Автоматика.
    Автоматизация.
        Электротехнические
            комплексы и системы.

УДК 621.391.3

АППАРАТУРНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ

ТРАК­ТОВ ПРИЁМА – ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

В СИСТЕМАХ ПРОМЫШ­ЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ

Головащенко Н.В., Боярчук В.П.

В настоящее время в трактах приема-передачи информации систем промышленной автоматики используются простые сигналы – одиночные импульсы. Одиночные импуль-сы – носители информации телеуправления, телесигнализации. Например: “включить”, “выключить”, “больше нормы”, ”меньше нормы”, “пожар”, “взрыв”, “не соблюдения режима” и т.д.  На современном этапе для более сложных систем управления и контроля в промышленной автоматике целесообразно простые сигналы заменить на сложные. Одним из вариантов сложных сигналов являются шумоподобные кодированные сигналы (ШКС).

Простые сигналы являются безизбыточными носителями информации, и база простых сигналов равна единице:

где - полоса частот сигнала, – длина сигнала.

            Сигналы ШКС являются сигналами с введенной избыточностью кода и поэтому база сложных сигналов вида ШКС больше единицы:

            Базу сигнала можно увеличивать за счет увеличения Т при этом увеличивается энергия сигнала и, как следствие, повышается помехоустойчивость приема-передачи. А еще можно базу увеличивать за счет увеличения ΔF, при этом увеличивается распределительная способность за временем, которое важно при построении устройств синхронизации.[1]

Преимущество ШКС для совершенствования качества приёмопередающего тракта заключается в том, что при использовании ШКС должен быть согласованный прием информации по полосе частот пропускания и по структуре сигнала.

Из всего перечня ШКС целесообразно остановить выбор на АМн - радиосигналах и ЧМн - радиосигналах. Структурные модели квазиоптимальных приемников сложных АМн и ЧМн-радиосигналов представлены на рис. 1 и рис. 2.

Дополнительно, для приема простых сигналов, последовательно включенному один за одним полосовым фильтром, амплитудным детектором, фильтром нижних частот необходимо будет включить последовательно за этим приемочным звеном цифровой видеокоррелятор.

Рис. 1  Структурная модель квазиоптимального приемника АМн - радиосигналов

Рис. 2  Структурная модель квазиоптимального приемника ЧМн - радиосигналов

Где: ПФ – полосовой фильтр, D – детектор, ФНЧ – фильтр нижних частот, УО – усилитель-ограничитель, ЦК – цифровой коррелятом, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, ГТИ – генератор тактовых импульсов, D+ и D- – детектор положительных и отрицательных полярностей, ФНЧ+ и ФНЧ- – для приема положительных и отрицательных полярностей.

Согласованный прием по полосе частот пропускания в представленных схемах обеспечивается полосовым фильтром, который не требует больших аппаратурных затрат.[2]  А согласованный прием по структуре сигнала обеспечивается  знаковым цифровым коррелятором. Структурная модель знакового цифрового коррелятора изображена на рис. 3, где 1 – вход для записи в память ЦК кодового слова, которое подается также в линию связи; 2 – вход, на который подается кодовое слово, которое уже прошло линию связи и устройство восстановления его структуры; 3 – вход, на который подается импульсы сдвига.

Принцип работы предлагаемой модели коррелятора заключается в следующем. В статическом регистре сдвига весь цикл измерений сохраняется кодовое слово, корреляционную функцию которого необходимо определить. Это кодовое слово поступает на вход 1 от генератора квазислучайных последовательностей (КСП). На вход 2 в реальном масштабе времени поступает КСП в виде знакового сигнала, который прошел через линию связи и схему восстановления структуры КСП. На вход 3 поступают тактовые импульсы, которые сдвигают. Схема сравнения определяет количество поразрядных совпадений и расхождений кодовых слов: того,  что сохраняется в RGСТАТ и того, что находится в данный момент в RGДИН. Таким образом цифровой коррелятор  определяет степень соответствия принятого кодового слова с кодовым словом, которое сохраняется в памяти коррелятора.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) превращает превосходящее количество совпадений и расхождений в напряжение. То есть на выходе ЦАП сигнал будет представлен в форме удобной для наблюдения. В данном случае необходимо использовать ЦАП унитарного (одиночного) кода в напряжение.

Рис. 3  Структурная модель знакового цифрового коррелятора

 Представленный  тип знакового цифрового коррелятора был смоделирован с использованием прикладной программы Electronics Workbench. При записи слова в статический регистр сдвига и сравнении его со словом динамического регистра, как показано на рисунке 4, на выходе цифрового коррелятора была получена автокорреляционная функция, которая представлена на рисунке 5.

Рис.4  Сохранение КСП в регистре сдвига статическом.

Рис. 5 Автокорреляционная функция ШКС

Подытоживая, можно сказать, что введение сложных сигналов вместо простых  Ш обеспечивают комплексное улучшение параметров и характеристик трактов приема-передачи информации в системах передачи информации. С применением такого вида сложных сигналов как ШКС, аппаратурные затраты и осложнения будут незначительными, потому, что в основном можно будет использовать уже существующую аппаратуру. Так же, свойства ШКС  разрешают использовать их для построения многоканальных систем передачи информации.

1.                  Корниловская Н.В., Рогальский Ф.Б., Ротонос И.В. Метод оценки помехоустойчивости квазиоптимального приема одного класса шумоподобных кодированных сигналов. – Вестник 3(16) Херсон - 2002.-с.154-159.

2.                  Корниловская Н.В., Головащенко Н.В.,Мороз Е.А. Амплитудно-фазо-частотные характеристики активных LC – фильтров типа одиночного ре­зонансного контура и полосовых  LRC – фильтров. – Сборник научных статей по компьютеризованным системам управления и автоматики. Херсон –2000. – 87с.