозможна. Для устранения данного недостатка предлагается в качестве оценки вероятности P_пр использовать коэффициент ошибок по единичным элементам (кодовым комбинациям).

P = K/V_t, где K - число обнаруженных ошибок принятых единичных элементов (кодовых комбинаций);
V - реальная скорость передачи;
t - время измерения.

Величина K может быть измерена методами тестового контроля.

Таким образом, предположение P_пр ≥ [P_пр]_доп приводит к необходимости назначать скорость передачи информации, в противном случае устройство неработоспособно.

Все этот ограничивает область достоверной передачи телеметрической информации. Однако использование тестового контроля позволит без существенных изменений характеристик сигнала повысить надежность устройства при работе и широком диапазоне изменения величины ошибок.

Цель изобретения - устранение указанного недостатка, то есть повышения достоверности передаваемой информации за счет автоматического управления скоростью передачи данных.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, предназначенное для передачи телеметрических сигналов, содержащее формирователь импульсов 3, выход которого соединен со вторым входом распределителя 2, усилители импульсов питания (по числу параметров), входы которых объединены с одноименными выходами элемента ИЛИ 7, управляющими входами коммутатора 5 подключены к одноименным выходам распределителя 2, первый и второй выходы каждого усилителя импульсов питания 4.1...4.К соединены с первым и вторым входами одноименного 6.1. ..6.К измерительного места подключен к шине нулевого потенциала, второй выход соединен с одноименным сигнальным входом 5 коммутатора, выход элемента ИЛИ 7 подключен к входу счетчика 11 адреса и через последовательно соединенные 8, 9 первый и второй одновибраторы к стробирующему входу коммутатора, выход которого соединен с первым входом первого цифроаналогового преобразователя 15, вход которого соединен с адресным входом блока 12 памяти, радиоприемник 13, выход которого подключен к приемной антенне, декодер команд 14, выход которого подключен к информационному входу блока 12 памяти, выход формирователя 3 синхроимпульсов подключен к соответствующему выходу распределителя 2, выход радиопередатчика 22 соединен с передающей антенной, вход - с выходом модулятора 21, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот 20, вход которого соединен с выходом второго сумматора 19, первый вход которого соединен с выходом формирователя 1 синхроимпульсов, второй вход второго сумматора 19 соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя 18, выход первого сумматора соединен с информационным выходом аналого-цифрового преобразователя 16, управляющие входы которого соединены со стробирующими входами коммутатора 5, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к входам соответствующих ключей 17.1 - 17.3 преобразователя кода 17, одноименные выходы ключей преобразователя объединены в группы и подключены к соответствующим входам второго 18 цифроаналогового преобразователя, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к информационному входу блока 12 памяти, введены АЦП 23, вход которого соединен с выходом радиоприемника 13, а выход - с блоком ключей 24, выход которого соединен с первым входом переключателя 25, к первому входу которого подключен выход триггера 37, первый выход переключателя 25 соединен с входом декодера команд 14, а второй выход последовательного сдвигового регистра 26, выход которого соединен с первым входом второго переключателя 28, выход которого соединен со входом синхронизатора телеметрического формата 30, первый выход которого подключен к входу элемента 2И 27, а второй выход - к входу первого одновибратора и к входу триггера 37, выход которого соединяется с первым входом элемента 2И 42, со вторыми входами переключателей 28 и 25, со вторым входом элемента 2И 29, а инверсный выход с выходом счетчика 30, третьими входами переключателей 28 и 25 и вторым входом элемента 2И 27, выход которого соединен со входом декодера 14, выход одновибратора 31 подсоединен ко второму входу генератора 32 псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40, первый вход которого соединен со вторым выходом переключателя 28, а выход с первым входом элемента 2И 41, выход которого подключен ко второму входу элемента 2И 42, выход которого подсоединяется ко входу счетчика ошибок 52, выходы которого соединены со входами блока сравнения 53, в котором перемычками установлен код порога, а его выходы подключены к управляющим входам перестраиваемого генератора 55, импульсы синхронизации поступают на первый вход элемента 2И 29, на вход второго одновибратора 36, на С-вход счетчика 50, на первый вход генератора 32 псевдослучайной последовательности, выходы счетчика 50 перемычками подключаются на входы элемента И 39, выход которого соединен с К-входом триггера 37.

Введение в устройство дополнительных элементов позволяет в отличие от прототипа подсчитывать величину ошибок (оценка состояния канала передачи данных), назначать реальную скорость передачи данных, что способствует повышению достоверности передачи информации, а также расширяет функциональные возможности устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы работы.

Устройство (фиг. 1) содержит приемник 13, АЦП 23, блок ключей 24, первый переключатель 25, декодер команд 14, сдвиговый регистр 26, второй переключатель 28, синхронизатор телеметрического формата 30, элементы 2И 29, 27, 41, 42, первый и второй одновибраторы 31 и 36, генератор 32 псевдослучайной последовательности, триггер 37, счетчик 50, элемент И 39, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40, счетчик ошибок 52, блок сравнения 53, перестраиваемый генератор 55, распределитель 2, формирователь 3, усилитель 4.1-4.К импульсов питания (по числу измеряемых параметров), коммутатор 5, измерительные мосты 6.1-6.К элемент ИЛИ 7, первый и второй одновибраторы 8, 9, первый сумматор 10, счетчик адреса 11, блок 12 памяти, цифроаналоговый преобразователь 15, аналого-цифровой преобразователь 16, преобразователь кода, состоящий из трех ключей 17.1-17.3, второй цифроаналоговый преобразователь 18, второй сумматор 19, фильтр 20 низких частот, модулятор 21, радиопередатчик 22, формирователь 1 синхроимпульсов.

Синхронизатор 30 телеметрического формата состоит из 15-разрядного сдвигового регистра 30.1, 15-разрядного блока сравнения 30.2, в котором перемычками задается код искомой последовательности, блока суммирования 30.3, цифрового компаратора, в котором при помощи внутреннего переключателя перемычками задается параллельный код порога. Каждый из переключателей 25 и 28 состоит из двух элементов 2И 25.1, 25.2 : 28.1, 28.2. Блок ключей 24 состоит из ключей 24.1, 24.2, 24.3.

Генератор 55 содержит три ключа, с помощью которых на собственно генератор подается напряжение различного уровня. Частота импульсов на выходе генератора зависит от уровня напряжения, поступающего на его вход.

Работа устройства основана на выделении тестового сигнала, побитового сравнения элементом 40 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ априорно известного двоичного числа, записанного в регистры генератора псевдослучайной последовательности 32, с копией этого сигнала.

Компаратор 53 выполнен по схеме, согласно которой установлены пороговые значения подсчитанных ошибок. При превышении этих порогов сигнал с выхода компаратора подается на одну из трех линий, т.е. на один из трех ключей генератора 55.

Приемное устройство 13 осуществляет прием сигналов радиолинии КАИМ-ЧМ, на его выходе информация имеет вид КАИМ (сигнал А, фиг. 2). Для работы цепи регулировки скорости передачи ТМ-информации необходимы сигналы, представленные в виде цифрового последовательного потока, поэтому информация в КАИМ-виде преобразуется с помощью АЦП 23 в параллельный код, а с помощью ключей 24.1-24.3 в последовательный (сигнал Б, фиг. 2). Последовательный цифровой поток в виде ПСП, порожденный, например, примитивным многочленом F(X) = X⁴+X+1, поступает на первый переключатель 25 (сигнал Б, фиг. 2), на первом управляющем входе которого нет сигнала (1-й вход элемента 2И 25.1), а на второй вход (2-й вход элемента 2И 25.2) подается сигнал высокого уровня, и поэтому информационный поток поступает в сдвиговой регистр 20 (сигнал В, фиг. 2), длина которого соответствует длине тестовой последовательности (пусть для примера в качестве нее будет последовательность из десяти единиц). Далее с выхода регистра 20 поток поступает на первый вход 2-го переключателя 28 аналогично 1-му переключателю 25, затем поток попадает на синхронизатор ТМ-формата 30 в 15-разрядный сдвиговый регистр с выхода которого через элемент И 27 следует на декодер команд 14. Все узлы устройства тактируются с помощью сигналов битовой синхронизации (сигнал К, фиг. 2). Пусть синхронизатор 30 реагирует на 15-разрядную последовательность вида 000011001111100, вслед за которой следует тестовой поток 1111111111, допускает до двух ошибочных битов в этой последовательности. После обнаружения этой последовательности синхронизатором 30 сигнал с его выхода поступает на генератор 32 ПСП (сигнал Д, фиг. 2) и осуществляет в 1,2,3-м регистрах генератора 33, 34, 35 запись числа 1111111111 (десять единиц). На второй вход генератора поступают сигналы синхронизации. Одновременно сигнал с синхронизатора 30 поступает на вход триггера 37, что приводит к появлению высокого потенциала на его выходе (сигнал Е, фиг. 2), низкого на инверсном (сигнал Ж, фиг. 2), в результате чего счетчик 50 начнет счет тактовых импульсов, цифровой поток, следующий за тестовой последовательностью, будет идти с первого выхода первого ключа 25 сразу на декодер 14 команд, импульсы синхронизации начнут "вытеснять" информацию регистра 26 через элемент 29 2И, которая со второго выхода переключателя 28 будет попадать на первый выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40, на второй вход которого будет поступать последовательность из генератора 32 ПСП (сигнал Н, фиг. 2), а с выхода будет поступать на первый вход элемента И 41, на второй вход которого поступают сигналы с выхода второго одновибратора 36, представляющие собой короткие импульсы, появляющиеся в середине сравниваемых битов (сигнал П, фиг. 2). Выход элемента И 41 соединен со вторым входом элемента "2И" 42, который обеспечивает прохождение сигналов на вход счетчика ошибок 52, только во время теста. Сигнал низкого уровня на выходе триггера 37 поступает также на второй вход элемента И 27, который рассоединяет выход 15-разрядного регистра 30.1 и вход декодера команд 14. Как только на выходе счетчика 50 появится комбинация, соответствующая длине тестовой последовательности, на выходе элемента И 39 появится импульс (сигнал И, фиг. 2), который перебросит триггер 37 в противоположное состояние (сигналы Е и Ж, фиг. 2), что приведет к сбросу содержимого регистров 26 и 30.1 и прекращение поступления сигналов ошибок на вход счетчика ошибок 52.

Импульсы, соответствующие выявленным ошибкам в тестовом потоке, поступают на счетчик 52 (сигнал П, фиг. 2), на четырехразрядной выходной шине которого выставляется число подсчитанных импульсов ошибок (сигнал С, фиг. 2). На блоке компаратора 53 заранее установлены уровни порогов А и В. При попадании числа ошибок в одну из трех областей <А, >А, <В, >В, на выходе компаратора на одном из трех выходов устанавливается сигнал высокого уровня (сигнал Т, фиг. 2). В соответствии с сигналом на той или иной линии открывается один из трех ключей, с выхода которого подается определенное напряжение на генератор импульсов, управляемый напряжением.

Импульсы с управляемого генератора 55 поступают на запуск формирователя 3 импульсов питания и на распределитель 2. Сформированные импульсы с формирователя 3 через распределитель 2 поступают на элемент ИЛИ 7 и усилители 4.1 - 4.4 импульсов питания. С выходов усилителей 4.1 - 4.К импульсы питания поступают на измерительные мосты 6.1 - 6.К. Сигналы разбаланса измерительных мостов в виде периодических последовательностей амплитудно-модулированных импульсов подаются на коммутатор 5 сигналов, который управляется импульсами с распределителя 2. Строб-импульсы поступают на коммутатор 5 с выхода одновибратора, запуск которого производится импульсами с выхода элемента ИЛИ 7 через первый одновибратор 8. Временное положение строб-импульсов в середине импульсов разбаланса обеспечивает стробирование (вырезку средней части) импульсов разбаланса, свободной от выбросов, вызванных паразитными емкостями измерительных цепей. Простробированный сигнал поступает на первый вход сумматора 10.

Устройство для передачи телеметрических сигналов работает в режимах "Балансировка", "Измерение". Установка режимов осуществляется оператором на приемном конце.

Поступивший по радиолинии на приемник 13 код команды на заданный режим поступает далее через АЦП 23, блок ключей 24, переключатель 25, на декодер команд 14, с последнего сигнал команды "Балансировка" переводит блок 12 памяти в режим записи, а сигнал команды "Измерение" - в режим считывания. В режиме "Балансировка" производится запись в блок 12 цифровой информации о начальном разбалансе датчиков соответствующих каналов с выхода аналого-цифрового преобразователя 16.

В режиме "Измерение" с блока 12 считывается цифровая информация о начальном разбалансе и поступает в первый цифроаналоговый преобразователь 15, который формирует аналоговый сигнал компенсации начального разбаланса, поступающий на вход первого сумматора 10.

В первом сумматоре 10 формируется сигнал, содержащий только измерительную информацию, который поступает на вход блока 16. Блок 16 преобразует входной сигнал в обычный двоичный код.

С выходов блока 16 двоичный код поступает на преобразователь кода, который формирует последовательный код. Далее преобразование достигается с помощью ключей 17.1 - 17.3. Ключи 17.1 - 17.3 открываются последовательно во времени сигналами управления с распределителя 2, при этом последовательно формируются кодовые группы, снимаемые с выхода ключей. Преобразованный код поступает на второй ЦАП 18, который формирует из цифровых сегментов аналоговые.

Сигнал с выхода второго 18 ЦАП поступает на первый вход второго сумматора 19, на второй его вход поступает кодовая группа синхроимпульсов с формирователя 1 синхроимпульсов. С выхода второго сумматора 19 синхрогруппа и сигнал КАИМ поступают на фильтр 20 низких частот, который пропускает только первую гармонику сигналов, тем самым дополнительно сужает полосу частот модулирующего сигнала. С выхода фильтра 20 сигнал поступает на модулятор 21, который формирует частотно-модулированный сигнал КАИМ-ЧМ, обеспечивающий повышенную помехоустойчивость устройства. Сигнал КАИМ-ЧМ поступает на радиопередатчик 22.

Оценим положительный эффект при использовании предлагаемого изобретения. Предположим, что применение устройства, предлагаемого данным изобретением, и прототипа осуществляется в одинаковых условиях, с вероятностью искажения символа P₀. В прототипе используется фиксированная скорость передачи данных и определяется частотой тактового генератора.

Положительным результатом при введении дополнительных элементов в устройство, является повышение достоверности передаваемой телеметрической информации, а также расширение возможностей устройства (управление скоростью передачи информации, контроль состояния канала передачи данных).

Предположим, что вероятность искажения элементарного символа P₀ лежит в пределах 10^-3 - 10^-5. Тогда скорость передачи данных не может превышать величину V₁ = 2,4 · 10⁶ бит/с при P = 10^-5, величину V₂ = 1,8 · 10⁵ бит/с при P = 10^-3, в прототипе будет использоваться V₂ с учетом худшего случая, тогда как оценка состояния канала передачи данных позволяет использовать V₁.

Следовательно, выигрыш при условии контроля состояния канала передачи данных составит 41%.

Кроме того, производя оценку P_пр и рассчитывая реальную скорость, можно осуществлять достоверную передачу информации по каналу со сколь угодно низкими характеристиками.

Формула изобретения

Устройство для передачи радиотелеметрических сигналов, содержащее формирователь импульсов питания, распределитель, К усилителей импульсов питания, где К - число измеряемых параметров, элемент ИЛИ с К входами, К измерительных мостов, коммутатор, счетчик адреса, первый и второй одновибраторы, первый и второй сумматоры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, блок памяти, радиоприемник с приемной антенной, декодер команд, формирователь синхроимпульсов, радиопередатчик с передающей антенной, модулятор, фильтр низких частот, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи, преобразователь кода, в который входят первый, второй и третий ключи, при этом выход формирователя импульсов питания соединен с первым входом распределителя, входы всех К усилителей импульсов питания объединены с одноименными входами элемента ИЛИ, первый и второй выходы каждого усилителя импульсов питания соединены соответственно с первым и вторым входами одноименного измерительного моста, первые выходы всех измерительных мостов подключены к шине нулевого потенциала, второй выход каждого измерительного моста соединен с одноименным сигнальным входом коммутатора, выход элемента ИЛИ подключен к входу счетчика адреса и через последовательно соединенные первый и второй одновибраторы - к стробирующему входу коммутатора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу блока памяти, выход счетчика адреса соединен с адресным входом блока памяти, выход декодера команд подключен к информационному входу блока памяти, вход формирователя синхроимпульсов подключен к соответствующему выходу распределителя, вход радиопередатчика соединен с выходом модулятора, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, выход первого сумматора соединен с информационными входами первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, управляющие входы которых соединены со стробирующим входом коммутатора, информационные выходы первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей подключены к входам соответствующих ключей преобразователя кода, одноименные выходы ключей преобразователя кода объединены в группы и подключены к соответствующим входам второго цифроаналогового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены четвертый аналого-цифровой преобразователь, блок ключей, в который входят четвертый, пятый и шестой ключи, первый переключатель, в который входят первый и второй элементы 2И, второй переключатель, в который входят третий и четвертый элементы 2И, триггер, синхронизатор телеметрического формата, в который входят первый сдвиговый регистр, 15-разрядный блок сравнения, блок суммирования и цифровой компаратор, а также введены счетчик, счетчик ошибок, третий и четвертый одновибраторы, генератор псевдослучайной последовательности, второй блок сравнения, перестраиваемый генератор, последовательный второй сдвиговый регистр, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и еще пять элементов 2И, причем вход четвертого аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом радиоприемника, а выходы - с соответствующими входами четвертого, пятого и шестого ключей, которые являются входами блока ключей, другие входы блока ключей соединены с выходами распределителя, выходы четвертого, пятого и шестого ключей объединены и соединены с первыми входами первого и второго элементов 2И, первый выход первого переключателя соединен со входом декодера команд, выход распределителя соединен с первым входом пятого элемента 2И, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента 2И, со вторым входом четвертого элемента 2И, с первым входом шестого элемента 2И и с первым выходом триггера, а выход пятого элемента 2И объединен со вторым выходом первого переключателя и соединен с первым входом последовательного сдвигового регистра, второй вход которого соединен со вторым входом синхронизатора телеметрического формата, с К-входом триггера и с выходом седьмого элемента 2И, выход последовательного сдвигового регистра соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов 2И, второй вход третьего элемента 2И соединен со вторым входом второго элемента 2И, со вторым входом восьмого элемента 2И, с инверсным выходом триггера, с Т-входом счетчика и со вторым входом счетчика ошибок, первый выход второго переключателя соединен с первым входом первого сдвигового регистра, выходы которого соединены со входами 15-разрядного блока сравнения, выходы которого соединены со входом блока суммирования, выходы которого соединены со входами цифрового компаратора, выход которого соединен со вторым входом триггера и входом третьего одновибратора, выход которого соединен с первым входом генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен с С-входом счетчика, со входом четвертого одновибратора и выходом распределителя, а выход генератора всевдослучайной последовательности соединен со вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй выход второго переключателя соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом девятого элемента 2И, второй вход которого соединен с выходом четвертого одновибратора, а его выход соединен со вторым входом шестого элемента 2И, выход которого соединен с первым входом счетчика ошибок, выходы которого соединены со входами блока сравнения, выходы которого соединены со входами перестраиваемого генератора, выход которого соединен с первым входом распределителя и со входом формирователя импульсов питания, выходы счетчика соединены со входами седьмого элемента 2И, выход первого сдвигового регистра соединен с первым входом восьмого элемента 2И, выход которого соединен со входом декодера команд.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2