Телеизмерительная система Советский патент 1984 года по МПК G08C19/28 

дами коммутаторов, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих ключей, выходы ключей соединены с соответствукяцими входами сумматоров и соответствующими выходами системы.

2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что анализатор активности сигналов выполнен на фильтре нижних частот, пиковом детекторе и элементы сравнения, выход пикового детектора соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к шине постоянного напряжения, входы фильтра нижних частот и пикового детектора объединены и являются входом анализатора активности сигналов, выход фильтра нижних частот и выход элемента сравнения являются соответственно первым и вторым выходами анализатора активности сигналов.

3. Система поп.1, отличающаяся тем, что блок восстановления сигналов выполнен на сумматоре, элементе памяти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента памяти, выход которого соединен с первым входом первого интегратора и входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, вторые входы сумматора и первого интегратора объединены и подключены к- информационному входу блока восстановления сигналов, второй вход блока памяти и третий вход первого интегратора объединены и подключены к управляющему входу блока восстановления сигналов, выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами блока восстановления сигналов.

1. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая на передающей стороне блок прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, входы которого являются входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими . вторыми входами сумматора, выход которого подключен к каналу связи; на приемной стороне содержащая подключенный к каналу связи селектор синхроимпульсов, выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первым входом распределителя импульсов, блок обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, отличающаяся. тем, что, с целью повьппения точности системы, на передающей стороне вы- ходы блока прямого преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда соединены с информационными входами соответствующих ключей, на приемной стороне введены блоки восстановления сигналов, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределителя импульсов § соединены с управляющими входами соответствующих блоков восстановле(/) ния сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу связи, первые выходы блоков восстановления сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые выходы - с соответствующими входами блока обратного jnpeобразования сигналов по матрице Ван- дер-Монда, выходы которого подключены к входам соответствующих а нализаторов активности сигналов, первые выходы анализаторов активности сигналов подключены к первым входам соответствующих ключей, вторые выходы - к BTOpipi входам соответствующих ключей и соответствующим вторым входам распределителя импульсов, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы сумматоров соединены с соответств.ующими информационными вхо

Изобретение относится к телеизмерениям и может быть использовано для ,передачи аналоговых сообщений по проводным линиям, волноводам, радиолиниям и т.д.

Известна телеизмерительная система, содержащая ключи, входы которых подсоединены к соответствующему входу системы, другие ключи с объединенными входами и выходами, подключенными через соответствующие демодуляторы к выходам системы, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов,, распределитель импульсов, выходы которого подключены к другим входам соответствующих ключей, формирователь синхроимпульсов, сумматор, к другим входам которого подключены выходы соответствующих ключей, канал связи, селектор синхроимпульсов, второй генератор тактовых импульсов и второй распределитель импульсов, выходы которого подключены к другим входам соответствующих других ключей, входы которых подключены к выходу канала связи l}.

Недостатком данной системы являетcif невысокая точность, так как для

уменьшения погрешности восстановления необходимо выбирать частоту дискретизации в соответствии с экстремальной динамичностью входных сигналов, что связано с увеличением расхода пропускной способности канала связи.

Наиболее близкой к предлагаемой является телеизмерительная система, содержащая блок прямого ортогонального преобразователя по Уолшу (ОПУ), п входов которого присоединены к входам системы, а каждый из выходов к дополнительным входам соответствующих других сумматоров и через соответствующие последовательно соединенные блоки памяти и разности (БПР) и другой сумматор - к измерительным входам ключей, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом сумматора; последовательно соединенные генератор тактовых импульсов (ГТИ), распределитель импульсов РИ и формирователь синхроимпульсов (ФСИ), вход последнего подсоединен к дополнительному входу сумматора, другие выходы РИ подсоединены к управляющим входам соответствующих БПР и ключей, выход сумматора через канал связи подсоединен к эходу селектора синхроимпульсов ССИ и измерительным выходам других ключей, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока памяти, выход каждого из блоков памяти соединен соответствующим входом блока обратного ортогонального преобразования по Уолшу (ООПУ), выходы которого соединены с соответствующими выходами системы; последовательно соединенные селектор синхроимпульсов ССИ, другой генератор тактовых импульсов и другой рас(Пределитель импульсов., выходы последнего подсоединены к управляющим входам соответствующих других ключей 2 . Однако указанная система обладает ограниченной точностью из-за применеНИН малоэффективной экстраполяции нулевого порядка. Цель изобретения - повышение точности системы. Указанная цель достигается тем, что в телеизмерительной системе, содержащей на передающей стороне блок прямого преобразования сигналов по матрице Ваи-дер-Монда, входы которог являются входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого сое динен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими вто рыми вкодагШ сумматора, выход которо го подключен к каналу связи; на приемной стороне содержащая подключеннь к каналу связи селектор синхроимпуль сов, выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первы входом распределителя импульсов, бло обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, на пе редающей стороне выходы блока прямог преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда соединены с информациейными входами соответствующих ключей, на приемной стороне в систему введены блоки восстановления сигнало.в, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих блоков восстановления сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу связи, первые выходы блоков восстановления сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые выходы - с соответствующими входами блока обратного преобразования сигналов по матрице Ван-дер-Монда, выходы которого подключены к входам соответствующих анализаторов активности сигналов, первые выходы анализаторов активности сигналов подключены к первым входам соответствующих ключей, вторые выходы - к вторым входам соответствующих ключей и соответствующим вторым входам распределителя импульсов, вторые выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы сумматоров соединены с соответствующими информационными входами ком-у мутаторов, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих ключей, выходы ключей соединены с соответствующими входами сумматоров . и соответствующими выходами системы. Кроме того, анализатор активности сигналов выполнен на фильтре нижних частот, пиковом детекторе и злементе сравнения, виход пикового детектора соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к шине постоянного напряжения, входы фильтра нижних частот и пикового детектора объединены и являются входом анализатора активности сигналов, выход фильтра нижних частот и выход элемента сравнения являются соответственно первым и вторым выходами анализатора активности сигналов. Блок восстановления сиг,налов выполнен на сумматоре, элементе памяти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента памяти, выход которого соединен с первым tj входом первого интегратора и входом второго интегратора, выход которого соединен с первьм входом сумматора, вторые входы сумматора и первого интегратора объединены и подключены к информационному входу блока восстановления сигналов, второй вход блока памяти и третий вход первого интегратора объединены и подклйчены к управляющему входу блока восстановления сигналов, выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходами блока восстановления сигналов. Благодаря этому на основе преобразователя с матрицей Ван-дер-Монда осу ществляется экстраполяция любого порядка на ПцТактов, где Пд - число активных каналов, в отличие от экстраполяции нулевого порядка на N тактов в прототипе. На фиг. 1 представлена структурная схема всей системы; на фиг. 2 структурная схема одного из вариантов второго распределителя импульсов приемной стороны; на фиг. 3 - структурная схема одного из вариантов анализатора активности сигналов; на фиг. 4 - структурная схема вьшолнения блока восстановления сигналов. Телеизмерительная система содержит на приемной стороне генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ 1), распределитель 2 импульсов (РИ 2), формирователь 3 синхроимпульсов (ФСИ 3), сумматор 4, ключи 5, блок 6 прямого преобразования сигналов по матрице Вандер-Монда, на приемной стороне генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ 7 распределитель 8 импульсов (РИ 8), блок 9 обратного преобразования сигн ,л6в по матрице Ван-дер-Монда, селектор 10 синхроимпульсов, ключи 11, бл ки 12 восстановления сигналов, комму таторы 13, анализаторы 14 активности сигналов и сумматоры 15, а также канал 16 связи. Распределитель 8 импульсов содержит (фиг.2) распределитель 17, ключ 18, распределитель 19, элементы 20 И элемент 21 ИЛИ, счетчик 22 импульсов генератор 23 тактовых импульсов. Анализатор 14 активности сигналов содержит (фиг. 3) фильтр 24 нижних частот, пиковый детектор 25, элемент 26 сравнения, шину 27 постоянного напряжения (уровень напряжения на ши, не 27 равен величине максима 1ьно допустимой погрешности сигналов с помощью оценки текущего среднего). Блок 12 восстановления сигналов содержит (фиг. 4) элемент 28 памяти, интеграторы 29 и 30, сумматор 31. Генератор 1 тактовых импульсов и синхронизируемьй генератор 7 тактовых импульсов предназначены для генерации последовательности тактовых импулг.оов соответственно на передающей и прие.ч12 ,6 ной стороне. Распределитель 2 импульсов предназначен для того, чтобы под действием входных импульсов последовательно формировать импульсы на своих выходах. Формирователь 3 синхроимпульсов предназначен для с инхронизации генераторов 1 и 7. Канал связи служит для передачи сигналов измерительной информации от передающей стороны к приемной. Селектор 10 синхроимпульсов предназначен для выделения синхроимпульсов из входного сигнала приемной стороны и синхронизации работы задающих генераторов 1 и 7 приемной и передающей сторон системы. Все указанные блоки берутся типовыми. Распределитель 8 импульсов предназначен для последовательной вьщачи синхроимпульсов на первые свои выходы (на синхровходы 12) по мере поступлершя импульсов на первый вход (от ГТИ 7), а также для формирования импульсов на вторых выходах с целью последовательного подключения через коммутаторы 13 выходов сумматоров 15 к тем выходам системы, которые соответствуют единичным вторым входам распределителя 8 (вторые выходы блоков 14). Распределитель РИ 8 работает следующим образом (фиг. 2). С выхода распределителя 17 синхроимпульсы поступают на входы управления блоков 12. Последний из этих импульсов в каждом цикле работы распределителя 8 запускает ключ 18, через который на вход распределителя 19 начинают поступать от генератора 23 импульсы, следующие с частотой большей, чем импульсы от генератора 7. На выходе распределителя 19 поочередно появляются импульсы, проходящие на вьвсод тех элементов 20 И, на втарых входах которых имеются логические единицы (с выходов анализатФ9©в 14, соответствующих активным ка«аяам). Через элемент 21 импульсы .едеиия от элементов 20 поступают иа счетный вход счетчика 22, котормй бьш до этого установлен в состояние +1 и код которого уменьшается на единицу с. каждым счетным импульсом на входе (это реализуется с помощью обычного двоичного счетчика, если подключить на выход инверсные выходы триггеров). Благодаря этому коммутаторы 13 активных каналов будут установлены в состояние N, N-1..., N-n, -«-I, где п число активных-каналов. Выходной импульс останавливает ключ 18 до следующего момента коррекции коммутаторов 13. Блок 6 прямого преобразования сиг налов по матрице Ван-дер-Монда предназначен для преобразования N входны сигналов X(t) в N выходных Y(t) в со ответствии с выражением Y(t)BxX(t), где В - квадратная (NxN) матрица Ван-дер-Монда. Матрица Бан-дер-Монда, в отличие, от матрицы Уолша в прототипе имеет т преимущество, что при вычеркивании любых К столбцов и К соседних строк (или же К-п последних строк и п первых строк, где-п,К) оставшаяся матри ца будет невырожденной, т.е. ее опре делитель не равен нулю. Матрица Вандер-Монда имеет следующий вид где А - постоянный коэффициент для регулирования динамического диапазона; ... N - неравные нулю и друг другу числа. Практически целесообразно выбирать величины оС тякими, чтобы величины oL как можно меньше отличались от единицы. Это важно для сохранения динамического диапазона входных сигналов. Например, при и числах во второй строке матрицы ±1; ±UO,01; t 1±0,02; i 1±0,03; ± 1±0,04 наименьшие и наибольшие по модулю числа в 18-ой строке будут /Л- J. 18-1 0,,50; ,.|,1,04 1,94. Блок 9 реализуется на основе N N-входовых сумматоров, вес N входов каждого из которых соответствует элементам матрицы В (пример реализации блока 9 дан в з ) . . Ключи 11 предназначены для пропус кания на выход либо сигнала с перво выхода анализатора 14 (если на управ ляющем входе ноль), либо сигнала от коммутатора 13, если на управляющем .входе, подсоединенном к второму выхо ду анализатора 14, сигнал 1. Ключ 11 реализуется на основе двух ключей 5 и логического инвертора. Блоки 12 предназначены для восстановления аналоговых сигналов на осно- ве выборок, поступающих на вход. На выходах блоков 12, соединенных с сумматорами 15, формируются экстраполированные процессы (без задержек во времени); на выходах, связанных с блоком 9, - интерполированные (с задержкой во времени, на с уменьшенной погрешностью дискретизации). Блок 9 обратного преобразования предназначен для преобразования входных сигналов в соответствии с матрицей, обратной матрице Ван-дер-Монда: C(t) В c(t). Матрица находится в соответствии с известными правилами обра)чения матриц таким образом, что В X В . Реализуется блок 9 таким же образом, как и блок 6. I . Анализатор 14 предназначен для определения активности входных сигналов и формирования в соответствии со степенью активности выходногодвоичного сигнала на втором выходе блока анализатора 14, связанного с распределителем В, а также для формирования на первом выходе текущего среднего значения входного сигнала анализатора 14. Сумматоры 15 имеют единичный сум-. мирующий вход, связанный с экстраполяционным выходом соответствующего анализатора 14 и.Н вычитающих входов, вес которых определяется элементами соответствующей строки матрицы Вандер-Монда. Когда выходы части или всех сумматоров 15 подключены через ключи 11 к соответствующим выходам всей системы, совокупность п сумматоров и ключей 11 реализует векторное уравнение ПаП - о, ° где В„ - часть матрицы Ван-дер-Монда, состоящая из Пд строк, соответствующих П0 последним тактам передачи отсчетов сигналов; Ync.(t), X(t) - выходные сигналы системы. Коммутаторы 13 предназначены для последовательного подключения N входных сигналов на свой выход. Переключение коммутатора происходит по мере, ;поступления тактовых импульсов с выхода генератора 7, а при подаче синхроимпульсов от распределителя 8 коммутатор 13 принимает состояние, определяемое кодом на установочных входах. Телеизмерительная система работае следующим образом. Входной ансамбль сигналов х(t) преобразуется с помощью блока 6 в ан самбль сигналов Y(t), компоненты которого в выборок (отсчетов) пос тупают, в канал 16 связи через ключи 5, управляемые импульсами распределителя 2, и сумматор 4 вместес синхроимпульсом, формируемым формиро вателем 3. На выходы коммутаторов 13 соответствующих а1 тивным каналам, поступают через соответствующие сумматоры 15 выходные экстраполированны сигналы блоков 12с наименьшими погрешностями экстраполяции, т.е. .i-, ,Ч где Сц - текущий момент; число активных каналов; номер канала, для которого на данном К-том такте работы канала 16 связи поступил очередной отсчет, обнуливший погрешность экстраполя. ции процесса в момент Скользящее переключение коммутато ров 13 осуществляется под действием тактовых импульсов генератора 7 и указанная особенность - подключение к выходам коммутаторов 13 Пд процессов YJ(t) с наименьшими погрешностями экстраполяции - постоянно поддерживается. Например, при на выход коммутатора 13 активного канала все время подключен сигнал Yg(t), отсчет которого только что пришел из канала 16 связи. Если число или номера активных каналов меняются, то происходит коррекция коммутаторов (на каждом цикле работы распределителя 8). На приемной стороне синхроимпульс вццеляется селектором 10 и используется для синхронизации генератора импульсы которого через распределитель поочередно запускают блоки 12, в которых происходит восстановление ансамбля аналоговых сигналов Y(t). Интерполированные сигналы Tf,(t) поступают в коммутатор 13, на. вьЬсоде которого получаются входные сигналы всей системы (t), проходящие после осреднения на соответствующие первые выходы анализатора 14, Если на вторых выходах анализатора Г4 Имеются логические сигналы О, то сигналы X(t) через ключи 11 поступают на выходы системы. Если входные сигналы имеют малую динамичность, то .погрешности интерполяционного восстановленияиз-за осреднения в анализаторах 14 невелики. Если же часть компонент входного ансамбля X (t) начинает активно изменяться и необходимо перейти на экстраполяционное восстановление, то на вторых выходах соответствующих анализаторов 14 появляется сигнал 1 и к соответствующему выходу системы через ключи 11 подключаются выходы соответствующих коммутаторов 13. При этом на установочные входы коммутаторов 13. от распределителя 8 поступают установочные и синхросигналы таким образом, что при этом для активных каналов в любой момент времени совокупность коммутаторов 13, сумматоров 15 и ключей 11 осуществляет решение векторного уравнения в„ x(t) - о -.,, 7 (t)+(t)(t)0 где Е (t)-ng - компонентный вектор погрешности экстраполяции Сигналов Y (t). Так как неактивные сигналы восстанавливаются с малой погрешностью дискретизации (при помощи интерполяции и последующего усреднения в анализаторах 14), то из уравнения (1) следует ,, гдеХ n(t) ИХ (t) Пд - компонентный вектор входных и выходных сигналов в активных каналах системы соответственно. Так как по определению матрицы Ван-дер-Монда часть матрицы В,, , сосоящая из столбцов, соответствующих

активным каналам, имеет ненулевой определитель, то можно обе части соотношения (2) умножить на обратную

матрицу В

послечего получают

а

-

X(t)

В„ En(t) (3)

Как следует из соотношения (3), погрешности восстановления активных сигналов определяются экстраполяционными погрешностями не всех, а лишь .Пц сигналов вектора Y,(t), причем экстраполировать приходится не на N, а не более, чем на п тактов. Как известно, максимальная погрешность экстраполяции полиномом п-ой степени определяется остаточным членом ряда Тейлора.

S(t)

. n+1 где Му,,, - модуль-максимум (п+1)-ой

производной сигнала, откуда следует выигрыш в максимальной погрешности экстраполяции по сравнению с циклической системой без блоков 6 и 9 в N

(-)

раз, Па

Например, при линейной экстраполяции () и коэффициенте .загрузки систе1

,,Па

МЫ К- -jp

тт- получают максимальный вьмгрыш , тогда как в прототипе максимальный выигрьш может быть только N крат.

.Таким образом, в предлагаемой системе обеспечивается значительное повьшгение точности. .

Ц

«%

t /

Э

м

и

п гг.-, -I г 1 nrr 3cm. К установ. tn. SMno8 W К cuHXpffffjiffffoM SflOKoS l6

От ffA.13

гц

25

-$

Фиг.З а Фиг

К л. //

К (блокам 8 и 11

тААГЧ