Способ оценки качества приёма и акустического воспроизведения радиосистем транспортных средств Российский патент 2020 года по МПК G01R29/08 G01R31/00 

Изобретение относится к испытаниям радио, в первую очередь, приемных систем транспортных средств (ТС); обеспечивает интегральную оценку качества приема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации, в том числе и в условиях воздействия электромагнитных помех.

Из ГОСТ Р 51318.25-2012 известен способ испытаний радиоприемных систем ТС, имеющих в своем составе антенно-фидерные системы, на уровень наведенных в антенно-фидерных системах электромагнитных помех, в котором испытуемое ТС располагают в, защищенной от внешних факторов области / зоне, преимущественно в безэховой камере, отключают антенно-фидерные системы от радиоприемных систем ТС, подключают их к измерительному приёмнику, а затем включают в штатном режиме всё электрооборудование ТС и производят измерения уровней электромагнитных помех, наведенных работающим электрооборудованием ТС на упомянутые антенно-фидерные системы.

Оценка соответствия радиоприемных систем нормативным требованиям заключается в сравнении зарегистрированных в процессе испытаний величин наведенных на выходах антенно-фидерных систем электромагнитных помех с регламентируемыми, в заданном частотном диапазоне, уровнями.

Недостатком данного способа является невозможность оценки акустического тракта радиоприемных систем на устойчивость к электромагнитному воздействию.

Из патента RU 2570217, МПК H04R 5/04, опубл. 10.12.2015, известен способ контроля громкоговорителей и компенсации проблем качества воспроизведения звука, содержащий ряд последовательных этапов включающих подачу первого тестового сигнала на громкоговоритель, в захвате измерительным микрофоном отклика громкоговорителя на первый тестовый сигнал, в определении инверсии отклика для последующей выработки корректированного тестового сигнала, в подаче первого корректированного тестового сигнала на громкоговоритель и захвате микрофоном отклика громкоговорителя на первый корректированный тестовый сигнал, в определении инверсии второго отклика для последующей выработки очередного корректированного сигнала, в подаче на громкоговоритель очередного корректированного тестового сигнала и захвате микрофоном очередного отклика с последующим сравнением полученных параметров отклика с пред заданными пределами, по результатам которого или завершают настройку аудиосистемы, или выводят сообщение о несоответствии аудиосистемы предельным параметрам, или продолжают настройку аудиосистемы последовательным выведением параметров отклика на тестовый сигнал в заданный диапазон.

Среди недостатков данного способа, в контексте возможности его использования для оценки качества работы радиосистем, в том числе систем безопасности, транспортных средств, следует выделить:

- отсутствие метода оценки качества звучания радиосистемы в условиях воздействия внешнего электромагнитного поля.

- отсутствие количественной оценки достоверности воспроизводимой аудио трактом информации.

За прототип предлагаемого изобретения принят известный из книги Николаев П.А. Электромагнитная совместимость автотранспортных средств [Текст] / Николаев П.А., Кечиев Л.Н. / Под ред. Л.Н. Кечиева. – М.: Грифон, 2015. – 424 с. – (Библиотека ЭМС) способ испытаний радиоприемных систем ТС на защищённость к воздействию (помехозащищенность) внешнего электромагнитного поля (ЭМП), в котором ТС, снабжённое испытываемыми радиоприемной и акустической системами (далее радиосистема), располагают в защищенной от внешних факторов камере, преимущественно электромагнитной безэховой, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной и помехозащищённым передатчиком формирователя радиосигнала. В области камеры, характеризующейся минимальным уровнем ЭМП, формируемым устройством создания электромагнитных помех и антенной формирователя радиосигнала, размещают звукоиндикационную аппаратуру. При этом ТС устанавливают на поворотном стенде и оснащают связанным со звукоиндикационной аппаратурой микрофоном, размещаемым в кабине/салоне/кокпите (далее кабина) ТС в регламентированной нормативной документацией контрольной точке. Затем включают радиосистему ТС, формирователь радиосигнала и подвергают ТС воздействию электромагнитных полей, формируемых устройством создания электромагнитных помех и антенной формирователя радиосигнала.

Оценка радиоприемных систем на соответствие регламентированным требованиям заключается в субъективной акустической оценке качества воспроизводимого радио системой ТС звука, ретранслируемого размещённым в кабине ТС микрофоном и звукоиндикационной аппаратурой камеры, в период воздействия на ТС электромагнитных помех.

Примечание: Индикатор (лат. Indicator - указатель) - информационная система, устройство, прибор, отображающие изменения параметра контролируемого процесса в интерпретируемой человеком форме. В способе по прототипу в качестве звукоиндикационной аппаратуры использована акустическая звуковоспроизводящая аппаратура.

Недостатком данного способа является субъективность оценки качества звучания акустической системы ТС, а также невозможность количественной оценки достоверности информации, транслируемой радиосистемой (радиоприёмником).

Задачей изобретения является создание способа интегральной оценки качества радиоприема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации, в том числе в условиях воздействия электромагнитных помех, исключающего субъективность оценки, обеспечивающего объективную количественную оценку достоверности информации, транслируемой радиоприёмником.

Указанная задача решается в способе оценки качества приёма и акустического воспроизведения радиосистем ТС, заключающемся в размещении ТС, оснащенного испытываемой радио системой, на поворотном стенде в защищенной от внешних факторов камере, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной и помехозащищённым передатчиком формирователя радиосигнала, а также помехозащищённой звукоиндикационной аппаратурой и микрофоном, размещённым в кабине испытываемого ТС, во включении радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу, и в осуществлении опосредованной микрофоном и звукоиндикационной аппаратурой оценки качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем.

Указанная задача решается тем, что

-в качестве звукоиндикационной аппаратуры используют компьютер, посредством которого осуществляют формирование заданного регламентом испытаний исходного символьного, в том числе словесного сообщения, сформированного на основе букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации, трансформацию данного сообщения в импульсный код, где каждый из знаков алфавита, знаков пунктуации, паузы между знаками и словами заданы импульсами и паузами нормируемой длительности, передачу импульсного кода, с нормируемой условиями испытаний скоростью, на формирователь радиосигнала, а также декодирование принятого микрофоном акустического сигнала в символьное сообщение.

- оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения осуществляют сравнением декодированного и исходного словесных сообщений.

Количественная оценка качества работы испытываемой радиосистемы определяется из неравенства:

N ≥ k, где

– критерий соответствия, определяемый в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;

N – Параметр качества, характеризующий работу акустического и радио каналов радиоприемной системы ТС, определяемый из выражения:

, где

, где

Δα, град – угол поворота ТС относительно внешнего радиопередатчика в азимутальной плоскости;

C – бинарная функция:

, где

А – событие, соответствующее закодированному исходному сообщению;

В – событие, соответствующее декодированному сообщению;

– вероятность правильного воспроизведения события В, по отношению к событию А, определяемая в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;

S_j – параметр, определяющий конкретное условие общей конфигурации испытательных настроек, например, расстояние между внешним радиопередатчиком и ТС;

j = 1, 2, 3 …

Задача также может решаться тем, что после включения радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу, включают устройство создания электромагнитных помех, при этом оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя осуществляют с учётом одновременной оценки радиосистемы ТС на устойчивость к электромагнитным помехам для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем.

Изобретение поясняется следующими чертежами, иллюстрирующими принцип оценки качества воспроизведения радиоприемных систем ТС:

Фиг. 1, где схематично показаны: 1 – испытательная камера (электромагнитная безэховая камера); 2 – ТС; 3 – поворотный стенд; 4 – испытываемая радиосистема ТС; 5 – передатчик формирователя радиосигнала; 6 – антенна формирователя радиосигнала; 7 – микрофон; 8 – звукоиндикационная аппаратура; 9 – устройство создания электромагнитных помех.

На фиг. 2 показано: 10 – условное изображение кодированного исходного сообщения, соответствующее событию А.

На фиг. 3 показаны: 11 – условное изображение сообщения, озвученного акустическим трактом радиосистемы и принятого микрофоном (декодированное сообщение (не показано) будет соответствовать событию В), 12 – акустические шумы.

Изобретение может быть реализовано в испытательной электромагнитной безэховой камере 1, содержащей в своем составе поворотный стенд 3, устройство создания электромагнитных помех 9, передающую антенну 6 и передатчик 5 формирователя радиосигнала, звукоиндикационную аппаратуру 8 и микрофон 7. Где, звукоиндикационная аппаратура 8 и передатчик 5 формирователя радиосигнала выполнены размещёнными в области камеры 1 с минимальным уровнем ЭМП, создаваемым полеобразующими системами (устройством создания электромагнитных помех 9 и антенной 6 формирователя радиосигнала), с возможностью помехозащищённого соединения передатчика 5 с антенной 6, звукоиндикационной апаратуры 8 с микрофоном 7 и передатчиком 5. ТС 2, оснащённое испытываемой радиосистемой 4, размещают на поворотном стенде 3, посредством которого обеспечивается вариабельность ориентации ТС 2 относительно полеобразующих систем. При этом микрофон 7 размещают в кабине ТС 2 в одной из контрольных точек (точка задаётся, например, тест-планом испытаний), регламентированных, предпочтительно, ГОСТ33555-2015 «Автомобильные транспортные средства. Шум внутренний. Допустимые уровни и методы испытаний», а именно, п. 5.4 «Требования к местам установки микрофонов».

В качестве звукоиндикационной аппаратуры 8 используют компьютер, посредством которого осуществляют формирование заданного регламентом испытаний исходного символьного, в том числе словесного сообщения, сформированного на основе букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации, трансформацию данного сообщения в импульсный код, где каждый из знаков алфавита, знаков пунктуации, паузы между знаками и словами заданы импульсами и паузами нормируемой длительности, передачу импульсного кода, с нормируемой условиями испытаний скоростью, на формирователь радиосигнала, а также декодирование принятого микрофоном акустического сигнала в символьное сообщение.

В качестве импульсного кода может быть использована азбука (код) Морзе – способ кодирования символов длинными (тире) и/или короткими (точка) сигналами/элементами, где за единицу времени принимается длительность короткого сигнала, длительность длинного сигнала равна длительности трёх коротких, паузы между элементами/сигналами одного символа равны длительности короткого сигнала, паузы между символами равны трём длительностям короткого сигнала, а паузы между словами, в случае передачи/приёма тестового словесного сообщения, равны длительности семи коротких сигналов.

В настоящее время имеется достаточный выбор компьютерных программ, обеспечивающих как машинное кодирование символов (букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации) в импульсный код, так и машинное декодирование импульсного кода в символы.

Скорость передачи импульсно кодированных символов определяется, например, тест-планом испытаний. При этом в целях оценки испытываемой радиосистемы (преимущественно, её приёмного тракта) на устойчивость к электромагнитным помехам скорость передачи импульсно кодированных символов может быть согласована с частотой генератора гетеродина радиосистемы.

Заявляемое техническое решение основано на том, что при сравнении знаков исходного (сформированного звукоиндикационной 8 аппаратурой, передатчиком 5 и антенной 6 формирователя радиосигнала) и декодированного (акустически воспроизведённого радиосистемой 4, принятого микрофоном 7 и трансформированного звукоиндикационной 8 аппаратурой) сообщений однозначно определяется количество правильно распознанных/правдивых/истинных и искаженных/ложных/потерянных символов, что исключает субъективность оценки качества радиоприема и воспроизведения информации. При этом оценка качества производится на основании количественных значений вероятности целостности воспроизведения сообщения.

Импульсно кодированное знаковое сообщение в процессе радиопередачи, приема, демодуляции и акустического воспроизведения претерпевает искажения, которые влияют на целостность конечной информации. Причем на целостность передаваемой информации влияют и электромагнитная обстановка, определяющая параметры электромагнитной совместимости (ЭМС), и параметры радиопередачи, и особенности компоновки/конфигурации ТС, и параметры радиоприемной системы, и параметры ее акустического тракта… Таким образом, чем больше совпадений будет зарегистрировано между исходным и декодированным сообщениями, при заданных исходных условиях, тем выше будет оценка качества радиосистемы ТС.

Радиосистеме присваивается высшая оценка, если параметр качества будет удовлетворять условию N ≥0,98. В данном случае считают, что искажения акустической информации не будут восприниматься при прослушивании.

Если параметр качества будет удовлетворять условию 0,98 ≥ N ≥ 0,8 - качество работы радиосистемы считают приемлемым - искажения акустической информации не будут влиять на достоверность восприятия человеком.

Для реализации изобретения выполняют следующие действия:

1. Задают критерий соответствия k, который выбирают, как правило, из нормативной документации, например, тест-плана на испытания. Для обеспечения оценки приемлемого качества критерий выбирается из условия k ≥ 0,8.

2. Задают вероятность Р правильного воспроизведения события В (выходной последовательности декодированных символов), по отношению к событию А (входной последовательности декодированных символов), которая выбирается, как правило, из нормативной документации, например, из тест-плана на испытания. Для создания радиосистемы с приемлемым качеством её работы вероятность правильного воспроизведения событий задают из условия Р ≥ 0,8.

3. Устанавливают ТС 2 на поворотный стенд 3 электромагнитной безэховой камеры 1 и первично ориентируют в азимутальной плоскости по отношению к антенне 6 формирователя радиосигнала на заданный угол, принимая его ϕ=0.

4. Задают параметры S_j, определяющие конкретные условия общей конфигурации испытательных настроек, например, расстояние между антенной 6 формирователя радиосигнала и ТС 2, или положение электромагнитно экранированных боковых стёкол (опущены/подняты), или наличие электромагнитной помехи (внешней, заданной устройством создания электромагнитных помех 9, или собственной, определяемой конфигурацией/составом объектов электрооборудования ТС с испытываемой радиосистемой 4).

5. Настраивают радиосистему на прием радиосообщений и их акустическое воспроизведение.

6. В соответствии с рекомендациями п. 5.4 ГОСТ33555-2015 и требованиями задания на испытания в ТС 2 с испытываемой радиосистемой 4 устанавливают микрофон 7 и соединяют его с звукоиндикационной аппаратурой 8. Предпочтительной установкой микрофона является расположение в области расположения головы человека, находящегося на соответствующем посадочном месте ТС. Возможен вариант расположения микрофона непосредственно рядом с динамиком испытываемой радиосистемы 4. Для исключения внешних акустических шумов, возникающих, например, при переключении разного рода реле и/или кнопок при проверке испытываемой радиосистемы 4 на электромагнитную совместимость, возможно размещение динамиков (на чертежах не показаны) радиосистемы и микрофона 7 в акустически изолированном (шумоизоляционном) боксе (не показан).

7. Формируют электромагнитное воздействие с заданными параметрами. Электромагнитное воздействие может создаваться как внешними источниками (например, устройством создания электромагнитных помех 9), так и бортовыми системами ТС 2. Если в программе на испытания оценка электромагнитного воздействия не предусмотрена, то производиться оценка качества работы радиоприемной системой без учета параметров ЭМС.

8. Формируют заданную тест-планом испытаний последовательность буквенных и/или числовых, как вариант, и знаков пунктуации, символов, например, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9, которая является событием «А» и преобразуют ее в код Морзе с созданием аудиофайла.

9. Посредством радиопередатчика 5 и антенны 6 формирователя радиосигнала передают исходный аудиофайл (радиосообщение).

10. Посредством микрофона 7 и звукоиндикационной аппаратуры 8 принимают воспроизводимое акустическим трактом радиосистемы 4 радиосообщение и декодируют его в выходную последовательность символов, которая является событием «В».

11. Сравнивают событие «А» с событием «В» и определяют вероятность Р. Если событие «В» содержит искаженную информацию по отношению к событию «А», то вероятность Р определяется отношением числа правильно распознанной информации к исходной/истинной. Например, событие «А» состоит из последовательности десяти цифр «0 1 2 3 4 5 6 7 8 9», а декодированное событие «В» содержит 8 правильно распознанных цифр «0 1 _ 3 4 5 6 _ 8 9», тогда отношение А/В = 0,8. Если А/В ≥ Р, то бинарная функция C = 1. Если А/В < Р, то бинарная функция C = 0.

12. Поворачивают ТС по отношению к антенне формирователя радиосигнала на заданный угол Δα и повторяют пункты 7 – 11. Испытания, предпочтительно, проводят во всем диапазоне азимутальных углов 360 град.

13. Формируют массив бинарных функций в зависимости от азимутальных углов и вычисляют параметр качества N.

14. По результатам испытаний делают заключение о реализованном радиосистемой качестве воспроизведения. Сравнивают параметр качества N с критерием соответствия k. Если N≥ k, то радиосистема ТС считается соответствующей требованиям качества, если N < k, то радиосистема ТС считается не соответствующей требованиям качества и производится поиск узлов, влияющих на искажение информации.

По результатам испытаний радиосистемы делают заключение о качестве воспроизведения на основании заданных в нормативной документации критериев. В случае получения отрицательного результата тестирования принимается решение о доработке радиосистемы.

Способ обеспечивает интегральную оценку качества радиоприема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации по количественным значениям вероятности целостности воспроизведения сообщения. При этом совершенно очевидно, что предлагаемый способ может быть модифицирован понятным специалисту образом с целью проведения испытаний радиопередающего оборудования или радиопередающей части радиосистемы.

Изобретение относится к испытаниям радиосистем транспортных средств. Транспортное средство с испытываемой радиосистемой размещают на поворотном стенде электромагнитной безэховой камеры, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной и передатчиком формирователя радиосигнала, звукоиндикационной аппаратурой и микрофоном, который устанавливают в кабине транспортного средства. Задают тест-последовательность знаковых символов. Включают радиосистему на приём. Посредством звукоиндикационной аппаратуры, в качестве которой используют компьютер, трансформируют последовательность знаковых символов в импульсный код, который через формирователь радиосигналов транслируют в безэховой камере. Принятый и акустически озвученный радиосистемой импульсный код через микрофон транслируют звукоиндикационной аппаратуре, которая осуществляет преобразование акустически озвученного импульсного кода в последовательность знаковых символов. Сравнивают исходную и декодированную тест-последовательности знаковых символов - исходя из соотношения исходных/истинных и искаженных/потерянных символов определяют опосредованную радиосистемой вероятность правильного воспроизведения исходного сообщения для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем. Поворачивают ТС по отношению к антенне формирователя радиосигнала на заданный угол Δα и повторяют испытания. По результатам суммы испытаний вычисляют числовое значение параметра качества радиосистемы. Технический результат - способ исключает влияние субъективных факторов при оценке качества радиоприема, преобразования и акустического воспроизведения транслируемой через радиосистему информации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ оценки качества приёма и акустического воспроизведения радиосистем ТС, заключающийся в размещении ТС, оснащенного испытываемой радиосистемой, на поворотном стенде в защищенной от внешних факторов камере, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной, помехозащищённым передатчиком формирователя радиосигнала, помехозащищённой звукоиндикационной аппаратурой, а также микрофоном, размещённым в кабине испытываемого ТС, во включении радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу, и в осуществлении опосредованной микрофоном и звукоиндикационной аппаратурой оценки качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем, отличающийся тем, что в качестве звукоиндикационной аппаратуры используют компьютер, посредством которого осуществляют формирование заданного регламентом испытаний исходного символьного, в том числе словесного сообщения, сформированного на основе букв и/или цифр заданного алфавита как вариант, и знаков пунктуации, трансформацию данного сообщения в импульсный код, где каждый из знаков алфавита, знаков пунктуации, паузы между знаками и словами заданы импульсами и паузами нормируемой длительности, передачу импульсного кода, с нормируемой условиями испытаний скоростью, на формирователь радиосигнала, а также декодирование принятого микрофоном акустического сигнала в символьное сообщение, оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения осуществляют сравнением декодированного и исходного словесных сообщений, количественная оценка качества работы испытываемой радиосистемы определяется из неравенства:

N ≥ k, где

– критерий соответствия, определяемый в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;

N – параметр качества, характеризующий работу акустического и радиоканалов радиоприемной системы ТС, определяемый из выражения:

, где

, где

, град – угол поворота ТС относительно внешнего радиопередатчика в азимутальной плоскости;

C – бинарная функция:

, где

А – событие, соответствующее закодированному исходному сообщению;

В – событие, соответствующее декодированному сообщению;

– вероятность правильного воспроизведения события В, по отношению к событию А, определяемая в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;

S_j – параметр, определяющий конкретное условие общей конфигурации испытательных настроек, в частности расстояние между внешним радиопередатчиком и ТС;

j = 1, 2, 3 …

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после включения радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу включают устройство создания электромагнитных помех, при этом оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя осуществляют с учётом одновременной оценки радиосистемы ТС на устойчивость к электромагнитным помехам для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем.