Телеизмерительная система с управляющей обратной связью Советский патент 1990 года по МПК G08C25/02 

фаг.1

Изобретение относится ,к информационно-измерительной технике и может быть использовано в телеметрии, телеуправлении и т.д.

Цель изобретения - повышение достоверности принимаемой информации. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока решения; на фиг.З - структур-,- нал схема вычислительного блока; на фиг. Ц - формат кодового сообщения; на фиг.5 - схема кодирующего блока 3; на фиг. 6 - схема блока синхронизации.

Телеизмерительная система Сфиг. Г) $ содержит последовательно соединенные источник 1 сообщения, переключатель 2, кодирующий блок 3, прямой канал 4 связи, блок 5 решений, вычислительный блок 6, кодирующий блок 7 (коди- 20 рование обратного канала связи), модулятор 8, обратный канал 9 связи, приемник 10 решающих сигналов, блок 11 синхронизации, блок 12 хранения числа1 повторов, счетчик 13 повторов, 25 номер канала 14,блок 15 памяти,выход 16 которого является выходом всей системы.

Источник 1 представляет собой на- бор датчиков, преобразующих измеряемые величины 17 в нормированные электрические сигналы 18.

Переключатель 2 состоит из аналоговых ключей с дешифратором адреса.

Блок 5 решений (фиг.2) предназначен для цикловой синхронизации премни- ка, преобразования последовательного кода в параллельный, подстройки частоты и фазы тактового генератора когерентно с частотой и фазой тактового генератора передающей стороны, выда- .- чи данных и стробирующего импульса в вычислительный блок 6.

Блок 5 состоит из демодулятора 19, сдвигающих .регистров 20 и 21, фазового детектора 22, элемента 23 исключе- ния служебных нулей, фильтра 24 нижних частот, генератора 25 тактовых импульсов, дешифратора 26 и счетчика 27 битов.

Вычислительный блок 6 (фиг.З) со- eg , держит блоки 28 и 29 обработки сигналов, перемножитель 30, сумматоры 31 и 32, регистр 33, преобразователь 34 кодов, узел 35 управления, счетчик 36, преобразователь 37, выход блока ,.. 38, счетчики 39 и 40, формирователь сигнала и элемент сравнения 41, счетчик 42, элемент 43 сравнения, задат- чик 44 кода, генератор 45.

30

-

g ..

0

Блок 11 синхронизации (фиг.6) состоит из счетчиков 46 и 47, дешифратора 48, элемента ИЛИ 49, триггера 50, элемента И 51.

Кодирующий блок 3 (фиг.5) состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 52, регистра 53, мультиплексоров 54-56.

Кодирующий блок 3 работает следующим образом.

Аналоговый сигнал с выхода коммутатора 2 преобразуется в цифровую форму АЦП 52 и запоминается в регистре 53. В начале цикла работы на вход выбора мультиплексора М1 56 подается сигнал логической 1, а на адресные входы-кодовые комбинации 000-111 с выхода счетчика 46 блока 11. В результате кодовая комбинация цикловой синхронизации с информационных входов передается на выход блока. После передачи символа цикловой синхронизации на вход выбора мультиплексора М1 56 подается сигнал логического О, а на такой же вход мультиплексора М2 55 - сигнал логической 1 и на выход блока передается номер канала, который поступает от счетчика 14. После передачи номера кода выбирается мультиплексор МЗ 54 и хранящийся в регистре 53 код передается на выход блока N раз.

Прямой и обратный каналы 4 и 9 связи состоят из передатчика, канала связи и приемника и предназначены для передачи информации на расстояние.

Блок 5 решения работает следующим образом.

Фазовый детектор 22 выделяет из приходящих от демодулятора последовательных данных сигналы синхронизации и подстраивает частоту генератора 25 синфазно с частотой передатчика. По переднему фронту синхросигнала последовательные данные записываются в регистр 20 сдвига. Если на выходах регистра 20 появится кодовая комбинация символа цикловой синхронизации 01111110, то на выходе дешифратора 26 по отрицательному фронту синхросигнала сформируется сигнал сброса счетчика 27 битов и запрос на обслуживание. Элемент 23 подсчитывает количество подряд идущих единиц и, если после пяти единиц приходит О, то на тактовые входы счетчика 27 и регистра 21 сдвига синхроимпульсы от генератора 25 не проходят и, еледовательно, 0 не записывается в регистр, а исключается. Таким образом, на приемной стороне осуществляется процедура декодирования, обратная кодированию на передающей стороне. Счетчик 27 считает число информационных битов и после прихода восьми битов формирует строб записи в блок 6, данные в этот момент находятся на выходе регистра 21.

Исследование реальных каналов связи показало, что помехи состоят из смеси двух случайных процессов, один из которых имеет вид флуктуации с нормальным законом распределения (это тепловые шумы усилителей мощности, сбои младшего разряда и т.п.), другой процесс имеет импульсный характер, в общем случае произвольный и заранее неизвестный закон распределения, причем дисперсия второго процесса значительно выше первого. Для такого рода помех наиболее удачным алгоритмом обработки наблюдений является алгоритм, содержащий элементы отбраковки больших выбросов и элементы усреднения оставшихся после отбраковки данных для борьбы с флуктуацион- ной составляющей.

Блок 6 работает по следующему алгоритму. Проверяется наличие символа синхронизации j. Принимаемые данные х .1 расставляются в памяти в вариационный ряд

Xj f

ЈХ

W

}

-&

где j - индекс номера канала; N - число поворотов.

,xf,...,.,.,

X ,..., X : отбрасываются и в качестве оценки полезного сообщения вычисляется винзорированное среднее

М-Еч

x six1; . (о

J

i

Дисперсия этой оценки D гстсг-Тч

Jh N(N-1)

1 vMryH)Y4 m

(1-21/ю4 Ј, J xj ; (2)

Аналогично вычисляются,оценки полезных сообщений и дисперсии этих оценок для всех остальных каналов. Благодаря тому, что на приемную подсистему поступают сообщения X ,, а + $ tX +§„, где а - полезный сигнал, постоянный во всех N

0.

5

посылках; . - реализация помехи в каждой посыпке, т.е. изменяются ТОЛБ- ко помехи. Таким образом, дисперсия оценки, вычисленная по формуле (2), является характеристикой условий передачи сообщений в данный момент времени. Следовательно, регулируя число повторных передач N, можно обеспечить заданную дисперсию погрешности оценки от помех. В устройстве предлагается использовать в качестве характеристики помех среднюю дисперсию

1 m

D 51 D- для плавной регулировки

п„ m j

числа повторов передач М.При возрастании помех в канале связи увеличивается число повторов в каждом канале, что приводит к увеличению интерQ вала дискретизации, который равен Т3 т-К-Тинф+ТСЙ, где Тинф - интервал времени, отведенный на передачу одной информационной посылки; ТСА- интервал времени, отведенный на передачу слуc жебной информации по всем каналак. Увеличение интервала дискретизации повлечет за собой увеличение дисперсии погрешности аппроксимации, которая для 1-го канала равна (при восстановлении полиномами нулевой сте0 пени)

Djah«p 26 El-RXJ-(Tj)J

где 6 - дисперсия полезного j-ro сигнала;

R ()- нормированная корреляционная функция JTTO сигнала. Числовые параметры Rx() известны априори (в отличие от вероятностных характеристик помех) и хранятся в памяти, а оценка значения 6 вычисляется в блоке 6. Дисперсия суммарной погрешности, равная сумме дисперсий

1

DSJ--DJO+DJ.WP (Т:1ТЩ €Х -Ф +

+2&JJC1-R J-(T,) 03«Д О)

не должна превышать заданного значе- ния D3oA Решая уравнения (3), можно вычислять число повторов N для каж-1- дого канала, но в качестве первой .составляющей дисперсии погрешности- Djh предлагается использовать усредненную характеристику помех D , аналогично и для второй составляющей

дисперсии погрешности аппроксимации D-nnpследует использовать некоторую усредненную характеристику для всах Каналов Dann с учетом того, что интенсивности полезных сигналов близки друг к другу (иногда, например, малоактивные сигналы объединяют в группу (каждая группа занимает одну позицию ц общем переключателе 2). Введений Усредненных параметров Dn и Dntinynpo вычисление в блоке 6 и -приводит плавной регулировке числа повторов , следовательно, и к редким наруше- йиям синхронизации.

В случаях, когда недопустимо пре- ышение суммарной дисперсии погреш- Чости над заданной, усредненные параметры Dn и D „следует заменить на максимальные по всем каналам, т.е.

rv

}

Чнкс о 7/ Dj и °макс «пп D/ «пп которые можно определить в блоке 6 по

имеющимся данным о величине D-n и D: nw В этом случае будет обеспечено Гарантированное значение дисперсии Суммарной погрешности и плавное регулирование числа повторов N.

Вычислительный блок 6 работает Следующим образом.

Сигнал запроса на обслуживание Переводит узел управления 35 в режим приема сообщения. Узел 35 сбрасывает значения счетчиков 40 и 42, записывает а счетчик 39 число повторов каждого сообщения N с выхода преобразователя кода 34, элемент 41 сравнения сравнивает первый приходящий символ с кодом на выходе счетчика 40 номера канала и, если коды не совпадают, то переключается счетчик 42 ошибок. После прохождения всех М каналов счетчик-42 будет хранить число несовпадений символов синхронизации 17с номером каналов счетчика 40. Этр значение сравнивается элементом 43 сравнения со значением кода на выходе задатчика 44 кодов и, если оно превышает это значение, то элемент 43 сравнения выдает на узел 35 сигнал об ошибке синхронизации - тогда принятые отсчеты отбраковываются. Синхросигналы от дешифратора 26 сигнализируют узлу 35 и приеме очередного символа, уменьшая каждый раз значени счетчика 39. Каждый раз, когда значение счетчика 39 становится равным нулю, происходит перезапись в счетчи значения- N из узла 35 и переключение счетчика 40. Выходной код счетчика

,

5

п

5

0

5

40 является кодом номера канала j, по которому в формирователь 37 сигнала выбирается вид корреляционной функции. Номер принятого отсчета j в канале подается на адресный вход блока 28 обработки, а значение отсчета - на его информационный вход,- ко- торый за время приема последовательности отсчетов одного канала формирует оценку винзорированного среднего X и дисперсии 6 принимаемого сообщения. Эти значения сохраняются в блоке 28 обработки во время приема j+1 сообщения. За это время в блоке 29 обработки вычисляется оценка дисперсии аппроксимации сообщения 6ХО(. В устройстве 30 перемножения эта оценка умножается на величину 1-R (n t)} , где значение п определяется счетчиком 36, на вход которого поступают тактовые сигналы от генератора 45 через промежутки времени, равные Ј. Выходная дисперсия аппроксимации j канала Da- складывается с дисперсией помехи j канала D п в сумматоре 31, в регистре 33 после суммирования по всем каналам будет находиться значение опенки дисперсии D, которое является интегральной оценкой качества передачи и восста- човления информационного сообщения. В преобразователе кодов значению этой оценки ставится в соответствие значение числа повторов N, причем функция преобразования передач N и восстановления передаваемого сообщения.

Блок 1 I синхронизации работает следующим образом.

Тактовая частота с выхода генератора 25 переключает счетчик 46. Кодовые комбинации на выходе счетчика вызывают подключение одного из входов мультиплексоров к выходу блоков 11 и, таким образом осуществляя преобразование параллельного кода в последовательный. Сигнал переноса счетчика 46 переключает счетчик 47. В начальный момент времени счетчики 46 и 47 находятся в нулевом состоянии, дешифратор 48 формирует сигнал логической 1 выбора мультиплексора 56. После передачи кода цикловой синхронизации счетчик 47 переключается в следующее состояние и дешифратор подключает мультиплексор 55. После передачи кода номера канала дешифра- тор формирует сигнал на одном из старших выводов и через элемент ИЛИ 49 подключает мультиплексор 54. Число состояний счетчика 47, дешифратора 48 и входов элемента 49 больше, чем максимальное число повторов передачи значения параметров в i-м кнале.

Блок начинает работу с поступления сигнала синхронизации данных от счетчика 27 приемника 10 на вход триггера 50. Триггер устанавливается в единичное состояние и разрешает работу счетчиков 47 и 46. Сигнал переноса счетчика 47 через элемент И 51 поступает на вход счетчика 13 повторов и вызывает его переключение. Переключение счетчика 13 запрещает элемент И 51 во время передачи символа цикловой синхронизации и передачи кода номера канала.

Блок 12 хранения запоминает двоичный код числа повторов. Счетчик 13 выполнен на основе реверсивных счетчиков с предварительной установкой начала счета. Блок 15 служит для связи телеизмерительной системы с устройством регистрации данных.

Телеизмерительная система работае следующим образом.

Аналоговая информация с датчиков 1 поступает через переключатель 2 на кодирующий блок 3 и с его выхода через канал 4 связи на блок 5, где преобразуется в параллельный код и передается в вычислительный блок 6. Формат сообщения (фиг.4) представляет собой последовательность кодовых комбинаций цикловой синхронизации (16) в начале сообщения кода номера канала (17) измерительной информации (18), повторенной N раз. Заканчивается сообщение кодом цикловой синхронизации. Синхронизация сообщения на приемной стороне проверяется кодом номера каналов j(17),j 1-m, где m - общее число каналов. Все сообщение записывается в буферную память блока 6 и одновременно производится его обработка. Если большинство символов синхронизации каналов сбиты и длина сообщения не соответствует расчетной, то сообщение отбрасывается, если же не совпадают лишь некоторые коды j, то считается, что нарушения синхронизации нет. Принятое сообщение обрабатывается блоком 6 в соответствии с приведенным алгоритмом. После окончания расчета блок 6 выдает сигнал кодирую0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щему блоку 7 начать передачу символов цикловой синхронизации. После снятияк этого сигнала блок 6 записывает в регистр блока 7 информацию из памяти и заканчивает передачу выдачей сигнала блоку 7, по которому выводятся символы цикловой синхронизации.

Обмен с блоком 7 происходит по сигналу готовности блока 7 к приему новой информации. Закодированная блоком 7 информация через модулятор 8 и через обратный канал 9 связи поступает на вход приемника 10. Информация из-,регистра блока 10 переписывается в блок 12 и на этом цикл приема по / обратному каналу 9 заканчивается.

Счетчик 13 считает импульсы, приходящие от блока 11, и при достижении нулевого значения переписывает по входам начальной установки код числа повторов N, который хранится в блоке 12. Одновременно счетчик 13 выдает импульс переключения на счетчик 14, который подключает с помощью переключателя 2 следующий измерительный канал к блоку 3 кодирования.

Блок 11 синхронизации определяет конец цикла передачи, передает в канал связи кодовую комбинацию цикловой синхронизации и переходит в режим ожидания сигнала начала передачи нового сбобщения. Таким образом может быть прием нового сообщения по обратному каналу связи и запись нового значения N в блок 12.

В телеизмерительной системе повышается точность за счет осуществления непрерывного слежения за дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит из погрешности аппроксимации и погрешности от помех в канале связи, и непрерывного регулирования дисперсии суммарной погрешности восстановления за счет изменения количества повторных посыпок в соответствии с реальными условиями передачи по каналам связи. Формула изобретения

Телеизмерительная система с управ- ляющей обратной связью, содержащая источники сообщений, выходы которых подключены к одноименным входам группы переключателя, выход которого с&еди- /нен с первым входом первого кодирующего блока, выход которого через прямой канал связи подключен к входу блока решений, блок памяти, модулятор, выход которого через обратный канал связи соединен с входом приемни- ка решающих сигналов, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью повыше- HHBJ достоверности принимаемой информации, в него введены вычислительный блок, второй кодирующий блок, блок хранения числа повторов, счетчик повторов, блок синхронизации и счетчик номера канала, выход которого соеди- не с входом переключателя, вторым вхбдом первого кодирующего блока и первым входом блока синхронизации, первый и второй выходы которого под

5

ключены соответственно к тактовому входу первого кодирующего блока и счетчика повторов, выход которого соединен с входом счетчика номера канала, выход приемника решающих сигналов через блок хранения числа пов торов подключен к входу счетчика повторов , выходы группы блока решений подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выход которого и блока решений соединены соответственно с первым и вторым входами второго кодирующего блока, выход которого подключен к входу модулятора.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может использоваться в системах телеметрии, телеуправления. Цель изобретения - повышение достоверности принимаемой информации. Система содержит вычислительный блок 6, блок 5 решения, источники 1 сообщения, блок 7 кодирования обратного канала связи, блок 15 памяти, блок 12 хранения числа повторов, счетчик 14 номера каналов, блок 11 синхронизации, приемник 10 решающих сигналов, преключатель 2, кодирующие блоки 3, 7, прямой и обратной каналы связи 4, 9. При этом появляется возможность непрерывного слежения за дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит из погрешности аппроксимации и погрешности от действия помех в канале связи, и поддержания ее на заданном уровне за счет изменения количества повторных посылок. 6 ил.

19

20

26

/ ч

I

Фиг. 2

JL

28

27

-

23

21

I

/ ч

Q N 03 02

/6

Ш

02

18

01

ШНВН

/7

- Iff

ft

t

Фиг.Ь

к б х. 6/г 4

Фи&.5

J