Телеизмерительная система с управляющей обратной связью

(57) Иэоб ционно-из использов телеуправ етение относитсяерительной техник нформаможетет изме ния количества повтил посылокРвай 17 ГОСУДАРСТНЕККЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ПНТ СССР(56) Кловский Л.,:. Теория песигналов, М,: Связь, 1973, сАвторское свидетельство СР 842918, кл. С 08 С 25/02.(54) ТЕЛРИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕУПРАВЛЯЮЩЕЙ ОВРАТНОР СВЯЗЬН) ся в системах телеметрии ия. Цель изобретения -18 2повышение достоверности принимаемой информации. Система содержит вычислительный блок 6, блок 5 решения, источниксообщения, 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, переключатель 2, кодирующие блоки 3, 7, прямой и обратный каналы связи 4,9. При.этом появляется возможность непрерывного слежения эа дисперсией суммарной погрешности восстановления полезных сообщений, которая состоит иэ погрешности аппроксимации и погрешности от действия помех в канале связи, и поддержания ее на заданном уровне заИзобретение относится,к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано в телеметрии, телеуправлении и т.д,5Цель изобретения - повышение достоверности принимаемой информации.На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 . - структурнаясхема блока решения; на фиг. 3 - структур ная схема вычислительного блока; нафиг. 4 - формат кодового сообщения; на,фиг.5 - схема кодирующего блока 3; нафиг. 6 - схема блока синхронизации.гТелеизмерителвная система (фиг. 1)содержит последовательно соединенныеисточник 1 сообщения, переключатель2, кодирующий блок 3, прямой канал4 связи, блок 5 решений, вычислительный блок 6, кодирующий блок 7 (кодирование обратного канала связи), модулятор 8, обратный канал 9.связи,приемник 10 решающих сигналов, блок11 синхронизации, блок 12 хранениячислаповторов, счетчик 13 повторов, 25номер канала 14, блок 15 памяти, выход 16которого является выходом всей системы.Источник 1 представляет собой набор 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 премника, преобразования последовательного35кода в параллельный, подстройки частоты и фазы тактового генератора когерентно с частотой и Фазой тактовогогенератора передающей стороны, выдачи данных и стробирующего импульсав вычислительный блок 6.Блок 5 состоит из демодулятора 19,сдвигающих,регистров 20 и 21; фазового детектора 22, элемента 23 исключения служебных нулей, фильтра 24 нижних частот, генератора 25 тактовыхимпульсов, дешифратора 26 и счетчика27 битов.Вычислительный блок 6 (фиг.З) со,держит блоки 28 и 29 обработки сигналов, перемножитель 30, сумматоры31 и 32, регистр 33, преобразователь34 кодов, узел 35 управления, счетчик36, преобразователь 37, выход блока38, счетчики 39 и 40,. Формировательсигнала и элемент сравнения 41, счетчик 42, элемент 43 сравнения, задатчик 44 кода, генератор 45. 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 комму"татора 2 преобразуется в цифровую форму АЦП 52 и запоминается в регистре 53. В начале цикла работы на вход выбора мультиплексора М 1 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 М 1 56 подается сигнал логического О, а на такой же вход мультиплексора М 2 55 в , 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 выходблока Б 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 выдсляет 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, сле 5 15 довательно, 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 иэ которых имеет вид флуктуаций 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 распределеlния, причем дисперсия второго процесса значительно вьппе 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 флуктуационной составляющей.Блок 6 работает по следующему алгоритму. Проверяется наличие символа синхронизации 3. Принимаемые данные Храсставляются в памяти ве1вариационный рядХХ. (. (Х.1 3 "- (фгде 3 - индекс номера канала;И - число поворотов.значения Х, Х 1Ль "сц (ефимсмХ Х отбрасываются й в качествеоценки полезного сообщения вычисляется винзорированное среднеене"(1 21 Р)2 . , (Х -Х) е (2)САналогично вычисляются, оценки полезных сообщений и дисперсии этих оценок для всех остальных каналов.Благодаря тому, что на приемную подсистему поступают сообщения Х,= = а ф , Х=а +, где а - полезный сигнал, постоянный во всех ИЭ акр =2 6 к, 1 В.(Т Ц где Ье - дисперсия полезного 3-гох 135 сигнала;К (4- нормированная корреляционхная функция З-,го сигнала.Числовые параметры К(с) известныаприори (в отличие от вероятностных 40 характеристик помех) и хранятся впамяти, а оценка значения 6 вычисляется в блоке 6. Дисперсия суммарной погрешности, равная сумме дис- персий 45 1Э =Э+П=- - - - -кп ф Р 1(1 1)1(3) 50 не должна превьппать заданного значения П . Решая уравнения (3), можно вычислять число повторов Я для каж дого каналано В качестве первойсоставляющей дисперсии погрешности Ппредлагается использовать усредненную характеристику помех Р , анапф логично и для второй составляющей 71636 бпосылках; . - реализация помехи вкаждой посылке, т.е, изменяются толь- ко помехи. Таким образом, дисперсияоценки, вычисленная по формуле (2),является характеристикой условийпередачи сообщений в данный моментвремени. Следовательно, регулируячисло повторных передач Б, можно обеспечить заданную дисперсию погрешностиоценки от помех. В устройстве предлагается испольэовать в качестве характеристики помех среднюю дисперсию10= -- Е 0 для плавной регулировкишчисла повторов передач К.При возрастании помех в канале связи увеличивается число повторов в каждом канале, что приводит к увеличению интервала. дискретизации, который равенТ 5 =щ.и Тинф+Тси у где Т инф интервалвремени, отведенный на передачу однойинформационнои посылки; Т- интервалвремени, отведенный на передачу служебной информации по всем каналам.Увеличение интервала дискретизацииповлечет за собой увеличение дисперсии погрешности аппроксимации, которая для -го канала равна (при восстановлении полиномами нулевой стедисперсии погрешности аппроксимации Вследует использовать некоторуюеюусредненную характеристику для всех каналов Вс учетом того, что инапД5 тенсивности полезных сигналов близки друг к другу (иногда, например, мало- активные сигналы объединяют в группу каждая группа занимает одну позицию в общем переключателе 2). Введение усредненных параметров В и В упроЩает вычисление в блоке 6 и приводитплавной регулировке числа повторовследовательно, и к редким нарушениям синхронизации,15В случаях, когда недопустимо преышение суммарной дисперсии погрешйости над заданной, усредненные параметры В и В следует заменить наимаксимальные по всем каналам, т.е. Вмюкс лВ)ь и Вмакс ад ъ В 1 опкотофые можно определить в блоке 6 по имеющимся данным о величине В и 0 ц,. В этом случае будет обеспечено1 ЙФфгарантированное значение дисперсии 25 суммарной погрешности и плавное регулирование числа повторов И.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 в счетчик 39 число повторов каждого сообщения Б с выхода преобразователя кода 34, элемент 41 срав 35 нения сравнивает первый приходящий ,символ с кодом на выходе счетчика 40 номера канала и, если коды не совпа,дают, то переключается счетчик 42 ошибок. После прохождения всех М каналов счетчик 42 будет хранить число несовпадений символов синхронизации 17 с номером каналов счетчика 40. Это,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 при 50 нятые отсчеты отбраковываются. Синхросигналы от дешифратора 26 сигналиэируют узлу 35 и приеме очередного символа, уменьшая каждый раз значение счетчика 39. Каждый раз, когда значение счетчика 39 становится равным55 нулю, происходит перезапись в счетчик . значения И из узла 35 и переключение счетчика 40. Выходной код счетчика 40 является кодом номера канала по которому в Формирователь 37 сигнала выбнрается вид корреляционной Функции. Помер принятого отсчета 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 средне-и 2го Х и дисперсии 6. принимаемого.3 1 всообщения. Эти значения сохраняются в блоке 28 обработки во время приема 1+1 сообщения. За это время в блоке 29 обработки вычисляется оценка дисперсии аппроксимации сообщения 6,. В устройстве 30 перемножения эта оценка умножается на величину 11-Р (п), где значение и определяется счетчиком 36, на вход которого поступают тактовые сигналы от генератора 45 через промежутки времени, равные ь . Выходная дисперсия аппроксимации 1 канала В с, складывается с дисперсией помехи 1 канала ВвО сумматоре 31, в регистре 33 после суммирования по всем каналам будет находиться значение оценки дисперсии В, которое является интегральной оценкой качества передачи и восстановления информационного сообщения, В преобразователе кодов значению этой оценки ставится в соответствие значение числа повторов Б, причем Функция преобразования передач И и восстановления передаваемого сообщения.Блок 11 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 с 11 етчик 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 дешифратор Формирует сигнал на одном из стар 1571636 1050 ших выводов и через элемент ИЛИ 49нодключает мультиплексор 54Числосостояний счетчика 47, дешифратора48 и входов элемента 49 больше, чеммаксимальное число И , повторовпередачи значения параметров в -м канале,Блок начинает работу с поступлениясигнала синхронизации данных от счет 10чика 27 приемника 10 на вход триггера 50. Триггер устанавливается в единичное состояние и разрешает работусчетчиков 47 и 46. Сигнал переносасчетчика 47 через элемент И 51 пос 15тупает на вход счетчика 13 повторови вызывает его переключение. Переключение счетчика 13 запрещает элемент И 5 1 во время передачи символацикловой синхронизации и передачикода номера канала,Блок 12 хранения запоминает двоичный код числа повторов, Счетчик 13выполнен на основе реверсивных счетчиков с предварительной установкойначала счета. Блок 15 служит длясвязи телеизмерительной системы сустройством регистрации данных.Телеиэмерительная система работаетследующим образом.Аналоговая информация с датчиков1 поступает через переключатель 2 накодирующий блок 3 и с его выхода через канал 4 связи на блок 5, гдепреобразуется в параллельный код ипередается в вычислительный блок 6. 35Формат сообщения (фиг.4) представляет собой последовательность кодовых комбинаций цикловойсинхронизации (16) в начале сообщения коданомера канала (17) измерительной 40информации (18), повторенной И раз.Заканчивается сообщение кодом цикловой синхронизации. Синхронизациясообщения на приемной стороне проверяется кодом номера каналов 1(17),= 45=1-ш, где ш - общее число каналов.Все сообщение записывается в буферную память блока 6 и одновременнопроизводится его обработка. Еслибольшинство символов синхронизацииканалов сбиты и длина сообщения несоответствует расчетной, то сообщение отбрасывается, если же не совпадают лишь некоторые коды 1, то считается, что нарушения синхронизациинет. Приуятое сообщение обрабатывается блоком 6 в соответствии с приведенным алгоритмом. После окончаниярасчета блок 6 выдает сигнал кодирующему блоку 7 начать передачу символовцикловой синхрониэации. После снятияэтого сигнала блок 6 записывает врегистр блока 7 информацию из памятии заканчивает передачу выдачей сигнала блоку 7, по которому выводятся символы цикловой синхронизации.Обмен с блоком 7 происходит посигналу готовности блока 7 к приемуновой информации. Закодированная блоком 7 информация через модулятор 8 ичерез обратный канал 9 связи поступает на вход приемника 10. Информацияиэ.,регистра блока 10 переписываетсяв блок 12 и на этом цикл приема пообратному каналу 9 заканчивается.Счетчик 13 считает импульсы, приходящие .от блока 11, и при достижениинулевого значения переписывает повходам начальной установки код числаповторов М, который хранится в блоке12. Одновременно счетчик 13 выдаетимпульс переключения на счетчик 14,который подключает с помощью переключателя 2 следующий измерительный канал к блоку 3 кодирования,Блок 11 синхронизации определяетконец цикла передачи, передает в ка"нал связи кодовую комбинацию цикловойсинхронизации и переходит в режиможидания сигнала начала передачи нового сообщения, Таким образом можетбыть прием нового сообщения по обратному каналу связи и запись новогозначения И в блок 12,В телеизмерительной системе повышается точность за счет осуществлениянепрерывного слежения за дисперсиейсуммарной погрешности восстановленияполезных сообщений, которая состоитиз погрешности аппроксимации и погрешности от помех в канале связи, и непрерывного регулирования дисперсиисуммарной погрешности восстановленияза счет изменения количества повторных посылок в соответствии с реальными условиями передачи по каналамсвязи.Формула изобретенияТелеизмерительная система с управляющей обратной связью, содержащая источники сообщений, выходы которых подключены к одноименным входам группы переключателя, выход которого соединен с первым входом первого кодирую- щего блока, выход которого через прямой канал связи подключеН к входу блока решений, блок памяти, модуля 1571636 12тор, выход которого через обратныйкаиал связи соединен с входом приемникафрешающих сигналов, о т л и ч а -ю щ а я с я тем, что, с целью повышеф ф 5ню достоверности принимаемой ин"формации, в него введены вычислительный блок, второй кодирующий блок, блокхранения числа повторов, счетчик повторов, блок аинхронизации и счетчикномера канала, выход которого соединев с входом переключателя, вторымвходом первого кодирующего блока ипервым входом блока синхронизации,пефвый и второй выходы которого подУ ключены соответственно к тактовомувходу первого кодирующего блока исчетчика повторов, выход которогосоединен с входом счетчика номераканала, выход приемника решающих сигналов через блок хранения числа повторов подключен к входу счетчика повторов,выходы группы блока решенийподключены к соответствующим входамвычислительного блока, выход которого и блока решений соединенысоответственно с первым и вторым входамивторого кодирующего блока, выход которого подключен к входу модулятора,Фиг.4 Составитель З.ЯизамутдиноваРедактор Е.Копча Техред М. Ходанич Корректор М.Пожо ЭакаВНИИПИ ри ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 515 Тираж 443 осударственного комитета113035, Москва, Ж Подписное изобретениям и открытия Раушская наб д, 4/5