СПОСОБ АДАПТИВНОГО ПРИЕМА, АНАЛИЗА И ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2007 года по МПК G05D1/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение в авиационной, космической технике и других областях машиностроения.

Известен способ измерения и передачи информации на космической станции, книга А.П.Мановцева "Основы теории радио-телеметрии, М., Энергия, 1973 г., стр.12. Он основан на формировании сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, например, давления, ускорения и других параметров, замеряемых датчиками, устанавливаемых в различных точках конструкции космической станции, передаче информации от датчиков на коммутаторы, устройства приема и передачи информации, по которым информация передается на Землю.

Недостатками известного способа являются большие затраты на передачу информации для большого количества датчиков, затем затраты на проведение анализа результатов по множеству потоков замеренной информации и большие затраты времени на проведение этих работ.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу можно считать способ получения информации, описанный в книге авторов Переверткина С.М., Кантора А.В. и др. "Бортовая телеметрическая аппаратура космических летательных аппаратов", М., Машиностроение, 1977 г., стр.5-8.

Вышеназванный способ направлен на проведение измерений с помощью датчиков, преобразования сигналов, полученных с датчиков, анализ информации на борту с целью сжатия данных измерения и затем коммутация результатов анализа и передачи их по каналам связи на пункты приема информации.

Недостаток описанного способа заключается в проведении анализа на борту по специальным методикам, которые должны проводиться в период задержки информации на время анализа и затем передаваться по каналам связи в виде отдельных потоков анализированной сжатой информации.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, - повышение эффективности способа приема и передачи информации и повышение качества телеметрической информации.

Для решения поставленной задачи, в способе адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, основанном на формировании замеренных датчиками сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, передаче информации в устройства приема и на землю по каналам связи, задают "n" уровней, распределенных равномерно в рабочем диапазоне датчика по амплитуде, с учетом рабочего диапазона датчика по частоте, замеренные значения датчиков сравнивают с заданными значениями уровней, при совпадении значений замеренного сигнала и соответствующего уровня формируют код-метку, свидетельствующую о достижении параметром этого уровня, а затем передают информацию об изменении параметра по заданным уровням, одновременно задают контрольные уровни, включающие пороговый, представляющий несущественную информацию, в пределах которого информация не анализируется, предупредительный и предельный уровни, при этом каждый замеренный сигнал после сравнения с заданными "n" уровнями анализируют на соответствие типу процесса и регистрируют медленно меняющиеся процессы последовательно поступающими кодами-метками в привязке к текущему времени, для колебательных процессов выделяют экстремальные значения параметра и регистрируют коды-метки экстремумов и задают частоту дискретизации параметра в зависимости от количества зарегистрированных кодов-меток в одну секунду и замеренного уровня параметра, например, для частоты колебаний 2 Гц задают частоту дискретизации 20 Гц, а для частоты 10 Гц - задают 100 Гц соответственно, при достижении параметром предупредительного уровня формируют предупредительную команду на изменение режима работы объекта, а при достижении параметром предельного уровня формируют аварийную команду и регистрируют все параметры с максимальной частотой дискретизации, например 1000 Гц.

Для пояснения данного способа на фиг.1 показаны процессы - медленно меняющиеся и колебательный, достигшие различных уровней.

Пороговый уровень показан в пределах первого уровня, заштрихован, для положительной и отрицательной полярностей. В этой области изменение параметра не анализируется и только при достижении параметром заданного порогового уровня формируется код-метка и далее формируются коды-метки при достижении параметром заданных контрольных уровней.

Для медленно меняющегося процесса поступают коды-метки и передают их значения по каналу связи. К таким параметрам относятся, например, изменения скорости движения ракеты-носителя или ускорения.

При поступлении этой информации по каналу связи на землю получают данные о нормальном функционировании объекта или отклонениях в работе энергетических установок.

Для колебательных процессов определяют частоту колебаний по количеству экстремальных значений в течение одной секунды, а также уровень, соответствующий максимальной амплитуде колебаний.

В зависимости от частоты колебаний процесса задают частоту дискретизации, например, для частоты колебании параметра с частотой 2 Гц задают частоту дискретизации 20 Гц, что позволяет провести анализ телеметрической информации колебательного процесса с достаточной точностью, это же относится и к анализу телеметрической информации с частотой, например 10 Гц, при получении которой задают частоту дискретизации 100 Гц.

Практически при нормальном функционировании объекта частоты колебаний процессов и допустимые амплитуды приблизительно известны, поэтому для низкочастотных колебательных процессов, не достигших предупредительного уровня, задают частоту дискретизации по максимальной частоте колебаний процесса, например 1000 Гц.

В случае достижения низкочастотным параметром больших значений амплитуд, превысивших предупредительный уровень, задают частоту дискретизации для этого и других параметров колебательного процесса выше, например в 2 раза в связи с тем, что замеренный процесс может в своем составе содержать другие составляющие, вызванные нестационарностью в работе систем объекта, и, как следствие, появление дополнительных составляющих процесса, не характерных основному режиму эксплуатации объекта.

В случае появления кода-метки при достижении предупредительного уровня одним из параметров замеренная информация регистрируется с высокой частотой дискретизации для проведения в дальнейшем анализа о составе процесса, а также принятия или выполнения команды на измерение режима эксплуатации объекта, например, включения демпфирующих устройств в трактах энергетических установок.

В случае достижения одним из параметров предельного уровня, свидетельствующего о нештатной ситуации, задают высокую частоту дискретизации для всех параметров, например 1000 Гц, позволяющую провести подробный анализ по всем параметрам, подключенным к телеметрической системе измерений.

Представленный способ приема, анализа и передачи телеметрической информации обладает рядом преимуществ в сравнении с известным, которые заключаются в следующем:

- существенно сокращается время для анализа и передачи информации в связи с тем, что исключается из анализа и регистрации несущественная информация, не достигшая порогового уровня,

- в процессе эксплуатации объекта определяют основные параметры, характеризующие его нормальное состояние, например, скорость движения,

- определяют частоты и амплитуды колебаний процессов, характеризующих нормальное состояние объекта или выход параметров за заданные предупредительный или предельный уровень.

Способ обладает элементами адаптивности и может использоваться во многих системах контроля и анализа различных процессов, включая ударные нагрузки и вибрации, и может использоваться в системах контроля и предупреждения аварийных ситуаций.

Для осуществления вышеизложенного способа предлагаем систему для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой системе для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации можно считать систему, осуществляющую способ получения информации, описанный в книге авторов Переверткина С.М., Кантора А.В. и др. "Бортовая телеметрическая аппаратура космических летательных аппаратов", М., Машиностроение, 1977 г., стр.5-8.

Недостаток этой системы заключается в том, что замеренная информация имеет постоянную частоту дискретизации для каждого параметра независимо от его значения в пределах рабочего диапазона датчика, регистрируется и передается информация малых значений, т.е. не существенная, и кроме того, пункты приема на Земле получают большие потоки замеренной информации, которую надо анализировать по соответствующим методикам, а это требует дополнительных средств и много времени.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая система, - создание универсальной системы для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, повышающей эффективность приема и передачи информации, а также качество телеметрической информации.

Поставленная задача решается тем, что в системе для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, содержащей набор "n"датчиков, преобразователи, фильтры, усилители, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и настройки системы по уровням, задатчик уровней для анализа, блок анализа, блок управления частотой опроса, задатчик частоты опроса, таймер, блок формирования и кодирования сигналов порогового уровня, блок формирования и кодирования экстремальных сигналов, блок формирования и кодирования сигналов предельного уровня, запоминающее устройство, коммутатор, канал связи, источник питания, преобразователь источника питания, датчики, преобразователи, фильтры и усилители соединены последовательно и подключены первыми выходами к входам аналого-цифрового преобразователя, вторыми выходами - к запоминающему устройству, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с блоком анализа, входами соединенным с блоком управления и настройки системы по уровням через задатчик уровня для анализа, вторыми входами блок анализа соединен с выходом блока управления частотой опроса, подключенным через задатчик частоты опроса, третьими входами блок анализа соединен с таймером, который другими выходами подключен к запоминающему устройству, первым входом подключенным к блоку анализа, соединенным вторым, третьим и четвертым выходами через блоки формирования и кодирования сигналов порогового уровня, экстремальных сигналов и предельного уровня, подключенными к запоминающему устройству, подключенным также ко вторым выходам усилителей, а выходом запоминающее устройство соединено через коммутатор с каналом связи, блоки системы подключены к источнику питания, входом соединенным с преобразователем источника питания.

На фиг.2 представлена блок-схема предлагаемой системы для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, на фиг.3 - динамический процесс, анализируемый системой (частный случай).

Адаптивная телеметрическая система содержит набор "n" датчиков 1 (1-1, 1-2...1-n), преобразователи 2 (2-1, 2-2, 2-n), фильтры 3 (3-1, 3-2, 3-n), усилители 4 (4-1, 4-2, 4-n), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок управления и настройки системы по уровням 6, задатчик уровней для анализа 7, блок анализа 8, блок управления частотой опроса 9, задатчик частоты опроса, таймер 11, блок формирования и кодирования сигналов порогового уровня 12, блок формирования и кодирования экстремальных сигналов 13, блок формирования и кодирования сигналов предельного уровня 14, запоминающее устройство 15, коммутатор 16, канал связи 17, источник питания 18, преобразователь источника питания 19.

Датчики 1, преобразователи 2, фильтры 3 и усилители 4 соединены последовательно и подключены первыми выходами к входам АЦП 5,вторыми выходами - к запоминающему устройству 16, выходом АЦП 5 соединен с блоком анализа 8, входами соединенным с блоком управления и настройки системы по уровням 6 через задатчик уровня для анализа 7, вторыми входами блок анализа 8 соединен с выходом блока управления частотой опроса 9, подключенный через задатчик частоты опроса 10, третьими входами блок анализа 8 соединен с таймером 11, который другими выходами подключен к запоминающему устройству 15, первым входом подключенным к блоку анализа, соединенным вторым, третьим и четвертым выходами через блоки формирования и кодирования сигналов порогового уровня 12, экстремальных сигналов 13 и предельного уровня 14, подключенными к запоминающему устройству 15, подключенным также к вторым выходам с усилителей 4, а выходом запоминающее устройство 15 соединено через коммутатор 16 с каналом связи 17, блоки системы подключены к источнику питания 18, входом соединенным с преобразователем источника питания 19.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы измерительной информации с датчиков 1 поступают через последовательно соединенные преобразователи 2, фильтры 3, усилители 4 в АЦП 5, где информация оцифровывается и передается в блок анализа 8, который получает данные от блока настройки системы по уровням 6 через задатчик уровней 7, в блок управления задают для каждого параметра уровни для проведения анализа по программе: о пороговом и предельных уровнях, а также формирования информации об экстремумах.

Одновременно в блок анализа 8 задают частоты дискретизации замеренных процессов блоком 9 через задатчик частоты опроса в зависимости от замеренных уровней параметра.

Из блока анализа 8 анализированная информация о пороговом уровне для каждого параметра поступает в блок 12 и передается в запоминающее устройство 15.

Данные, выделенные по предельному уровню, передаются в блок 14, соединенный с выходами от блоков 4, которые передаются полностью в запоминающее устройство 15, затем на коммутатор 16 и в канал связи 17, куда также поступает информация.

Измерения от блоков 4 одновременно поступают в блок формирования и кодирования сигналов предельного уровня 14, куда также поступает информация от блока анализа 8, в котором получают результаты анализа о величинах замеренной информации, и при достижении заданного предельного уровня, информация, поступающая от блоков 4, передается в блок 15 как для нештатного состояния объекта с высокой частотой дискретизации.

На фиг.2 показаны выходы с блоков 4 в блок 5, а затем в блоки 14 и 15, вся информация от датчиков 1 пропускается через блоки 5 и далее 8 по указанным связям, в которых получают сжатую предварительно проанализированную информацию.

В случае достижения параметром предельного уровня вся информация по всем датчикам от блоков 4 может пропускаться непосредственно на коммутатор, минуя запоминающее устройство 15, и далее на канал связи для регистрации информации в обычном телеметрическом режиме, но с высокой частотой дискретизации.

В результате работы системы получают потоки сжатой, предварительно проанализированной существенной информации в виде сигналов, превысивших пороговый уровень, и далее сигналов, достигших заданных уровней при анализе медленно меняющихся параметров.

Для колебательных процессов с низкой частотой получают информацию об экстремальных значениях параметра в привязке к текущему времени.

При достижении параметром предельного уровня результаты измерений, пропущенные через блок анализа, регистрируются в виде амплитудно-частотного спектра по параметрам колебательных процессов и одновременно получают телеметрическую информацию о потоках измерений по всем параметрам в привязке к текущему времени с высокой частотой дискретизации для проведения подробного анализа нештатной ситуации.

Система дает большую экономию, особенно при длительной эксплуатации космических станций и больших потоках информации, обладает высокой эффективностью и может использоваться во многих отраслях народного хозяйства в системах непрерывного контроля данных измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в авиационной, космической технике и других областях приборостроения. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата задают "n" уровней, распределенных равномерно в рабочем диапазоне датчика по амплитуде, с учетом рабочего диапазона датчика по частоте. Измеренные значения сравнивают с заданными значениями уровней. При совпадении значений измеренного сигнала и соответствующего уровня формируют код-метку, свидетельствующую о достижении параметром этого уровня. Затем передают информацию об изменении параметра по заданным уровням. Одновременно задают контрольные уровни, включающие пороговый уровень, в пределах которого информация не анализируется, предупредительный и предельный уровни. При этом каждый замеренный сигнал после сравнения с заданными "n" уровнями анализируют на соответствие типу процесса и регистрируют медленно меняющиеся процессы последовательно поступающими кодами-метками. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, основанный на формировании замеренных датчиками сигналов, пропорциональных изменению физического процесса, передаче информации в устройства приема и на Землю по каналам связи, отличающийся тем, что задают "n" уровней, распределенных равномерно в рабочем диапазоне датчика по амплитуде с учетом рабочего диапазона датчика по частоте, замеренные значения датчиков сравнивают с заданными значениями уровней, при совпадении значений замеренного сигнала и соответствующего уровня формируют код-метку, свидетельствующую о достижении параметром этого уровня, а затем передают информацию об изменении параметра по заданным уровням, одновременно задают контрольные уровни, включающие пороговый, представляющий несущественную информацию, в пределах которого информация не анализируется, предупредительный и предельный уровни, при этом каждый замеренный сигнал после сравнения с заданными "n" уровнями анализируют на соответствие типу процесса и регистрируют медленно меняющиеся процессы последовательно поступающими кодами-метками в привязке к текущему времени, для колебательных процессов выделяют экстремальные значения параметра и регистрируют коды-метки экстремумов и задают частоту дискретизации параметра в зависимости от количества зарегистрированных кодов-меток в 1 с и замеренного уровня параметра, например, для частоты колебаний 2 Гц задают частоту дискретизации 20 Гц, а для частоты 10 Гц - задают 100 Гц соответственно, при достижении параметром предупредительного уровня формируют предупредительную команду на изменение режима работы объекта, а при достижении параметром предельного уровня формируют аварийную команду и регистрируют все параметры с максимальной частотой дискретизации, например, 1000 Гц.2. Система для адаптивного приема, анализа и передачи телеметрической информации, содержащая набор "n" датчиков, преобразователи, фильтры, усилители, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и настройки системы по уровням, задатчик уровней для анализа, блок анализа, блок управления частотой опроса, задатчик частоты опроса, таймер, блок формирования и кодирования сигналов порогового уровня, блок формирования и кодирования экстремальных сигналов, блок формирования и кодирования сигналов предельного уровня, запоминающее устройство, коммутатор, канал связи, источник питания, преобразователь источника питания, отличающаяся тем, что датчики, преобразователи, фильтры и усилители соединены последовательно и подключены первыми выходами к входам аналого-цифрового преобразователя, вторыми выходами - к запоминающему устройству, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с блоком анализа, входами соединенным с блоком управления и настройки системы по уровням через задатчик уровня для анализа, вторыми входами блок анализа соединен с выходом блока управления частотой опроса, подключенным через задатчик частоты опроса, третьими входами блок анализа соединен с таймером, который другими выходами подключен к запоминающему устройству, первым входом подключенному к блоку анализа, соединенному вторым, третьим и четвертым выходами через блоки формирования и кодирования сигналов порогового уровня, экстремальных сигналов и предельного уровня с запоминающим устройством, подключенного также ко вторым выходам усилителей, а выходом запоминающее устройство соединено через коммутатор с каналом связи, блоки системы подключены к источнику питания, входом соединенному с преобразователем источника питания.