Устройство диагностирования и обеспечения технической готовности средств связи

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области диагностирования приемопередающего модуля средства радиосвязи, и может найти применение в устройствах диагностирования и резервирования средств радиосвязи. Достигаемый технический результат - разработка устройства, обеспечивающего повышение технической готовности нескольких (n) разнотипных средств радиосвязи путем вероятностного прогнозирования возможности возникновения отказов (неисправностей) передающих модулей и АФТ (антенно-фидерных трактов). Заявленное устройство содержит устройство вероятностного прогнозирования (12), группу основных передатчиков (1.1-1.2), высокочастотные коммутаторы (3, 6), группу резервных передатчиков (2.1-2.2), селекторы (8, 10), группу основных антенно-фидерных трактов (4.1-4.2), группу резервных АФТ (5.1-5.2), измерительные приборы (7, 9), устройство управления (11). 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области диагностирования приемопередающего модуля средства радиосвязи, и может найти применение в устройствах диагностирования и резервирования средств радиосвязи.

Существует устройство, позволяющее обнаруживать неисправности приемопередатчика в приемном модуле радиосвязи базовой приемопередающей станции путем измерения значения управляющего напряжения устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) и значения детектирования промежуточной частоты (ПЧ), выдаваемого понижающим преобразователем с последующим сравнением их с соответствующими опорными значениями, и определять отказавший блок (усилитель понижающего преобразователя или АРУ понижающего преобразователя) (см. изобретение «Способ и устройство самодиагностики для обнаружения неисправностей приемопередатчика в приемном модуле радиосвязи базовой приемопередающей станции»: патент RU 2153224 С1, (51) 7 Н04В 7/005, 17/00 опубл. 11.06.99).

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности прогнозирования неисправности в передающем модуле.

Наиболее близким по технической сущности является устройство диагностики и обеспечения технической готовности средств радиосвязи. Данное устройство выбрано в качестве прототипа(см., изобретение «Устройство диагностики и обеспечения технической готовности средств радиосвязи»: патент RU 2237362 С1, (51)7 Н04В 7/00, опубл. 25.02.2003).

Устройство прототип содержит: первый понижающий преобразователь (ПП), в состав которого входят усилитель принимаемого входного сигнала (УС1), переменный аттенюатор (ПА), первый смеситель (СМ1), полосовой фильтр (ПФ), устройство автоматической регулировки усиления (УАРУ), второй смеситель (СМ2), второй усилитель (УС2), управляющую плату приемопередатчика с внешним запуском (УППВЗ), состоящую из устройства вероятностного прогнозирования (УВО), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), регистрирующей схемы АРУ (РСАРУ), устройства памяти, представляющего собой электронно-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ). При этом принимаемый сигнал подается на вход усилителя входного сигнала, выход которого подключен к входу ПА, выход которого соединен с входом СМ1, выход которого подключен к входу ПФ, выход которого подключен к первому входу УАРУ, второй вход которого параллельно соединен с первым выходом РСАРУ и первым входом АЦП, выход УАРУ подключен к входу СМ2, выход которого соединен с входом УС2, выход которого подключен к входу РСАРУ, второй выход которой соединен со вторым входом АЦП, третий вход и первый выход которого соединен с первым входом и выходом УВП и первым входом и выходом ЭППЗУ.

Недостатком данного устройства является то, что в нем отсутствует возможность прогнозирования появления отказов (неисправностей) в передающем модуле базовой приемопередающей радиостанции и антенно-фидерного тракта (АФТ).

Техническим результатом является разработка устройства, обеспечивающего повышение технической готовности нескольких (n) разнотипных средств связи путем вероятностного прогнозирования возможности возникновения отказов (неисправностей) в передающих модулях и АФТ.

Этот результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый понижающий преобразователь (ПП), в состав которого входят усилитель принимаемого входного сигнала (УС1), переменный аттенюатор (ПА), первый смеситель (СМ1), полосовой фильтр (ПФ), устройство автоматической регулировки усиления (УАРУ), второй смеситель (СМ2), второй усилитель (УС2), управляющую плату приемопередатчика с внешним запуском (УППВЗ), состоящую из устройства вероятностного прогнозирования (УВП), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), регистрирующей схемы АРУ (РСАРУ), устройства памяти, представляющего собой электронно-перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), при этом принимаемый сигнал подается на вход усилителя входного сигнала, выход которого подключен к входу ПА, выход которого соединен с входом СМ1, выход которого подключен к входу ПФ, выход которого подключен к первому входу УАРУ, второй вход которого параллельно соединен с первым выходом РСАРУ и первым входом АЦП, выход УАРУ подключен к входу СМ2, выход которого соединен с входом УС2, выход которого подключен к входу РСАРУ, второй выход которой соединен со вторым входом АЦП, третий вход и первый выход которого соединен с первым входом и выходом УВП и первым входом и выходом ЭППЗУ, введены: группа основных передатчиков 1, состоящая из передатчиков 1.1-1.2, выходы которых подключены ко входам первого высокочастотного (ВЧ) коммутатора 3, причем выход первого передатчика 1.1 подключен к первому входу первого ВЧ коммутатора 3, а выход второго передатчика 1.2 ко второму входу первого ВЧ коммутатора 3; группа резервных передатчиков 2, состоящая из передатчиков 2.1-2.2, выходы которых подключены ко входам первого ВЧ коммутатора 3, причем выход первого резервного передатчика 2.1 подключен к третьему входу первого ВЧ коммутатора 3, а выход второго резервного передатчика 2.2 к четвертому входу первого ВЧ коммутатора 3; выходы группы основных передатчиков 1 параллельно подключены ко входам селектора 8, причем выход первого передатчика 1.1 подключен к первому входу селектора 8, а выход второго передатчика 1.2 ко второму входу селектора 8; выходы первого ВЧ коммутатора 3 подключены к группе основных АФТ 4, состоящей из АФТ 4.1-4.2, причем первый выход первого ВЧ коммутатора 3 подключен к первому АФТ 4.1, второй выход первого ВЧ коммутатора 3 подключен ко второму АФТ 4.2, и группе резервных АФТ 5, состоящей из АФТ 5.1-5.2, причем третий выход первого ВЧ коммутатора 3 подключен к первому резервному АФТ 5.1, а четвертый выход первого ВЧ коммутатора 3 подключен ко второму резервному АФТ 5.2; выходы основных АФТ подключены ко входам второго высокочастотного (ВЧ) коммутатора 6, причем выход первого АФТ 4.1 подключен к первому входу второго ВЧ коммутатора 6, а выход второго АФТ 4.2 ко второму входу второго ВЧ коммутатора 6, выходы резервных АФТ 5 подключены ко входам второго ВЧ коммутатора 6, причем выход первого резервного АФТ 5.1 подключен к третьему входу второго ВЧ коммутатора 6, а выход второго резервного АФТ 5.2 к четвертому входу второго ВЧ коммутатора 6, выходы группы основных АФТ 4 параллельно подключены ко входам селектора 10, причем выход первого АФТ 4.1 подключен к первому входу селектора 10, а выход второго АФТ 4.2 ко второму входу селектора 10; выход первого селектора 8 подключен ко входу первого измерительного прибора (ИП) 7, а выход второго селектора 10 подключен ко входу второго ИП 9, выходы первого и второго ИП подключены к первому и второму входам УВП 12, выход которого подключен ко входу устройства управления (УУ) 11, первый и второй выходы которого подключены к пятым входам первого и второго ВЧ коммутаторов.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1 - структурная схема устройства диагностирования и обеспечения технической готовности средств связи;

фиг.2 - структурная схема устройства вероятностного прогнозирования.

Устройство диагностирования и обеспечения технической готовности средств радиосвязи, показанное на фиг.1, содержит: группу основных передатчиков - 1, группу резервных передатчиков - 2, первый ВЧ коммутатор - 3, группу основных АФТ - 4, группу резервных АФТ - 5, второй ВЧ коммутатор - 6, первый ИП - 7, первый селектор - 8, второй ИП - 9, второй селектор - 10, УУ - 11, УВП - 12.

На чертеже обозначено:

1. группа основных передатчиков:

1.1. первый передатчик;

1.2. второй передатчик;

2. группа резервных передатчиков:

2.1. первый резервный передатчик;

2.2. второй резервный передатчик;

3. первый ВЧ коммутатор;

4. группа основных АФТ:

4.1. первый АФТ;

4.2. второй АФТ;

5. группа резервных АФТ:

5.1. первый резервный АФТ;

5.2. второй резервный АФТ;

6. второй ВЧ коммутатор;

7. первый ИП;

8. первый селектор;

9. второй ИП;

10. второй селектор;

11. УУ;

12. УВП.

ВЧ коммутатор - известное устройство и служит для переключения в случае спрогнозированного отказа (неисправности) передающего модуля или АФТ на резервный передающий модуль либо резервный АФТ, описывается в книге: Бабков В.Ю., Игнатов В.В., Петухов А.А. Основы синтеза комплексов радиосвязи. Под ред. Игнатова В.В. СПб.: ВАС 1993, 274 с. - с.215.

Селектор - известное устройство и предназначено для выделения из N значений напряжения на выходе передающего модуля и N значений напряжений на выходе АФТ одного значения напряжения и дальнейшей его подачи на измерительный прибор, описывается в книге: Р.Токхейм. Основы цифровой электроники. - М., Мир. 1988. - с.100.

ИП - известное устройство и предназначено для измерения мгновенных напряжений с выхода передающих модулей и АФТ и дальнейшей подачи этих значений напряжений в УВП. Измерительный блок ИП может быть выполнен по схеме, представленной в книге: Данилов В.Л. Универсальные вольтметры В7-15, В7-22, Ц4315: Пособие. - Орел: Академия ФСО России, 2005. - 73 с. - с.30, где выходом измерительного прибора будет параллельное подключение к измерительному механизму.

Передающий модуль - известное устройство и предназначено для формирования и передачи радиосигнала, описывается в книге Бабков В.Ю., Игнатов В.В., Петухов А.А. Основы синтеза комплексов радиосвязи. Под ред. Игнатова В.В. СПб.: ВАС 1993, 274 с. - с.215.-с.220.

УВП - известное устройство и предназначено для определения и сигнализации вероятности выхода (невыхода) диагностического параметра за допустимые пределы в определенный (заданный) момент времени. Как вариант может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.2. Включает в себя блок коммутации и измерения (БКИ) 12.1, блок памяти (БП) 12.2, блок весовых коэффициентов (БВК) 12.3, блок вычисления вероятностных характеристик априорной информации (БВ1) 12.4, блок вычисления условных апостериорных вероятностей (БВ2) 12.5, блок коррекции результатов (БКР) 12.6, блоки индикации (БИ) 12.7, блок управления (БУ) 12.8., описывается в книге: Технические средства диагностирования: Справочник / В.В.Клюев, П.П.Пархоменко, В.Е.Абрамчук и др.; Под общ. Ред. В.В.Клюев. - М.: Машиностроение, 1989. - 672 с., ил. - с.158-159, рис.17.

УУ - известное устройство и предназначено для выработки управляющих сигналов на ВЧ коммутаторы о переключении на резервный передающий модуль и АФТ и может быть реализовано на микропроцессоре TMS32010, описывается в книге: Цифровой процессор обработки сигналов TMS32010 и его применение. / Под. Ред. А.А.Ланнэ. Л.: ВАС, 1990. - 296 с. Обычно УУ представляет собой последовательные логические схемы и может быть синтезирован по известным правилам, описанным в книге: В.С.Гутников, В.В.Лопатин и др. «Электронные устройства электронно-измерительной техники: Учебное пособие». - Л.: ЛПИ им. Калинина, 1980; В.С.Гутников «Интегральная электроника в измерительных устройствах.» - Л.: Энергия, 1980. - 248 с. - с.73-76, рис.42.

АФТ - известное устройство, обеспечивающее прием и передачу радиосигналов, состоящее из фидера, описывается в книге: Воскресенский Д.И. Проблемы теории и техники антенн - Сб. Антенны, 1998, вып. 1. 40 с. - с.3-8.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, тождественные признакам заявленного технического решения отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна». Введенные отличительные признаки: тракт высокой частоты (ВЧ) обычной приемопередающей структуры, устройство управления, ВЧ коммутатор, селектор, измерительный прибор, в них не встречаются. Следовательно, заявляемое устройство удовлетворяет критерию «изобретательский уровень». Промышленная применимость введенных элементов обусловлена наличием элементной базы, на основе которой они могут быть выполнены.

Устройство работает следующим образом.

С началом диагностирования передаваемые выходные сигналы с группы основных передатчиков подаются на первый селектор, где происходит выделение очередности поступления сигнала на вход первого ИП и параллельно на первый ВЧ коммутатор, который в случае прогнозируемой неисправности какого-либо из основных передатчиков или АФТ производит заблаговременное переключение на резервный передающий модуль либо резервный АФТ. Далее передаваемый сигнал поступает на группу основных АФТ, с выходов которых поступает на второй селектор, где происходит выделение очередности поступления сигнала на вход второго ИП и параллельно на второй ВЧ коммутатор, который в случае прогнозирования неисправности какого-либо АФТ производит заблаговременное переключение на резервный АФТ. На первом и втором ИП фиксируется мгновенное значение напряжения с выходов передатчиков и АФТ. Далее эти значения последовательно поступают на УВП. УВП работает следующим образом: опорные значения минимального уровня передаваемого выходного сигнала и значения входного и выходного напряжений АФТ задаются заранее. Соответственно прогнозирование отказа передатчика или АФТ устанавливается путем анализа значений напряжений, поступающих с передающего модуля, и значений напряжений на входе и на выходе АФТ. На основе значений напряжений делается вывод об уровне мощности передатчиков и о коэффициенте полезного действия (КПД) АФТ.

КПД АФТ вычисляется как отношение мощностей на выходе и на входе АФТ:

,

где U_вых - напряжение на выходе АФТ;

U_вх - напряжение на входе АФТ;

Если прогнозируемые значения уровня передаваемого выходного сигнала или КПД стремятся к своим предельным значениям, то с УВП подается сигнал на УУ, которое в зависимости от того, в каком из блоков прогнозируется возникновение отказа, осуществляет отключение этого блока и подключение резервного передающего модуля или АФТ. Конец работы.

Оценка эффективности проведена путем сравнения минимально допустимого времени перерыва связи предлагаемого устройства по отношению к существующим. Время перерыва связи (Т_пр), получаемое при применении устройств, осуществляющих переключение на резерв только при возникновении отказов, будет равняться сумме времени обнаружения факта отказа средств связи (t_к), времени включения (t_вкл), времени настройки передающего модуля на рабочую частоту (t_настр), а также времени переключения с основного средства на резервное (t_перекл).

Т_пр = t_к + t_вкл + t_настр + t_перекл.

Время перерыва связи, получаемое при применении предлагаемого устройства, будет равняться времени переключения с основного средства радиосвязи на резервное, при этом время отсутствия услуг связи, предоставляемых абонентам, минимально и определяется временем переключения на резервное средство:

T_пр = t_перекл.

Таким образом, выигрыш по времени при применении предлагаемого устройства составит величину, равную сумме времен: обнаружения факта отказа средств связи, включения и настройки передающего модуля на рабочую частоту при условии равенства времен переключения с основного средства связи на резервное для предлагаемого и существующего устройств.

,

где - время перерыва связи, получаемое при применении предлагаемого устройства;

- время перерыва связи, получаемое при применении устройств-прототипов.

.

Эффективность применения предлагаемого устройства составляет 14,28%.

Устройство диагностирования и обеспечения технической готовности средств связи, содержащее устройство вероятностного прогнозирования (УВП), отличающееся тем, что в него введены: группа основных передатчиков 1, состоящая из передатчиков 1.1-1.2, выходы которых подключены ко входам первого высокочастотного (ВЧ) коммутатора 3, причем выход первого передатчика 1.1 подключен к первому входу первого ВЧ-коммутатора 3, а выход второго передатчика 1.2 - ко второму входу первого ВЧ-коммутатора 3; группа резервных передатчиков 2, состоящая из передатчиков 2.1-2.2, выходы которых подключены ко входам первого ВЧ-коммутатора 3, причем выход первого резервного передатчика 2.1 подключен к третьему входу первого ВЧ-коммутатора 3, а выход второго резервного передатчика 2.2 - к четвертому входу первого ВЧ-коммутатора 3; выходы группы основных передатчиков 1 параллельно подключены ко входам селектора 8, причем выход первого передатчика 1.1 подключен к первому входу селектора 8, а выход второго передатчика 1.2 - ко второму входу селектора 8; выходы первого ВЧ-коммутатора 3 подключены к группе основных антенно-фидерных трактов (АФТ) 4, состоящей из АФТ 4.1-4.2, причем первый выход первого ВЧ-коммутатора 3 подключен к первому АФТ 4.1, второй выход первого ВЧ-коммутатора 3 подключен ко второму АФТ 4.2, и группе резервных АФТ 5, состоящей из АФТ 5.1-5.2, причем третий выход первого ВЧ-коммутатора 3 подключен к первому резервному АФТ 5.1, а четвертый выход первого ВЧ-коммутатора 3 подключен ко второму резервному АФТ 5.2; выходы основных АФТ подключены к входам второго высокочастотного (ВЧ) коммутатора 6, причем выход первого АФТ 4.1 подключен к первому входу второго ВЧ-коммутатора 6, а выход второго АФТ 4.2 - ко второму входу второго ВЧ-коммутатора 6, выходы резервных АФТ 5 подключены ко входам второго ВЧ-коммутатора 6, причем выход первого резервного АФТ 5.1 подключен к третьему входу второго ВЧ-коммутатора 6, а выход второго резервного АФТ 5.2 к четвертому входу второго ВЧ-коммутатора 6, выходы группы основных АФТ 4 параллельно подключены ко входам селектора 10, причем выход первого АФТ 4.1 подключен к первому входу селектора 10, а выход второго АФТ 4.2 - ко второму входу селектора 10; выход первого селектора 8 подключен к входу первого измерительного прибора (ИП) 7, а выход второго селектора 10 подключен ко входу второго ИП 9, выходы первого и второго ИП подключены к первому и второму входам УВП 12, выход которого подключен ко входу устройства управления (УУ) 11, первый и второй выходы которого подключены к пятым входам первого и второго ВЧ-коммутаторов.