Рекурсивная кодовая шкала
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код. Техническим результатом является устранение неоднозначности считывания информации с рекурсивной кодовой шкалы и увеличение разрешающей способности. Устройство содержит первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной М=2m, регулярную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта рекурсивной кодовой шкалы, дополнительную информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутую относительно первой информационной кодовой дорожки на 180° по ходу часовой стрелки, считывающие элементы, размещенные вдоль информационных кодовых дорожек с определенными угловыми шагами, с которых снимается информация об угловом положении рекурсивной кодовой шкалы. 1 ил., 3 табл.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угловых перемещений в код.
В настоящее время и в перспективе одной из актуальных и технически сложных задач является цифровое измерение угловых перемещений подвижных органов многочисленных систем автоматического управления различными объектами. Эту функцию выполняют преобразователи угловых перемещений.
Развитие преобразователей угловых перемещений - поставщиков первичной информации - в значительной степени обусловлено повсеместным использованием управляющих микроЭВМ и различных вычислительных устройств на основе микропроцессорных и других больших и сверхбольших интегральных схем.
В целом к преобразователям угловых перемещений, отличающимся большим разнообразием, предъявляется совокупность самых различных и, как правило, высоких технических требований.
Анализ литературных источников позволяет отметить у преобразователей с непосредственным преобразованием перемещения в код, основанных на считывании с использованием пространственного кодирования, следующие достоинства: возможность использования различных физических методов считывания информации, высокое быстродействие, для преобразователей углового перемещения высокая скорость вращения кодируемого вала от 100 до 150 об/мин, высокая разрешающая способность (до 20 двоичных разрядов), устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, возможность удовлетворения различным условиям применения, возможность функционального преобразования перемещения в код и др. Основным элементом таких преобразователей, определяющим их наиболее важные характеристики, является кодовая шкала (КШ).
Элементарный участок (квант) кодовой дорожки (КД) шкалы представляется, как правило, одним двоичным символом, где единичным символам соответствуют активные участки шкалы, а нулевым - пассивные.
Учитывая, что преобразователи угловых перемещений, построенные по методу считывания, могут быть реализованы на различных физических способах считывания информации, под активными и пассивными элементарными участками КД шкалы понимают соответственно токопроводящие и нетокопроводящие участки шкалы при контактном методе съема информации, прозрачные и непрозрачные участки шкалы при фотоэлектрическом методе съема информации, наличие металлической обкладки и изоляции на участках шкалы при емкостном методе съема информации, наличие и отсутствие магнитного материала на участках шкалы при электромагнитном методе съема информации и т.д.
Известны рекурсивные кодовые шкалы (РКШ) для преобразователей угловых перемещений, построенные на основе нелинейных двоичных последовательностей [1]. РКШ имеет всего одну информационную кодовую дорожку с расположенными вдоль нее n считывающими элементами с шагом, равным одному кванту шкалы δ=360°/2n. Достоинством РКШ можно считать возможность их реализации с использованием большинства известных методов считывания информации. Недостатками таких шкал являются низкая технологичность и неоднозначность считывания со шкалы кодовой комбинации.
Наиболее близкой по техническому решению и выбранной авторами за прототип является рекурсивная кодовая шкала для преобразователей угловых перемещений, построенная на основе нелинейных двоичных последовательностей [2].
Рекурсивная кодовая шкала, содержит первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, n считывающих элементов, размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ=360°/N, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной M=2m, и m считывающих элементов, размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), где δ2=360°/NM - величина кванта второй информационной кодовой дорожки и одновременно величина кванта рекурсивной кодовой шкалы, выходы n и m считывающих элементов в сумме определяют выходную разрядность рекурсивной кодовой шкалы.
Недостатками прототипа являются малая разрешающая способность и неоднозначность считывания со шкалы кодовой комбинации.
Неоднозначность считывания информации с РКШ на основе нелинейных двоичных последовательностей вызвана тем, что считывание информации с такой шкалы может происходить с ошибками. Это объясняется тем, что шкалы изготавливаются с определенными погрешностями, а считывающие элементы устанавливаются в пределах некоторого допуска. Наличие погрешностей приводит к тому, что при переходе от одного кванта шкалы к другому, т.е. при переходе от одного кода числа к соседнему, считывающие элементы различных разрядов зафиксируют это не одновременно. Не одновременность считывания на границах квантов приводит к ошибкам неоднозначности, которые могут достичь в некоторых случаях значительной величины.
В предлагаемом изобретении решаются задачи увеличения разрешающей способности и устранения неоднозначности считывания с рекурсивной кодовой шкалы кодовой комбинации.
Для достижения технического результата рекурсивная кодовая шкала, содержащая первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, n считывающих элементов, размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ=360°/N, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной M=2m, m считывающих элементов, размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), где δ2=360°/NM - величина кванта второй информационной кодовой дорожки, снабжена регулярной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта рекурсивной кодовой шкалы, считывающим элементом регулярной кодовой дорожки, смещенным относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2eδшк.+(δшк./2), e=0, 1, 2, 3, … и размещенным вдоль регулярной кодовой дорожки, mдоп. дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк., j=0, 1, 2, … и размещенными вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), дополнительной информационной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутой относительно первой информационной кодовой дорожки на 180° по ходу часовой стрелки, nдоп.=n дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=Nδ/2+δшк. и размещенными вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ, с выходов n, nдоп., m, mдоп. считывающих элементов и выхода считывающего элемента регулярной кодовой дорожки снимается информация об угловом положении рекурсивной кодовой шкалы.
Новым в предлагаемом изобретении является:
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы регулярной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NM;
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы дополнительной информационной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутой относительно первой информационной кодовой дорожки ровно на 180° по ходу часовой стрелки;
- совместное выполнение маски шкалы в виде однозначного сочетания четырех кодовых дорожек: первой информационной кодовой дорожки, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, второй информационной кодовой дорожки, выполненной в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной M=2m, дополнительной информационной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и регулярной кодовой дорожки, выполненной в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, причем единичным символам последовательностей соответствуют активные участки шкалы, а нулевым - пассивные;
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы считывающим элементом, смещенным относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2eδшк.+(δшк./2), e=0, 1, 2, 3, … и размещенным вдоль регулярной кодовой дорожки;
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы mдоп. дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк., j=0, 1, 2, … и размещенными вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2);
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы nдоп.=n дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=Nδ/2+δшк. и размещенными вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ.
Совокупность существенных признаков в предлагаемом изобретении позволила:
- устранить неоднозначность считывания информации с кодовой шкалы за счет введения и соответствующего размещения на информационных кодовых дорожках nдоп. и mдоп. считывающих элементов, а также считывающего элемента на регулярной кодовой дорожке;
- увеличить в два раза разрешающую способность РКШ за счет снабжения шкалы регулярной кодовой дорожкой с соответствующим размещением на ней считывающего элемента, сигнал с которого формирует младший разряд шкалы, и одновременно используется для управления считыванием информации с информационных кодовых дорожек.
В результате этого можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение позволяет получить технический результат.
Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью признаков.
Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано во всех областях, где требуется высокоточное позиционное определение углового положения объекта с использованием преобразователей угловых перемещений на основе заявляемых рекурсивных кодовых шкал.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где показана линейная развертка семиразрядной рекурсивной кодовой шкалы.
Заявляемая рекурсивная кодовая шкала 1 содержит первую информационную кодовую дорожку 2, вторую информационную кодовую дорожку 3, дополнительную информационную кодовую дорожку 4, регулярную кодовую дорожку 5, n=3 считывающих элементов (6, 7, 8), nдоп.=3 дополнительных считывающих элементов (9, 10, 11), m=3 считывающих элементов (12, 13, 14), mдоп.=3 дополнительных считывающих элементов (15, 16, 17), считывающий элемент 18.
Для пояснения сути изобретения приведем некоторые теоретические предпосылки.
В [3] предложены КШ для преобразователей угловых перемещений, названные псевдослучайными кодовыми шкалами (ПСКШ), и строящиеся на основе использования теории псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины (М-последовательностей). ПСКШ имеют всего одну информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами М-последовательности a 0 a 1…a L-1, и n считывающих элементов (СЭ), размещенных вдоль дорожки. Считывающие элементы дают возможность получить при полном обороте шкалы L=2n-1 различных n-разрядных кодовых комбинаций и обеспечивают разрешающую способность преобразователя угловых перемещений на основе ПСКШ δ=360°/L.
Как следует из метода построения ПСКШ, ее разрешающая способность определяется длиной M-последовательности L=2n-1. Очевидно, что при любой разрядности шкалы теряется одна (нулевая) кодовая комбинация. Однако, при построении некоторых технических систем с использованием преобразователей угловых перемещений необходимо обеспечить разрешающую способность последних, равную 2n.
В [1] рассмотрены использованные в изобретении рекурсивные кодовые шкалы (РКШ), получившие название нелинейные кодовые шкалы (НКШ) и строящиеся на основе нелинейных двоичных последовательностей, которые обеспечивают разрешающую способность шкалы δ=360°/2n.
Нелинейная последовательность - это последовательность двоичных символов {a j} длиной N=2n, удовлетворяющих рекурсивному соотношению [4]
где знак 
означает суммирование по модулю два, а индексы при символах последовательности берутся по модулю N. Начальные значения символов a
0
a
1…a
n-1 последовательности выбираются произвольно.
В (1) hi - коэффициенты, зависящие от вида примитивного полинома степени n с коэффициентами поля Галуа GF (2) [5], т.е.
где h0=hn=1, a hi=0,1 при 0<i<n,
Первое слагаемое в (1) определяет правило образования линейной по отношению к оператору суммирования по модулю 2 M-последовательности. Второе слагаемое (3) в (1) указывает на операцию умножения значений n-1 кодовых символов. Это приводит к тому, что полученная последовательность символов становится нелинейной и в ней появляется комбинация, содержащая n последовательных нулей.
В табл.1 приведены полиномы h(x) до n=20 включительно, которые могут быть использованы для генерации соответствующих M-последовательностей [5].
Рассмотрим метод построения n-разрядной однодорожечной РКШ на основе нелинейной последовательности.
1. В зависимости от требуемой разрядности шкалы n из табл.1 выбирается полином h(x) степени n.
2. Используя рекурсивное соотношение (1), генерируется последовательность {a j}.
| Таблица 1 | |||||
| n | h(x) | M=2n-1 | n | h(x) | M=2n-1 |
| 1 | x+1 | 1 | 11 | x11+x2+1 | 2047 |
| 2 | x2+x+1 | 3 | 12 | x12+x7+x4+x3+1 | 4095 |
| 3 | x3+x+1 | 7 | 13 | x13+x4+x3+x+1 | 8191 |
| 4 | x4+x+1 | 15 | 14 | x14+x12+x11+x+1 | 16383 |
| 5 | x5+x2+1 | 31 | 15 | x15+x+1 | 32787 |
| 6 | x6+x+1 | 63 | 16 | x16+x5+x3+x2+1 | 65535 |
| 7 | x7+x+1 | 127 | 17 | x17+x3+1 | 311071 |
| 8 | x8+x6+x5+x+1 | 255 | 18 | x18+x7+1 | 262143 |
| 9 | x9+x4+1 | 511 | 19 | x19+x6+x5+x+1 | 524287 |
| 10 | x10+x3+1 | 1023 | 20 | X20+x3+1 | 1048575 |
3. Элементарные участки (кванты) шкалы δ выполняются в соответствии с символами нелинейной последовательности {a j}, где символам 1 последовательности соответствуют активные, а символам 0 - пассивные участки информационной дорожки. Для определенности символы последовательности отображаются на информационной кодовой дорожке по ходу часовой стрелки в порядке a 0 a 1…a N-1.
4. Осуществляется размещение на шкале n считывающих элементов с шагом, равным одному кванту, т.е. в соответствии с полиномом размещения
Единственность такого размещения объясняется нелинейными свойствами рассматриваемой последовательности.
Поясним построение информационных кодовых дорожек РКШ 1, приведенных на чертеже.
В примере первая информационная кодовая дорожка 2 РКШ 1 построена в соответствии с символами нелинейной последовательности {a
j}=a
0
a
1…a
7=00010111 длиной N=2n=23=8, для получения которой использован примитивный полином h(x)=x3+x+1, а символы a
3+j последовательности {a
j} при начальных значениях a
0=a
1=a
2=0 удовлетворяют рекурсивному соотношению 
, j=0, 1, …, 4. Нелинейная последовательность должна быть нанесена на РКШ в виде активных (единицы последовательности) и пассивных (нули последовательности) участков (квантов) информационной кодовой дорожки 2, например, по ходу часовой стрелки, причем на первую информационную кодовую дорожку 2 РКШ 1 наносится только один период последовательности. Нелинейная последовательность с периодом N=2n определяет число квантов первой информационной кодовой дорожки 2 РКШ 1, которое в данном примере равно N=8. Отсюда величина кванта δ=360°/N=360°/8=45°. В примере размещение СЭ 6, 7 и 8 (n=3) вдоль первой информационной кодовой дорожки 2 определяется полиномом r(x)=1+х+х2 и осуществляется с шагом равным величине одного кванта информационной кодовой дорожки δ по ходу часовой стрелки.
Фиксируя считывающими элементами 6, 7 и 8 последовательно кодовую комбинацию при перемещении РКШ 1 циклически на один элементарный участок (квант), например, против хода часовой стрелки, получаем восемь различных трехразрядных кодовых комбинаций: 000, 001, 010, 101, 011, 111, 110 и 100.
По такому принципу может быть построена однодорожечная рекурсивная кодовая шкала любой разрядности.
На чертеже вторая информационная кодовая дорожка 3 РКШ 1 построена в соответствии с символами нелинейной последовательности {a
j}=a
0
a
1…a
7=00010111 длиной M=2m=23=8, для получения которой использован примитивный полином h(x)=х3+х+1, а символы a
3+j последовательности {a
j} при начальных значениях a
0=a
1=a
2=0 удовлетворяют рекурсивному соотношению 
j=0, 1, …, 4. Нелинейная последовательность должна быть нанесена на РКШ 1 в виде активных (единицы последовательности) и пассивных (нули последовательности) участков (квантов) информационной кодовой дорожки 3, например, по ходу часовой стрелки, причем на информационную кодовую дорожку 3 РКШ 1 наносятся N=8 периодов последовательности. Восемь периодов нелинейной последовательности длиной M=23=8 определяют число квантов второй информационной кодовой дорожки 3 РКШ 1, которое в данном примере равно NM=64. Отсюда величина кванта второй информационной кодовой дорожки 3 δ2=360°/NM=360°/64=5,625°.
Таким образом, в примере размещение СЭ 12, 13 и 14 (m=3) вдоль второй информационной кодовой дорожки 3 осуществляется с шагом, равным величине (δ+δ2)=45°+5,625°=50,625° по ходу часовой стрелки.
В нашем примере суммарная разрядность, обеспечиваемая первой информационной и второй информационной кодовыми дорожками при рассмотренном выше размещении СЭ, будет равна (n+m)=3+3=6.
Фиксируя считывающими элементами 6, 7, 8 и 12, 13, 14 последовательно кодовую комбинацию, при перемещении РКШ циклически на один элементарный участок (квант) второй информационной кодовой дорожки 3 δ2, например, против хода часовой стрелки, получаем 64 различных шестиразрядных кодовых комбинаций, которые соответствуют 64 угловым положениям шкалы. Эти кодовые комбинации приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||||||
| 1 | 000000 | 17 | 010000 | 33 | 011000 | 49 | 110000 |
| 2 | 000001 | 18 | 010001 | 34 | 011001 | 50 | 110001 |
| 3 | 000010 | 19 | 010010 | 35 | 011010 | 51 | 110010 |
| 4 | 000101 | 20 | 010101 | 36 | 011101 | 52 | 110101 |
| 5 | 000011 | 21 | 010011 | 37 | 011011 | 53 | 110011 |
| 6 | 000111 | 22 | 010111 | 38 | 011111 | 54 | 110111 |
| 7 | 000110 | 23 | 010110 | 39 | 011110 | 55 | 110110 |
| 8 | 000100 | 24 | 010100 | 40 | 011100 | 56 | 110100 |
| 9 | 001000 | 25 | 101000 | 41 | 111000 | 57 | 100000 |
| 10 | 001001 | 26 | 101001 | 42 | 111001 | 58 | 100001 |
| 11 | 001010 | 27 | 101010 | 43 | 111010 | 59 | 100010 |
| 12 | 001101 | 28 | 101101 | 44 | 111101 | 60 | 100101 |
| 13 | 001011 | 29 | 101011 | 45 | 111011 | 61 | 100011 |
| 14 | 001111 | 30 | 101111 | 46 | 111111 | 62 | 100111 |
| 15 | 001110 | 31 | 101110 | 47 | 111110 | 63 | 100110 |
| 16 | 001100 | 32 | 101100 | 48 | 111100 | 64 | 100100 |
Увеличение в два раза разрешающей способности РКШ и устранение в ней неоднозначности считывания достигается за счет того, что:
- рекурсивная кодовая шкала снабжена регулярной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта РКШ, считывающим элементом регулярной кодовой дорожки, смещенным относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2eδшк.+(δшк./2), e=0, 1, 2, 3, … и размещенным вдоль регулярной кодовой дорожки, причем сигнал со считывающего элемента формирует младший разряд РКШ, и одновременно используется для управления считыванием информации с информационных кодовых дорожек;
- рекурсивная кодовая шкала снабжена дополнительной информационной кодовой дорожкой 4, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутой относительно информационной кодовой дорожки на 180° по ходу часовой стрелки;
- в РКШ введены mдоп. дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк., j=0, 1, 2, … и размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки 3 с угловым шагом (δ+δ2);
- в РКШ введены nдоп.=n дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=Nδ/2+δшк. и размещенных вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ.
Рассмотрим, за счет чего в заявляемом изобретении осуществляется увеличение в два раза разрешающей способности.
На чертеже регулярная кодовая дорожка 5 выполнена в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM=2×8×8=128, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NM=360°/128=2,8125°. Считывающий элемент регулярной кодовой дорожки (позиция 18) размещен вдоль регулярной кодовой дорожки 5 относительно первого (позиция 6) из n=3 считывающих элементов (6, 7, 8) на угловом расстоянии
k=2eδшк.+(δшк./2)=2×4×2,8125°+(2,8125°/2)=22,50°+1,40625°=23,90626°, e=4.
Таким образом, снабжение РКШ 1 регулярной дорожкой 5 с соответствующим размещением считывающего элемента 18 позволило в два раза повысить результирующую разрешающую способность рекурсивной кодовой шкалы.
Однако, при рассмотренном выше подходе к построению кодовых масок РКШ и размещении на первой информационной и второй информационной кодовых дорожках соответственно n и m считывающих элементов, остается не решенным вопрос неоднозначности считывания со шкалы информации.
Очевидно, что считывание информации с построенной рассмотренным выше методом шкалы может происходить с ошибками. Это объясняется тем, что шкалы изготавливаются с определенными погрешностями, а считывающие элементы устанавливаются в пределах некоторого допуска. Наличие погрешностей приводит к тому, что при переходе от одного кванта шкалы к другому, т.е. при переходе от одного кода числа к соседнему, считывающие элементы различных разрядов зафиксируют это не одновременно. Не одновременность считывания на границах квантов приводит к ошибкам неоднозначности, которые могут достичь в некоторых случаях значительной величины.
Поясним, каким образом в заявляемом изобретении осуществляется устранение неоднозначности считывания с РКШ информации.
Для этого на чертеже:
- дополнительная информационная кодовая дорожка 4 РКШ 1 построена в соответствии с символами нелинейной последовательности {a
j}=a
0
a
1…a
7=00010111 длиной N=2n=23=8, для получения которой использован примитивный полином h(x)=х3+х+1, а символы a
3+j последовательности {a
j} при начальных значениях a
0=a
1=a
2=0 удовлетворяют рекурсивному соотношению 
j=0, 1, …, 4. Нелинейная последовательность должна быть нанесена на РКШ в виде активных (единицы последовательности) и пассивных (нули последовательности) участков (квантов) информационной кодовой дорожки 4, например, по ходу часовой стрелки, причем на дополнительную информационную кодовую дорожку 4 РКШ 1 наносится циклически сдвинутый ровно на половину один период последовательности;
- nдоп.=3 считывающих элемента (позиции 9, 10 и 11) смещены относительно первого (позиция 6) из n считывающих элементов на угловое расстояние (Nδ/2+δшк.)=4δ+δшк.=4×45°+2,8125°=182,8125° и размещены вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ=45°;
- mдоп.=3 считывающих элементов (позиции 15, 16 и 17) смещены относительно первого (позиция 12) из m считывающих элементов на угловое расстояние ((j+m)δ+δшк.=mδ+δшк.=3×45°+2,8125°=137,8125°, j=0 и размещены вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2)=45°+2,8125°=47,8125°.
Процесс считывания с РКШ 1 информации осуществляется следующим образом.
При произвольном положении РКШ 1 с регулярной 5, первой информационной 2, второй информационной 3 и дополнительной информационной 4 кодовыми дорожками посредством считывающих элементов снимается соответствующий семиразрядный цифровой код. Выходной сигнал со считывающего элемента 18 регулярной кодовой дорожки 5 формирует младший (седьмой) разряд РКШ, а также управляет режимом считывания кодовой комбинации с первой информационной 2, второй информационной 3 и дополнительной информационной 4 кодовых дорожек.
При этом, если выходной сигнал со считывающего элемента 18 равен нулю, то рекурсивный цифровой код снимается с nдоп.=3 дополнительных считывающих элементов (позиции 9, 10 и 11) и mдоп.=3 дополнительных считывающих элементов (позиции 15, 16 и 17). Если же выходной сигнал со считывающего элемента 18 равен единице, то рекурсивный цифровой код снимается с n=3 считывающих элементов (позиции 6, 7 и 8) и m=3 считывающих элементов (позиции 12, 13 и 14).
Очевидно, с выходов считывающих элементов 6-17 будут сформированы шесть разрядов РКШ, причем со считывающих элементов 6-11 снимаются три старших разряда 1, 2 и 3, а со считывающих элементов 12-17 - разряды 4, 5 и 6. Седьмой младший разряд РКШ формируется непосредственно считывающим элементом 18 регулярной дорожки 5. В табл.3 приведены выходные кодовые комбинации семиразрядной рекурсивной кодовой шкалы, приведенной на чертеже.
| Таблица 3 | |||||||||||
| 1 | 000000 | 0 | 17 | 001000 | 0 | 33 | 010000 | 0 | 49 | 101000 | 0 |
| 2 | 000000 | 1 | 18 | 001000 | 1 | 34 | 010000 | 1 | 50 | 101000 | 1 |
| 3 | 000001 | 0 | 19 | 001001 | 0 | 35 | 010001 | 0 | 51 | 101001 | 0 |
| 4 | 000001 | 1 | 20 | 001001 | 1 | 36 | 010001 | 1 | 52 | 101001 | 1 |
| 5 | 000010 | 0 | 21 | 001010 | 0 | 37 | 010010 | 0 | 53 | 101010 | 0 |
| 6 | 000010 | 1 | 22 | 001010 | 1 | 38 | 010010 | 1 | 54 | 101010 | 1 |
| 7 | 000101 | 0 | 23 | 001101 | 0 | 39 | 010101 | 0 | 55 | 101101 | 0 |
| 8 | 000101 | 1 | 24 | 001101 | 1 | 40 | 010101 | 1 | 56 | 101101 | 1 |
| 9 | 000011 | 0 | 25 | 001011 | 0 | 41 | 010011 | 0 | 57 | 101011 | 0 |
| 10 | 000011 | 1 | 26 | 001011 | 1 | 42 | 010011 | 1 | 58 | 101011 | 1 |
| 11 | 000111 | 0 | 27 | 001111 | 0 | 43 | 010111 | 0 | 59 | 101111 | 0 |
| 12 | 000111 | 1 | 28 | 001111 | 1 | 44 | 010111 | 1 | 60 | 101111 | 1 |
| 13 | 000110 | 0 | 29 | 001110 | 0 | 45 | 010110 | 0 | 61 | 101110 | 0 |
| 14 | 000110 | 1 | 30 | 001110 | 1 | 46 | 010110 | 1 | 62 | 101110 | 1 |
| 15 | 000100 | 0 | 31 | 001100 | 0 | 47 | 010100 | 0 | 63 | 101100 | 0 |
| 16 | 000100 | 1 | 32 | 001100 | 1 | 48 | 010100 | 1 | 64 | 101100 | 1 |
| Продолжение таблицы 3 | |||||||||||
| 65 | 011000 | 0 | 81 | 111000 | 0 | 97 | 110000 | 0 | 113 | 100000 | 0 |
| 66 | 011000 | 1 | 82 | 111000 | 1 | 98 | 110000 | 1 | 114 | 100000 | 1 |
| 67 | 011001 | 0 | 83 | 111001 | 0 | 99 | 110001 | 0 | 115 | 100001 | 0 |
| 68 | 011001 | 1 | 84 | 111001 | 1 | 100 | 110001 | 1 | 116 | 100001 | 1 |
| 69 | 011010 | 0 | 85 | 111010 | 0 | 101 | 110010 | 0 | 117 | 100010 | 0 |
| 70 | 011010 | 1 | 86 | 111010 | 1 | 102 | 110010 | 1 | 118 | 100010 | 1 |
| 71 | 011101 | 0 | 87 | 111101 | 0 | 103 | 110101 | 0 | 119 | 100101 | 0 |
| 72 | 011101 | 1 | 88 | 111101 | 1 | 104 | 110101 | 1 | 120 | 100101 | 1 |
| 73 | 011011 | 0 | 89 | 111011 | 0 | 105 | 110011 | 0 | 121 | 100011 | 0 |
| 74 | 011011 | 1 | 90 | 111011 | 1 | 106 | 110011 | 1 | 122 | 100011 | 1 |
| 75 | 011111 | 0 | 91 | 111111 | 0 | 107 | 110111 | 0 | 123 | 100111 | 0 |
| 76 | 011111 | 1 | 92 | 111111 | 1 | 108 | 110111 | 1 | 124 | 100111 | 1 |
| 77 | 011110 | 0 | 93 | 111110 | 0 | 109 | 110110 | 0 | 125 | 100110 | 0 |
| 78 | 011110 | 1 | 94 | 111110 | 1 | ПО | 110110 | 1 | 126 | 100110 | 1 |
| 79 | 011100 | 0 | 95 | 111100 | 0 | 111 | 110100 | 0 | 127 | 100100 | 0 |
| 80 | 011100 | 1 | 96 | 111100 | 1 | 112 | 110100 | 1 | 128 | 100100 | 1 |
В рассматриваемом примере для построения первой информационной кодовой дорожки 2, второй информационной кодовой дорожки 3 и дополнительной информационной кодовой дорожки 4 использована одна и та же нелинейная двоичная последовательность, т.е. N=M=8. В общем случае допускается N≠M. Например, шестиразрядная рекурсивная кодовая шкала может быть построена еще двумя способами, где (n=4, m=2) и (n=2, m=4). С увеличением разрядности рекурсивной кодовой шкалы число вариантов ее построения также возрастает. Данный подход дает дополнительные возможности для выбора наиболее технологичного варианта построения РКШ (и как следствие, преобразователя угловых перемещений на ее основе), что связано с возможностью многовариантного размещения на шкале считывающих элементов.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет устранить неоднозначность считывания информации с рекурсивной кодовой шкалы и увеличить в два раза ее разрешающую способность.
Литература
1. Азов А.К, Ожиганов А.А., Тарасюк М.В. Рекурсивные кодовые шкалы // Издательство "Машиностроение". Информационные технологии, 1998, N 6. С.39-43.
2. Заявка на изобретение RU 2010134251/09, приоритет 16.08.2010.
3. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Изв. Вузов. Приборостроение, 1987. Т.30. N.2. С.40-43.
4. Агульник А.Р., Мусаелян С.С. Построение нелинейных двоичных последовательностей // Радиоэлектроника. 1983. N 4. С.19-28.
5. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. Т.64. N 12. С.80-95.
Рекурсивная кодовая шкала, содержащая первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, n считывающих элементов, размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ=360°/N, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной M=2m, m считывающих элементов, размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), где δ2=360°/NM - величина кванта второй информационной кодовой дорожки, отличающаяся тем, что рекурсивная кодовая шкала снабжена регулярной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами {0,1, …, 0,1, …, 0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта рекурсивной кодовой шкалы, считывающим элементом регулярной кодовой дорожки, смещенным относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2еδшк+(δшк/2), е=0, 1, 2, 3, … и размещенным вдоль регулярной кодовой дорожки, mдоп дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк, j=0, 1, 2, … и размещенными вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), дополнительной информационной кодовой дорожкой, выполненной в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутой относительно первой информационной кодовой дорожки на 180° по ходу часовой стрелки, nдоп=n дополнительными считывающими элементами, смещенными относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=Nδ/2+δшк и размещенными вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ, с выходов n, nдоп, m, mдоп считывающих элементов и выхода считывающего элемента регулярной кодовой дорожки снимается информация об угловом положении рекурсивной кодовой шкалы.
