Псевдослучайная кодовая шкала



Псевдослучайная кодовая шкала
Псевдослучайная кодовая шкала
Псевдослучайная кодовая шкала
Псевдослучайная кодовая шкала
Псевдослучайная кодовая шкала

 

H03M1/24 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2510572:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код. Технический результат - повышение информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующих кодов с исправлением одиночных ошибок и обнаружением двойных. Псевдослучайная кодовая шкала содержит информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода M=2n-1, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них M различных n разрядных кодовых комбинаций, k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами M различных (n+k)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки, контрольный считывающий элемент, размещенный вдоль информационной дорожки с возможностью получения с него совместно с (n+k) считывающими элементами M различных (n+k+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, выходы n информационных считывающих элементов. 1 ил., 7 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угловых перемещений в код.

Известна псевдослучайная кодовая шкала [1], содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, n считывающих элементов, дополнительный контрольный считывающий элемент.

Недостатком известной псевдослучайной кодовой шкалы является низкая информационная надежность, поскольку в ней не обеспечена возможность исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок.

Наиболее близкой по техническому решению и выбранной авторами за прототип является псевдослучайная кодовая шкала [2], содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них M различных n разрядных кодовых комбинаций [3], k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами M различных (n+k)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки.

Недостатком прототипа является невысокая информационная надежность, поскольку в ней не обеспечена возможность обнаружения двойных ошибок.

В предлагаемом изобретении решается задача повышения информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующих кодов с обнаружением двойных ошибок при сохранении возможности исправления одиночных ошибок.

Для достижения технического результата псевдослучайная кодовая шкала, содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них M различных n разрядных кодовых комбинаций, k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами M различных (n+k)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки, снабжена контрольным считывающим элементом, размещенным вдоль информационной дорожки с возможностью получения с него совместно с (n+k) считывающими элементами M различных (n+k+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, выходы n информационных считывающих элементов, выходы k корректирующих считывающих элементов и выход контрольного считывающего элемента являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.

Новым в предлагаемом изобретении является снабжение псевдослучайной кодовой шкалы контрольным считывающим элементом, соответствующее размещение которого вдоль информационной дорожки шкалы позволяет получить с него совместно с n информационными считывающими элементами и k корректирующими считывающими элементами M различных (n+k+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки.

Совокупность существенных признаков в предлагаемом изобретении позволила повысить информационную надежность псевдослучайной кодовой шкалы.

В результате этого можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем и 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 повышенной информационной надежности на основе заявляемых псевдослучайных кодовых шкал.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где показана линейная развертка круговой четырехрядной псевдослучайной кодовой шкалы.

Заявляемая псевдослучайная кодовая шкала содержит информационную кодовую дорожку 1, информационные считывающие элементы 2, 3, 4, 5 (n=4), корректирующие считывающие элементы 6, 7, 8 (k=3) и контрольный считывающий элемент 9.

Для пояснения сути изобретения приведем некоторые теоретические предпосылки.

В [1] рассмотрены использованные в изобретении кодовые шкалы, получившие название псевдослучайные (ПСКШ), и строящиеся на основе теории M-последовательностей. ПСКШ имеют всего одну информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами M-последовательности a=а 0 а 1a M-1 и n информационных считывающих элементов (СЭ), размещенных вдоль дорожки. Считывающие элементы дают возможность получить при полном обороте шкалы M=2n-1 различных n-разрядных кодовых комбинаций, что обеспечивает разрешающую способность ПСКШ 8-360°/M. В общем виде задача размещения информационных СЭ на ПСКШ решена в [3].

Для генерации M-последовательности с периодом М=2n-1 используется примитивный неприводимый многочлен h(x) степени n с коэффициентами поля Галуа GF(2) [4], т.е.

h ( x ) = i = 0 n h i x i , ( 1 )

где h0=hn=1, а hi=0,1 при 0<i<n.

Символы М-последовательности a n+j удовлетворяют рекуррентному выражению

где знак Ξ означает суммирование по модулю два, а индексы при символах М-последовательности берутся по модулю M. Начальные значения символов M-последовательности а 0 а 1a n-1 могут выбираться произвольно, за исключением нулевой комбинации. Для определенности при построении круговой ПСКШ символы М-последовательности а 0 а 1…aM-1 отображаются на информационной дорожке по ходу часовой стрелки.

М-последовательности относятся к классу циклических кодов и могут задаваться с помощью порождающего многочлена g(x)=(xM+1)/h(x), где h(x) определяется в соответствии с выражением (1), М=2n-1.

Для каждой M-последовательности длины M существует ровно M различных циклических сдвигов, которые могут быть получены путем умножения порождающего многочлена g(x) на xj, где j=0, 1, …, M-1.

Поскольку ПСКШ строятся в соответствии с символами M-последовательности, можно путем циклических сдвигов определить порядок размещения на шкале n информационных считывающих элементов, т.е. m-му СЭ, m=1, 2, …, n, ставится в соответствие jm-й циклический сдвиг xjm g(x) M-последовательности.

Тогда многочлен, определяющий порядок размещения n информационных СЭ на шкале имеет вид:

r ( x ) = m = 1 n x j m

где jm∈{0, 1, …, M-1}.

Положив j1=0, согласно полинома (3) получим положения 2-го, 3-го, …, n-го информационных СЭ, смещенные относительно первого СЭ на j2, j3, …, jn квантов информационной дорожки шкалы соответственно.

В табл.1 приведены многочлены h(x) до n=12 включительно, которые могут быть использованы для генерации соответствующих M-последовательностей [4].

Таблица 1
n h(х) M=2n-1
1 x+1 1
2 x2+х+1 3
3 x3+х+1 7
4 х4+х+1 15
5 x52+1 31
6 х6+х+1 63
7 х7+x+1 127
8 x865+х+1 255
9 x94+1 511
10 x10+x3+1 1023
11 х112+1 2047
12 X12+x7+x4+x3+1 4095

Поясним вариант построения ПСКШ, приведенной на чертеже.

В примере для простоты принято n=4 и соответственно из табл.1 выбран примитивный неприводимый многочлен h(x)=x4+х+1, где h0=h1=h4=1, h2=h3=0. Здесь период M-последовательности М=24-1=15, а сама M-последовательность a=a 0 a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 a 9 a 10 a 11 a 12 a 13 a 14=000100110101111. При начальных значениях M-последовательности a 0=a 1=a 1=0, a 3=1 остальные символы последовательности получены в соответствии с рекуррентным соотношением (2), которое в данном примере имеет вид a 4+j=a 1+ja j, j=0, 1, …, 10. Размещение четырех информационных считывающих элементов СЭ1 (на чертеже позиция 2), СЭ2 (на чертеже позиция 3), СЭ3 (на чертеже позиция 4) и СЭ4 (на чертеже позиция 5) вдоль информационной дорожки шкалы задано согласно (3) многочленом r(x)=1+х+x2+x3.

При построении информационной дорожки 1 M-последовательность с периодом M=15 должна быть нанесена на шкалу в виде пассивных (нули M-последовательности) и активных (единицы M-последовательности) участков информационной дорожки, например, по ходу часовой стрелки, причем на информационную дорожку шкалы наносится только один период M-последовательности. M-последовательность с периодом М=2n-1 определяет число квантов информационной дорожки шкалы, которое в данном примере равно M=15. Отсюда величина кванта δ=360°/M=360°/15=24°. Информационные считывающие элементы, числом 4, должны быть размещены вдоль информационной дорожки согласно r(x) с шагом, равным величине одного кванта шкалы δ, например, по ходу часовой стрелки. Отметим, что возможны и другие варианты размещения информационных СЭ вдоль информационной дорожки шкалы [3].

Последовательно фиксируя информационными СЭ четырехразрядную кодовую комбинацию при перемещении шкалы на один квант против хода часовой стрелки, получаем 15 различных четырехразрядных кодовых комбинаций. Эти кодовые комбинации, соответствующие 15 различным угловым положениям ПСКШ, приведены в табл.2.

Таблица 2
№ положения ПСКШ СЭ, СЭ2 СЭ3 СЭ4 Десятичный эквивалент кода
0 0 0 0 1 1
1 0 0 1 0 2
2 0 1 0 0 4
3 1 0 0 1 9
4 0 0 1 1 3
5 0 1 1 0 6
6 1 1 0 1 13
7 1 0 1 0 10
8 0 1 0 1 5
9 1 0 1 1 11
10 0 1 1 1 7
11 1 1 1 1 15
12 1 1 1 0 14
13 1 1 0 0 12
14 1 0 0 0 8

Поскольку технический результат изобретения достигается за счет использования корректирующих кодов Хемминга с исправлением одиночных и исправлением двойных ошибок, покажем, как такой код должен быть реализован в предлагаемом изобретении. В рассматриваемом изобретении под ошибками будем понимать неправильную работу считывающих элементов (например, их выход из строя).

В разработке и создании ряда помехоустойчивых кодов существенная роль отводится различным способам проверки на четность принимаемых кодовых комбинаций. В начале 50-х годов Хеммингом [5] был предложен код, в котором контрольные символы размещались в кодовой комбинации не произвольно, а на строго определенных местах, что, естественно, облегчало декодирование.

Была разработана система проведения проверок правильности переданного кодированного сообщения, включающая алгоритм определения синдрома ошибки, указывающего не только на наличие ошибки, но и номер искаженной кодовой позиции.

Наибольшее распространение получили две модели кода Хемминга: код с обнаружением и исправлением одиночной ошибки (минимальное кодовое расстояние d=3) и код с исправлением одиночной ошибки и обнаружением двойной (d=4).

Для синтеза кода Хемминга необходимо решить следующие задачи.

1. Определить число контрольных символов, обеспечивающих заданные требования по помехозащищенности.

2. Установить, на каких позициях кодовой комбинации следует разместить контрольные символы и какие позиции займут информационные символы.

3. Собрав макет кодовой комбинации, определить значение каждого контрольного символа.

4. Составить кодовые комбинации, включающие как контрольные, так и информационные символы.

5. Дать алгоритм проверок, позволяющий установить наличие и место ошибки. Вначале, применительно к изобретению, рассмотрим синтез кода Хемминга с d=3.

Число корректирующих СЭ k равно числу контрольных символов в коде Хемминга и определяется из соотношения

k = ] log 2 { ( n + 1 ) + ] log 2 ( n + 1 ) [ } [ , ( 4 )

где n - число информационных СЭ, равное числу информационных символов в коде Хемминга, а знак]…[означает округление до ближайшего большего целого.

Используя выражение (4), рассчитаем число корректирующих СЭ k для n=4, …, 12. Соответствующие расчеты представлены в табл.3.

Таблица 3
Число информационных СЭ n 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Число корректирующих СЭ k 3 4 4 4 4 4 4 4 5

Далее определяются места, на которых в общей кодовой комбинации должны располагаться контрольные разряды. Контрольные символы должны составить двоичное число (синдром ошибки), которое бы указывало номер ошибочной позиции. В результате первой частной проверки на четность получается символ первого (младшего) разряда синдрома, в результате второй проверки - символ второго и т.д. Итак, если синдром ошибки представить в виде двоичного числа, а рядом записать соответствующие десятичные эквиваленты, то получим табл.4.

Таблица 4
Синдром ошибки Десятичный эквивалент Синдром ошибки Десятичный эквивалент
00001 1 01010 10
00010 2 01011 11
00011 3 01100 12
00100 4 01101 13
00101 5 01110 14
00110 6 01111 15
00111 7 10000 16
01000 8 10001 17
01001 9

Далее последовательно выписываются номера позиций, участвующих в каждой проверке на четность.

В первой проверке должны участвовать те позиции, которые содержат единицу в младшем разряде. Исходя из табл.3, это будут 1, 3, 5, 9, 11, 13, 15, 17.

Во второй проверке должны участвовать те позиции, которые содержат единицу во втором разряде. По табл.3 это будут 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15.

В третьей проверке должны участвовать - 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15 позиции.

В четвертой проверке должны участвовать - 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 позиции.

В пятой проверке должны участвовать - 16, 17 позиции.

В результате получаем табл.5.

Таблица 5
Номер проверки Номера позиций, охватываемых этой проверкой
Первая 1 3 5 7 9 11 13 15 17
Вторая 2 3 6 7 10 11 14 15
Третья 4 5 6 7 12 13 14 15
Четвертая 8 9 10 11 12 13 14 15
Пятая 16 17

Анализируя табл.4, можно заключить, что контрольные символы Km должны размещаться на следующих позициях:

K1 на позиции 1, т.е. 20;

K2 на позиции 2, т.е. 21;

K3 на позиции 4, т.е. 22;

K4 на позиции 8, т.е. 23;

К5 на позиции 16, т.е. 24.

Позиции 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17 должны занять соответственно информационные символы И11, И10, И9, И8, И7, И6, И5, И4, И3, И2, И1, И0.

Применительно к изобретению этот результат необходимо применить следующим образом.

С первого информационного СЭ должны формироваться символы И0, со второго - И1, …, с двенадцатого - И11, с первого корректирующего СЭ должны формироваться символы К1, со второго - символы К2, …, с пятого - символы K5.

В соответствии с вышеизложенным макет кода Хемминга для d=3 должен выглядеть следующим образом.

№ позиции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Символ K1 K2 И11 К3 И10 И9 И8 К4 И7 И6 И5 И4 И3 И2 И1 К5 И0

Определение значений каждого контрольного символа определяется по следующим выражениям.

K111⊕И10⊕И8⊕И7⊕И5⊕И3⊕И1⊕И0;

K211⊕И9⊕И8⊕И6⊕И5⊕И2⊕И1;

К310⊕И9⊕И8⊕И4⊕И3⊕И2⊕И1;

К47⊕И6⊕И5⊕И4⊕И3⊕И2⊕И1;

К50.

Поясним приведенные выше теоретические рассуждения на примере четырехразрядной псевдослучайной кодовой шкалы.

Из табл.3 для n=4 находим k=3.

Из табл.5 имеем номера позиций, участвовавших в каждой проверке на четность.

№ проверки №№ позиций, охватываемых этой проверкой
1 1, 3, 5, 7
2 2, 3, 6, 7
3 4, 5, 6, 7

Контрольные символы должны размещаться на следующих позициях: K1 - на позиции 1, К2 - на позиции 2, К3 - на позиции 4. Позиции 3, 5, 6, 7 займут соответственно информационные символы И3, И2, И1, И0.

Макет кода Хемминга в этом случае будет выглядеть следующим образом.

№ позиции 1 2 3 4 5 6 7
Символ K1 K2 И3 K3 И2 И1 И0

С первого информационного СЭ должны формироваться символы И0, со второго - И1, с третьего - И2, с четвертого - И3, с первого корректирующего СЭ должны формироваться символы К1, со второго - символы К2, с третьего - символы К3.

Для получения со шкалы семиразрядного кода Хемминга определим позиции размещения вдоль информационной дорожки трех корректирующих СЭ.

Исходными данными для расчета являются выражения для определения контрольных символов K13⊕И2⊕И0, К23⊕И1⊕И0, К32⊕И1⊕И0, а также многочлен, определяющий размещение вдоль информационной дорожки кодового диска четырех информационных СЭ r(x)=1+х+х23.

Для определения позиции первого корректирующего СЭ по выражению для К1 с учетом r(x) сформируем многочлен, который будет иметь вид r1(х)=1+х23.

Далее разделим этот многочлен по модулю два со стороны младших степеней на примитивный многочлен h(x)=x4+х+1 до получения остатка в виде одночлена, причем степень одночлена берется по модулю M-15, т.е.

1 + x 2 + x 3 1 + x + x 4 x + x 2 + x 3 + x 4 x + x 2 + x 5 x 3 + x 4 + x 5 x 3 + x 4 + x 7 x 5 + x 7 x 5 + x 6 + x 9 x 6 + x 7 + x 9 x 6 + x 7 + x 10 x 9 + x 10 x 9 + x 10 + x 13 x 13 | 1 + x + x 4 1 + x + x 3 + x 5 + x 6 + x 9

Степень одночлена определяет позицию размещения на шкале первого корректирующего СЭ, причем он должен быть смещен относительно первого информационного СЭ на 13 квантов шкалы δ по ходу часовой стрелки.

Для определения позиции второго корректирующего СЭ по выражению для К2 с учетом r(x) сформируем многочлен, который будет иметь вид r2(х)=1+х+х3. Далее разделим этот многочлен по модулю два со стороны младших степеней на примитивный многочлен h(x)=x4+х+1 до получения остатка в виде одночлена, причем степень одночлена берется по модулю M=15, т.е.

1 + x + x 3 1 + x + x 4 x 3 + x 4 x 3 + x 4 + x 7 x 7 | 1 + x + x 4 1 + x 3

Степень одночлена определяет позицию размещения на шкале второго корректирующего СЭ, причем он должен быть смещен относительно первого информационного СЭ на 7 квантов шкалы δ по ходу часовой стрелки.

Для определения позиции третьего корректирующего СЭ по выражению для К3 с учетом r(x) сформируем многочлен, который будет иметь вид r3(х)=1+х+х2. Далее разделим этот многочлен по модулю два со стороны младших степеней на примитивный многочлен h(x)=х4+х+1 до получения остатка в виде одночлена, причем степень одночлена берется по модулю М=15, т.е.

1 + x + x 2 1 + x + x 4 x 2 + x 4 x 2 + x 3 + x 6 x 3 + x 4 + x 6 x 3 + x 4 + x 7 x 6 + x 7 x 6 + x 7 + x 10 x 10 | 1 + x + x 4 1 + x 2 + x 3 + x 6

Степень одночлена определяет позицию размещения на шкале третьего корректирующего СЭ, причем он должен быть смещен относительно первого информационного СЭ на 10 квантов шкалы δ по ходу часовой стрелки.

Теперь совместное размещение четырех информационных считывающих элементов СЭ1, СЭ2, СЭ3, СЭ4 и трех корректирующих считывающих элементов КСЭ1, КСЭ2, КСЭ3 (на чертеже позиции 6, 7 и 8 соответственно) вдоль информационной дорожки шкалы будет определяться многочленом rсовм(x)=r(х)+гкоррект(х)=1+х+х2371013.

Последовательно фиксируя СЭ семиразрядную кодовую комбинацию при перемещении шкалы на один квант против хода часовой стрелки, получаем 15 различных семиразрядных комбинаций кода Хемминга с минимальным кодовым расстоянием d=3. Известно [5], что такой код позволяет исправлять одиночную ошибку. Эти кодовые комбинации, соответствующие 15 различным угловым положениям ПСКШ, а также соответствия между информационными СЭ и информационными символами, корректирующими СЭ и контрольными символами кода Хемминга, приведены в табл.6.

Покажем, каким образом в предлагаемом изобретении решается задача повышения информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующего кода Хемминга с обнаружением двойных ошибок при сохранении возможности исправления одиночных ошибок.

На примере полученного кода Хемминга с d=3 покажем, как строится код Хемминга с d=4, позволяющий обнаруживать двойные ошибки. Число контрольных символов в таком коде должно быть на единицу больше, т.е. для kd=4=kd=3+1.

Таблица 6
№ положения ПСКШ КСЭ1 КСЭ2 СЭ4 КСЭ3 СЭ3 СЭ2 СЭ1
К1 К2 И3 К3 И2 И1 И0
0 1 1 1 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
2 0 1 0 1 0 1 0
3 0 0 1 1 0 0 1
4 0 1 1 1 1 0 0
5 1 1 0 0 1 1 0
6 0 1 1 0 0 1 1
7 0 1 0 0 1 0 1
8 1 0 1 1 0 1 0
9 1 0 1 0 1 0 1
10 0 0 1 0 1 1 0
11 1 1 1 1 1 1 1
12 0 0 0 1 1 1 1
13 1 0 0 0 0 1 1
14 1 1 0 1 0 0 1

Принцип получения такого кода следующий:

- к каждой кодовой комбинации добавляется еще один дополнительный контрольный символ, позволяющий осуществить общую проверку на четность;

- значение дополнительного контрольного символа определяется исходя из наличия в каждой комбинации кода Хемминга (т.е. учитывая и контрольные символы) четного числа единиц.

В соответствии с вышеизложенным макет кода Хемминга для d=4 должен выглядеть следующим образом.

№ позиции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Символ К1 К2 И11 К3 И10 И9 И8 К4 И7 И6 И5 И4 И3 И2 И1 К5 И0 Кд

Определение значения дополнительного контрольного символа определяется по следующему выражению

Кд1⊕И11⊕К3⊕И10⊕И9⊕И8⊕К4⊕И7⊕И6⊕И5⊕И5⊕И4⊕И3⊕И2⊕И1⊕К5⊕И0. ^КзФИюФИдеиве^ФИтФИбеизеизеи^еизеигеи^Кзеио.

Для рассматриваемого примера макет кода Хемминга будет выглядеть следующим образом

№ позиции 1 2 3 4 5 6 7 8
Символ К1 К2 И3 К3 И2 И1 И0 Кд

При этом определение значения дополнительного контрольного символа определяется по следующему выражению

Кд1⊕К2⊕И3⊕К3⊕И2⊕И1⊕И0.

Таким образом, с контрольного СЭ должны формироваться символы Кд.

Для получения со шкалы восьмиразрядного кода Хемминга определим позицию размещения вдоль информационной дорожки контрольного СЭ.

Исходными данными для расчета являются выражения для определения контрольного символа Кд1⊕К2⊕И3⊕К3⊕И2⊕И1⊕И0, а также многочлен, определяющий размещение вдоль информационной дорожки шкалы четырех информационных и трех корректирующих СЭ, т.е. rсовм(x)=r(Х)+rкоррект(x)=1+x+x2+x3+x71013.

Далее разделим многочлен гсовм(х) по модулю два со стороны младших степеней на примитивный многочлен h(x)=х4+х+1 до получения остатка в виде одночлена, причем степень одночлена берется по модулю М=15, т.е.

1 + x + x 2 + x 3 + x 7 + x 10 + x 13 1 + x + x 4 x 2 + x 3 + x 4 + x 7 + x 10 + x 13 x 2 + x 3 + x 6 x 4 + x 6 + x 7 + x 10 + x ` 13 x 4 + x 5 + x 8 x 5 + x + x 7 + x 8 + x 10 + x 13 x 5 + x 6 + x 9 x 7 + x 8 + x 9 x 10 + x 13 x 7 + x 8 + x 11 x 9 + x 10 + x 11 + x 13 x 9 + x 10 + x ` 13 + x 11 | 1 + x + x 4 1 + x 2 + x 4 + x 5 + x 7 + x 9

Степень одночлена определяет позицию размещения на шкале контрольного СЭ, причем он должен быть смещен относительно первого информационного СЭ на 11 квантов шкалы δ по ходу часовой стрелки.

Теперь совместное размещение четырех информационных считывающих элементов СЭ1, СЭ2, СЭ3, СЭ4, трех корректирующих считывающих элементов КСЭ1, КСЭ2, КСЭ3 и контрольного СЭ (позиция 9) вдоль информационной дорожки шкалы будет определяться многочленом

r с о в м * ( x ) r ( x ) + r к о р р е к т ( x ) + r к о н т р ( x ) = 1 + x + x 2 + x 3 + x 7 + x 10 + x 11 + x 13 .

Последовательно фиксируя СЭ восьмиразрядную кодовую комбинацию при перемещении шкалы на один квант против хода часовой стрелки, получаем 15 различных восьмиразрядных комбинаций кода Хемминга с минимальным кодовым расстоянием d=4. Известно [5], что такой код позволяет исправлять одиночную ошибку и обнаруживать двойную. Эти кодовые комбинации, соответствующие 15 различным угловым положениям ПСКШ, а также соответствия между информационными СЭ и информационными символами, корректирующими СЭ и контрольными символами кода Хемминга, контрольным СЭ и дополнительным контрольным символом кода Хемминга, приведены в табл.7.

Таблица 7
№ положения ПСКШ КСЭ1 КСЭ2 СЭ4 КСЭ3 СЭ3 СЭ2 СЭ1 Контр. СЭ
К1 К2 И3 К3 И2 И1 И0 Кд
0 1 1 1 0 0 0 0 1
1 1 0 0 1 1 0 0 1
2 0 1 0 1 0 1 0 1
3 0 0 1 1 0 0 1 1
4 0 1 1 1 1 0 0 0
5 1 1 0 0 1 1 0 0
6 0 1 1 0 0 1 1 0
7 0 1 0 0 1 0 1 1
8 1 0 1 1 0 1 0 0
9 1 0 1 0 1 0 1 0
10 0 0 1 0 1 1 0 1
11 1 1 1 1 1 1 1 1
12 0 0 0 1 1 1 1 0
13 1 0 0 0 0 1 1 1
14 1 1 0 1 0 0 1 0

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача повышения информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующих кодов с обнаружением двойных ошибок при сохранении возможности исправлением одиночных. Как отмечалось ранее, под ошибкой в работе псевдослучайной кодовой шкалы в рассматриваемом изобретении понимается выход из строя считывающих элементов. Еще одним применением изобретения является его использование там, где информация со шкалы должна передаваться в устройство обработки по каналу связи, подверженному помехам.

Предлагаемая псевдослучайная кодовая шкала может быть положена в основу построения преобразователей угловых перемещений повышенной информационной надежности. В свою очередь, такие преобразователи целесообразно использовать в различных системах управления летательными аппаратами или технике специального назначения, где обеспечение надежности их работы является первостепенным требованием.

Литература

1. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1987. Т.30. №2. С.40-43.

2. Ожиганов А.А., Лукьянов В.Д. Кодовые шкалы на основе рекуррентных последовательностей для преобразователей перемещений повышенной информационной надежности // Датчики и системы. - Москва, 2012. - №2. - С.13-17.

3. Ожиганов А.А. Алгоритм размещения считывающих элементов на псевдослучайной кодовой шкале // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1994. Т.37. №2. С.22-27.

4. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. Т.64. №12. С.80-95.

5. Хемминг Р.В. Теория кодирования и теория информации: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1983. - 176 с, ил.

Псевдослучайная кодовая шкала, содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода M=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них M различных n разрядных кодовых комбинаций, k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами M различных (n+k)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки, отличающаяся тем, что, псевдослучайная кодовая шкала снабжена контрольным считывающим элементом, размещенным вдоль информационной дорожки с возможностью получения с него совместно с (n+k) считывающими элементами M различных (n+k+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, выходы n информационных считывающих элементов, выходы k корректирующих считывающих элементов и выход контрольного считывающего элемента являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов.

Изобретение относится к аналого-цифровой измерительной технике для измерения аналогового сигнала. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения аналогового сигнала за счет измерения скорости изменения аналогового сигнала с предварительно установленным пороговым значением.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют различные арифметические процедуры над минимизированными позиционно-знаковыми структурами аргументов ±[mj]f(+/-)min троичной системой счисления f(+1,0,-1) с последующим преобразованием ее в аргумент аналогового сигнала напряжения ±UЦАПf([mj]) посредством функциональной структуры цифро-аналогового преобразования f1(ЦАП).

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые и может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей и систем контроля параметров изделий электронной техники.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами, в частности в автоматизированном электроприводе.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах автоматизации для прямого и обратного преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов. .

Изобретение относится к области электроники, а именно к цифроаналоговым преобразователям. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение быстродействия цифроаналогового преобразователя при сохранении точности преобразования за счет формирования двухполярного выходного сигнала. Технический результат достигается тем, что в цифроаналоговом преобразователе, содержащем несколько источников тока и такое же число дифференциальных усилителей, выполненных на транзисторах, причем токи источников тока находятся в троичном соотношении между собой, для решения поставленной задачи, в него введены сумматор, положительная и отрицательная сборные шины, при этом каждый дифференциальный усилитель формирует трехпозиционный ключ, источники тока с помощью трехпозиционных ключей могут подключаться к положительной или к отрицательной сборным шинам, либо быть отключенными, причем положительная и отрицательная сборные шины подключены к сумматору, который из разности токов сборных шин формирует двухполярный выходной сигнал цифроаналогового преобразователя. При этом один выход каждого дифференциального усилителя подключен к положительной сборной шине, второй выход каждого дифференциального усилителя подключен к отрицательной сборной шине. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании систем автоматического управления (САУ). Технический результат заключается в осуществлении работы в широком диапазоне температур в полях ионизирующего излучения, резервировании, кодовом управлении выходным током и радиационной стойкости с временем работы при изменении в широком диапазоне температур окружающей среды, возникновении катастрофических и параметрических отказов отдельных элементов источника и при изменении нагрузки в условиях действия ионизирующего излучения. Для этого заявленное изобретение содержит в составе САУ датчики резонансного типа (термосопротивления, потенциометрические датчики обратной связи исполнительных устройств), для снятия информации с которых требуется обтекание их постоянным стабильным током, датчики соединяют, как правило, последовательно, и требуется поддерживать стабильный ток при изменении нагрузки и деградации параметров полупроводников со временем из-за изменения температуры и накоплении дозовых изменений, в результате которых нарушается работа транзисторов и изменяется величина выходного тока. Для этого заявленное устройство содержит три идентичных конвертора входного силового питания в выходной стабильный ток, выходные токи конверторов через блок отключения поступают на блок выравнивания, с выхода которого через балластный эталонный резистор поступают в нагрузку, выходы конверторов подключены также к блоку контроля и управления, подключенными управляющими выходами к блоку отключения и управляющими выходами - к блоку питания для собственных нужд, выходной сигнал поступает на преобразователь напряжения в частоту, выход управления которого через элемент гальванической развязки поступает на модуль управления транзистором-прерывателем. 9 з. п. ф - лы., 8 илл.

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат заключается в расширении в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых входных сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников ко входам компараторов напряжения. Для этого в отличие от известного быстродействующего аналого-цифрового преобразователя с дифференциальным входом в данном изобретении первый источник входного напряжения соединен со входом первого дополнительного буферного усилителя, выход которого связан с первыми входами каждого из компараторов напряжения через соответствующие корректирующие конденсаторы первой группы, а второй источник входного противофазного напряжения связан со входом второго дополнительного буферного усилителя, выход которого связан со вторыми входами каждого из компараторов напряжения через соответствующие корректирующие конденсаторы второй группы. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Группа изобретений относится к аналого-цифровым преобразователям и может быть использована в устройствах преобразования энергии для силовой электроники. Техническим результатом является повышение быстродействия. Устройство содержит множество блоков хранения информационных сигналов, выполненных с возможностью выборки информационных сигналов с задержкой, равной предопределенному времени, причем информационных сигналов, указывающих мгновенно изменяющееся значение, и сохранения этих выбранных значений одновременно с выборкой каждого из сигналов; блок удаления, выполненный с возможностью удаления максимального значения и минимального значения среди значений, хранящихся в множестве блоков хранения информационных сигналов; блок усреднения, выполненный с возможностью усреднения значений, которые не удалены с помощью блока удаления; и преобразователь, выполненный с возможностью осуществления аналого-цифрового преобразования значения, выводимого из блока усреднения, и выведения преобразованного с помощью АЦ преобразования значения в качестве цифровой информации. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области автоматики и робототехники и может быть использовано в следящих приводах с цифровыми датчиками угла (ЦДУ), работающих в диапазоне углов, больших чем ±180°, в которых задается знак направления движения. Технический результат - возможность формирования знакового разряда, информация о котором сохраняется после снятия напряжения питания и восстанавливается при возобновлении работы. Цифровой датчик угла содержит индукционный датчик угла типа синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), аналого-цифровой преобразователь сигналов СКВТ в код угла (АЦП ВТ) следящего типа с дополнительными сервисными сигналами НВ (направление вращения) и Fсчет. (импульсы смены единицы младшего разряда), микропроцессорный контроллер (МПК), двоичный реверсивный счетчик с числом разрядов на один старший (знаковый) больше, чем у АЦП ВТ, цифровой компаратор с числом разрядов, равным числу разрядов АЦП ВТ, устройство установки нулевого кода с числом разрядов, равным числу разрядов цифрового компаратора. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Техническим результатом является расширение полосы анализа сигналов и возможность проведения анализа в режиме реального времени. Сущность способа заключается в том, что используют обработку исходного сигнала параллельно на нескольких аналого-цифровых преобразователях с различными частотами дискретизации, вычисляют амплитудный спектр по каждой оцифрованной последовательности, далее производят развертку полученных спектров на единую ось частот в зоны Найквиста в порядке, обратном их наложению при дискретизации, выделяют сигналы в спектральной области путем сравнения с заданным порогом амплитудных спектров от каждого АЦП, выбирают спектральные линии от всех АЦП, совпадающих по частотному положению; принятие решения о существовании на этой частоте узкополосного сигнала производят при нахождении линий, совпадающих по положению на частотной оси от всех АЦП. 4 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к элементам систем цифрового управления, представляющим в виде двоичного кода точную информацию о текущем угловом положении подвижной части объекта регулирования. Технический результат - возможность амплитудного преобразования следящего типа углового положения ротора СКВТ α в выходной двоичный код N с максимальным значением методической погрешности преобразования менее 2 угл.с. Технический результат достигается за счет применения в основном канале простейших функциональных цифроаналоговых преобразователей с базовой функцией вида f(x)=(1+К)x/(l+кx), а в корректирующем канале - формирователя определенного напряжения, используемого в качестве дополнительной составляющей сигнала цепи рассогласования текущих значений угла α и двоичного кода N. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники и связи. Технический результат: расширение в несколько раз частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений от источников входных напряжений ко входам компараторов напряжения. Для этого предложен сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом, который содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения, первый вход которого соединен с первым источником входного напряжения через первый эталонный резистор, а второй вход компаратора напряжения подключен ко второму источнику входного противофазного напряжения через второй эталонный резистор, причем первый вход компаратора напряжения связан с первым источником опорного тока и первым паразитным конденсатором, второй вход компаратора напряжения связан со вторым источником опорного тока и вторым паразитным конденсатором. Первый источник опорного тока выполнен в виде первого токового зеркала, согласованного с первой шиной источника питания, и первого вспомогательного источника опорного тока, соединенного со входом первого токового зеркала, причем выход первого токового зеркала является выходом первого источника опорного тока, а второй источник входного противофазного напряжения связан со входом первого токового зеркала через первый корректирующий конденсатор. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве входного устройства цифровых вычислительных комплексов для регистрации быстропротекающих электрических процессов. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а именно надежности работы и массогабаритных характеристик. Аналого-цифровой преобразователь содержит n-разрядный приоритетный шифратор, триггер Тг0, схему И И0, n-разрядный регистр, n триггеров Тг1, …, Тгn со схемами И И1, …, Иn, n-разрядный преобразователь код-напряжение, схему сравнения, шину запуска, n аналоговых компараторов напряжения K1, …, Kn, n блоков эталонных напряжений Uэт1, …, Uэтn, n-разрядный демультиплексор и генератор тактовых импульсов. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при разработке быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Технический результат - повышение точности калибровки N-разрядного комбинированного АЦП путем уменьшения погрешности преобразования АЦП за счет снижения влияния рассогласования параметров элементов с помощью калибровки. N-разрядный комбинированный АЦП содержит входной параллельный М-разрядный АЦП1 и М-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП1), использующие общий последовательный резистивный делитель, источник опорного напряжения Vref, устройство выборки и хранения (УВХ) разностного сигнала входа АЦП и выходного напряжения ЦАП и конвейерный (М-М+1)-разрядный АЦП2. При калибровке вычисляют и загружают в ЦАП2к код калибровки CR, а также коды CSi калибровки каждого сегмента, используемые во время нормальной работы как аддитивные поправки к выходному коду АЦП, при этом за счет единичного коэффициента передачи первого каскада конвейера АЦП2 формируется близкий к нулю сигнал. В АЦП, использующих УВХ и АЦП2 с двойной выборкой, ЦАП2к и источник Vref2 сдвоенные и формируют напряжения Vref2A и Vref2B индивидуально для каждого из двух семплеров А и В. 6 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Наверх