SU1099322A1 - Телеизмерительна система - Google Patents

Abstract

1. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА , содержаща  на передающей стороне блок пр мого преобразовани  сигналов по матрице Ван-дер-Монда, входы которого  вл ютс  входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределител  импульсов, первый выход которого соединен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределител  импульсов соединены с управл ющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими . вторыми входами сумматора, выход которого подключен к каналу св зи; на приемной стороне содержаща  подключенный к каналу св зи селектор синхроимпульсов , выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первым входом распределител  импульсов , блок обратного преобразовани  сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, отличающа с . тем, что, с целью повьппени  точности системы, на передающей стороне вы- ходы блока пр мого преобразовани  сигналов по матрице Ван-дер-Монда соединены с информационными входами соответствующих ключей, на приемной стороне введены блоки восстановлени  сигналов, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределител  импульсов § соединены с управл ющими входами соответствующих блоков восстановле (/) ни  сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу св зи, первые выходы блоков восстановлени  сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров , вторые выходы - с соответствующими входами блока обратного jnpeобразовани  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 распределител  импульсов, вторые выходы распределител  импульсов соединены с управл ющими входами соответствующих коммутаторов, синхронизирующие входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов , выходы сумматоров соединены с соответств.ующими информационными вхо

Description

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

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

3. Система поп.1, отличающа с  тем, что блок восстановлени  сигналов выполнен на сумматоре, элементе пам ти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента пам ти, 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 восстановлени  сигналов , второй вход блока пам ти и третий вход первого интегратора объединены и подключены к управл ющему входу блока восстановлени  сигналов, выходы первого и второго интеграторов  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока восстановлени  сигналов .

Изобретение относитс  к телеизмерени м и может быть использовано дл  ,передачи аналоговых сообщений по проводным лини м, волноводам, радиолини м и т.д.

Известна телеизмерительна  система , содержаща  ключи, входы которых подсоединены к соответствующему входу системы, другие ключи с объединенными входами и выходами, подключенными через соответствующие демодул торы 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 св зи, 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 св зи l}.

Недостатком данной системы  вл етcif невысока  точность, так как дл 

уменьшени  погрешности восстановлени  необходимо выбирать частоту дискретизации в соответствии с экстремальной динамичностью входных сигналов, что св зано с увеличением расхода пропускной способности канала св зи.

Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  телеизмерительна  система, содержаща  блок пр мого ортогонального преобразовател  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 пам ти 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 управл ющим входам соответствующих БПР и ключей, выход сумматора через канал св зи подсоединен к эходу селектора синхроимпульсов ССИ и измерительным выходам других ключей, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока пам ти, выход каждого из блоков пам ти соединен соответствующим входом блока обратного ортогонального преобразовани  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 управл ющим входам соответствующих других ключей 2 . Однако указанна  система обладает ограниченной точностью из-за применеНИН малоэффективной экстрапол ции нулевого пор дка. Цель изобретени  - повышение точности системы. Указанна  цель достигаетс  тем, что в телеизмерительной системе, содержащей на передающей стороне блок пр мого преобразовани  сигналов по матрице Ваи-дер-Монда, входы которог  вл ютс  входами системы, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом распределител  импульсов, первый выход которого сое динен через формирователь синхроимпульсов с первым входом сумматора, вторые выходы распределител  импульсов соединены с управл ющими входами соответствующих ключей, выходы которых соединены с соответствующими вто рыми вкодагШ сумматора, выход которо го подключен к каналу св зи; на приемной стороне содержаща  подключеннь к каналу св зи селектор синхроимпуль сов, выход которого соединен через генератор тактовых импульсов с первы входом распределител  импульсов, бло обратного преобразовани  сигналов по матрице Ван-дер-Монда и ключи, на пе редающей стороне выходы блока пр мог преобразовани  сигналов по матрице Ван-дер-Монда соединены с информациейными входами соответствующих ключей, на приемной стороне в систему введены блоки восстановлени  сигнало.в, сумматоры, коммутаторы и анализаторы активности сигналов, первые выходы распределител  импульсов соединены с управл ющими входами соответствующих блоков восстановлени  сигналов, информационные входы которых объединены и подключены к каналу св зи, первые выходы блоков восстановлени  сигналов соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые выходы - с соответствующими входами блока обратного преобразовани  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 распределител  импульсов , вторые выходы распределител  импульсов соединены с управл ющими 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 сравнени , виход пикового детектора соединен с первым входом элемента сравнени , второй вход которого подключен к шине посто нного напр жени , входы фильтра нижних частот и пикового детектора объединены и  вл ютс  входом анализатора активности сигналов , выход фильтра нижних частот и выход элемента сравнени   вл ютс  соответственно первым и вторым выходами анализатора активности сигналов. Блок восстановлени  сиг,налов выполнен на сумматоре, элементе пам ти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым входом элемента пам ти, 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 восстановлени  сигналов, второй вход блока пам ти и третий вход первого интегратора объединены и подклйчены к управл ющему входу блока восстановлени  сигналов, выходы первого и второго интеграторов  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока восстановлени  сигналов. Благодар  этому на основе преобразовател  с матрицей Ван-дер-Монда осу ществл етс  экстрапол ци  любого пор дка на ПцТактов, где Пд - число активных каналов, в отличие от экстрапол ции нулевого пор дка на N тактов в прототипе. На фиг. 1 представлена структурна  схема всей системы; на фиг. 2 структурна  схема одного из вариантов второго распределител  импульсов приемной стороны; на фиг. 3 - структурна  схема одного из вариантов анализатора активности сигналов; на фиг. 4 - структурна  схема вьшолнени  блока восстановлени  сигналов. Телеизмерительна  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 пр мого преобразовани  сигналов по матрице Вандер-Монда , на приемной стороне генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ 7 распределитель 8 импульсов (РИ 8), блок 9 обратного преобразовани  сигн , л6в по матрице Ван-дер-Монда, селектор 10 синхроимпульсов, ключи 11, бл ки 12 восстановлени  сигналов, комму таторы 13, анализаторы 14 активности сигналов и сумматоры 15, а также канал 16 св зи. 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 сравнени , шину 27 посто нного напр жени  (уровень напр жени  на ши , не 27 равен величине максима 1ьно допустимой погрешности сигналов с помощью оценки текущего среднего). Блок 12 восстановлени  сигналов содержит (фиг. 4) элемент 28 пам ти, интеграторы 29 и 30, сумматор 31. Генератор 1 тактовых импульсов и синхронизируемьй генератор 7 тактовых импульсов предназначены дл  генерации последовательности тактовых импулг.оов соответственно на передающей и прие.ч1 2 ,6 ной стороне. Распределитель 2 импульсов предназначен дл  того, чтобы под действием входных импульсов последовательно формировать импульсы на своих выходах. Формирователь 3 синхроимпульсов предназначен дл  с инхронизации генераторов 1 и 7. Канал св зи служит дл  передачи сигналов измерительной информации от передающей стороны к приемной. Селектор 10 синхроимпульсов предназначен дл  выделени  синхроимпульсов из входного сигнала приемной стороны и синхронизации работы задающих генераторов 1 и 7 приемной и передающей сторон системы. Все указанные блоки берутс  типовыми. Распределитель 8 импульсов предназначен дл  последовательной вьщачи синхроимпульсов на первые свои выходы (на синхровходы 12) по мере поступлерш  импульсов на первый вход (от ГТИ 7), а также дл  формировани  импульсов на вторых выходах с целью последовательного подключени  через коммутаторы 13 выходов сумматоров 15 к тем выходам системы, которые соответствуют единичным вторым входам распределител  8 (вторые выходы блоков 14). Распределитель РИ 8 работает следующим образом (фиг. 2). С выхода распределител  17 синхроимпульсы поступают на входы управлени  блоков 12. Последний из этих импульсов в каждом цикле работы распределител  8 запускает ключ 18, через который на вход распределител  19 начинают поступать от генератора 23 импульсы, следующие с частотой большей, чем импульсы от генератора 7. На выходе распределител  19 поочередно по вл ютс  импульсы, проход щие на вьвсод тех элементов 20 И, на втарых входах которых имеютс  логические единицы (с выходов анализатФ9©в 14, соответствующих активным ка«а ам). Через элемент 21 импульсы .едеии  от элементов 20 поступают иа счетный вход счетчика 22, котормй бьш до этого установлен в состо ние +1 и код которого уменьшаетс  на единицу с. каждым счетным импульсом на входе (это реализуетс  с помощью обычного двоичного счетчика, если подключить на выход инверсные выходы триггеров). Благодар  этому коммутаторы 13 активных каналов будут установлены в состо ние N, N-1..., N-n, -«-I, где п число активных-каналов. Выходной импульс останавливает ключ 18 до следующего момента коррекции коммутаторов 13. Блок 6 пр мого преобразовани  сиг налов по матрице Ван-дер-Монда предназначен дл  преобразовани  N входны сигналов X(t) в N выходных Y(t) в со ответствии с выражением Y(t)BxX(t), где В - квадратна  (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) оставша с  матри ца будет невырожденной, т.е. ее опре делитель не равен нулю. Матрица Вандер-Монда имеет следующий вид где А - посто нный коэффициент дл  регулировани  динамического диапазона; ... N - неравные нулю и друг другу числа. Практически целесообразно выбирать величины оС т кими, чтобы величины oL как можно меньше отличались от единицы. Это важно дл  сохранени  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 реализуетс  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 дл  пропус кани  на выход либо сигнала с перво выхода анализатора 14 (если на управ л ющем входе ноль), либо сигнала от коммутатора 13, если на управл ющем .входе, подсоединенном к второму выхо ду анализатора 14, сигнал 1. Ключ 11 реализуетс  на основе двух ключей 5 и логического инвертора. Блоки 12 предназначены дл  восстановлени  аналоговых сигналов на осно- ве выборок, поступающих на вход. На выходах блоков 12, соединенных с сумматорами 15, формируютс  экстраполированные процессы (без задержек во времени ); на выходах, св занных с блоком 9, - интерполированные (с задержкой во времени, на с уменьшенной погрешностью дискретизации). Блок 9 обратного преобразовани  предназначен дл  преобразовани  входных сигналов в соответствии с матрицей , обратной матрице Ван-дер-Монда: C(t) В c(t). Матрица находитс  в соответствии с известными правилами обра)чени  матриц таким образом, что В X В . Реализуетс  блок 9 таким же образом, как и блок 6. I . Анализатор 14 предназначен дл  определени  активности входных сигналов и формировани  в соответствии со степенью активности выходногодвоичного сигнала на втором выходе блока анализатора 14, св занного с распределителем В, а также дл  формировани  на первом выходе текущего среднего значени  входного сигнала анализатора 14. Сумматоры 15 имеют единичный сум-. мирующий вход, св занный с экстрапол ционным выходом соответствующего анализатора 14 и.Н вычитающих входов, вес которых определ етс  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 , состо ща  из Пд строк, соответствующих П0 последним тактам передачи отсчетов сигналов; Ync.(t), X(t) - выходные сигналы системы. Коммутаторы 13 предназначены дл  последовательного подключени  N входных сигналов на свой выход. Переключение коммутатора происходит по мере, ;поступлени  тактовых импульсов с выхода генератора 7, а при подаче синхроимпульсов от распределител  8 коммутатор 13 принимает состо ние, определ емое кодом на установочных входах. Телеизмерительна  система работае следующим образом. Входной ансамбль сигналов х(t) преобразуетс  с помощью блока 6 в ан самбль сигналов Y(t), компоненты которого в выборок (отсчетов) пос тупают, в канал 16 св зи через ключи 5, управл емые импульсами распределител  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 погрешност ми экстрапол ции, т.е. .i-, ,Ч где Сц - текущий момент; число активных каналов; номер канала, дл  которого на данном К-том такте работы канала 16 св зи поступил очередной отсчет, обнуливший погрешность экстрапол . ции процесса в момент Скольз щее переключение коммутато ров 13 осуществл етс  под действием тактовых импульсов генератора 7 и указанна  особенность - подключение к выходам коммутаторов 13 Пд процессов YJ(t) с наименьшими погрешност ми экстрапол ции - посто нно поддерживаетс . Например, при на выход коммутатора 13 активного канала все врем  подключен сигнал Yg(t), отсчет которого только что пришел из канала 16 св зи. Если число или номера активных каналов мен ютс , то происходит коррекци  коммутаторов (на каждом цикле работы распределител  8). На приемной стороне синхроимпульс вццел етс  селектором 10 и используетс  дл  синхронизации генератора импульсы которого через распределитель поочередно запускают блоки 12, в которых происходит восстановление ансамбл  аналоговых сигналов Y(t). Интерполированные сигналы Tf,(t) поступают в коммутатор 13, на. вьЬсоде которого получаютс  входные сигналы всей системы (t), проход щие после осреднени  на соответствующие первые выходы анализатора 14, Если на вторых выходах анализатора Г4 Имеютс  логические сигналы О, то сигналы X(t) через ключи 11 поступают на выходы системы. Если входные сигналы имеют малую динамичность, то .погрешности интерпол ционного восстановлени из-за осреднени  в анализаторах 14 невелики . Если же часть компонент входного ансамбл  X (t) начинает активно измен тьс  и необходимо перейти на экстрапол ционное восстановление, то на вторых выходах соответствующих анализаторов 14 по вл етс  сигнал 1 и к соответствующему выходу системы через ключи 11 подключаютс  выходы соответствующих коммутаторов 13. При этом на установочные входы коммутаторов 13. от распределител  8 поступают установочные и синхросигналы таким образом, что при этом дл  активных каналов в любой момент времени совокупность коммутаторов 13, сумматоров 15 и ключей 11 осуществл ет решение векторного уравнени  в„ x(t) - о -.,, 7 (t)+(t)(t)0 где Е (t)-ng - компонентный вектор погрешности экстрапол ции Сигналов Y (t). Так как неактивные сигналы восстанавливаютс  с малой погрешностью дискретизации (при помощи интерпол ции и последующего усреднени  в анализаторах 14), то из уравнени  (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,, , сосо ща  из столбцов, соответствующих

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

матрицу В

послечего получают

а

-

X(t)

В„ En(t) (3)

Как следует из соотношени  (3), погрешности восстановлени  активных сигналов определ ютс  экстрапол ционными погрешност ми не всех, а лишь .Пц сигналов вектора Y,(t), причем экстраполировать приходитс  не на N, а не более, чем на п тактов. Как известно, максимальна  погрешность экстрапол ции полиномом п-ой степени определ етс  остаточным членом р да Тейлора.

S(t)

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

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

(-)

раз, Па

Например, при линейной экстрапол ции () 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 обеспечиваетс  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

Claims (2)

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 поматрице Ван-дер-Монда и ключи, отличающаяся, тем, что, с целью повышения точности системы, на передающей стороне выходы 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, пер вые 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 сум- маторов, 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 Έτοριρι 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 вхо3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок восстановления сигналов выполнен на сумматоре, элементе памяти и интеграторах, выход сумматора соединен с первым дами коммутаторов, выходы которых соединены с третьими входами соответствующих ключей, выходы ключей соединены с соответствующими входами сумматоров и соответствующими выходами системы.

2. Система поп.1,отличающ 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.

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 объе динены и подключены к управляющему входу блока восстановления сигналов, выходы первого и второго ин теграторов являются соответствен но ми первым и вторым выходаблока восстановления сиг налов.