556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

МНОГОКАНАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

ВМНОГОКАСКАДНЫХ ДИСКРЕТНЫХ ФИЛЬТРАХ

СЛАТЕРАЛЬНЫМИ СВЯЗЯМИ

Бакалов В.П., Субботин Е.А. СибГУТИ, Новосибирск УРТИСИ, Екатеринбург

Встатье [1] рассмотрены вопросы применения принципа латеральных обратных связей (ЛОС) для обработки дискретных сигналов в одноуровневых цифровых фильтрах.

Вданной работе рассматриваются многоканальные многоуровневые (многокаскадные) дискретные фильтры (ДФ) с ЛОС, исследуется их устойчивость и помехозащищенность.

Показано, что передаточная функция ДФ первого канала первого уровня

H11 z определяется уравнением

первого уровня Hk1 z . Находятся передаточные функции многокаскадных ДФ.

Показано, что как при реализации по нерекурсивной, так и рекурсивной схеме подобные многокаскадные дискретные фильтры могут быть неустойчивыми. Найдены необходимые и достаточные условия их устойчивости.

Исследованы вопросы помехозащищенности многоканальных многокаскадных ДФ от действия помех соседних каналов.

Получены уравнения выигрыша по помехозащищенности

где hвх , hвых – отношение сигнал/помеха на входе и выходе системы обработки дискретных сигналов:

251

на входе первого канала от k-го канала; Y11 z y11 n – сигнал на выходе первого канала; Y1k z y1k n – помеха на выходе первого канала от k-го канала.

Вдокладе показано, что выбором передаточных функций прямых каналов

иканалов ЛОС, можно существенно повысить помехозащищенность системы обработки дискретных сигналов.

Вчастности показано, что использование оптимальных m-каскадных фильтров с ЛОС позволяют в 2m–1nm раз увеличить выигрыш в помехозащищенности этих фильтров по сравнению с однокаскадными рассмотренными в [1]. Однако это справедливо лишь при условии, что ЛОС не вносят дополнительных помех.

Литература:

1. Бакалов В.П., Черных Ю.С. Использование принципа латеральных связей для обработки дискретных сигналов. // Вестник СибГУТИ. 2012. № 1. – с. 43-50.

ИССЛЕДОВАНИЕ ШУМОВЫХ МОДЕЛЕЙ ДИСКРЕТНЫХ ФИЛЬТРОВ С ЛАТЕРАЛЬНЫМИ ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ

Бакалов В.П., Черных Ю.С., Гусельникова Н.М. СибГУТИ, Новосибирск

Система фильтрации с латеральными обратными связями (ЛОС) позволяет существенно повысить помехоустойчивость дискретных и цифровых фильтров [1,2].

Однако, их использование существенно усложняет систему обработки дискретных сигналов, увеличивает уровень помех от ЛОС. В данной работе исследуются четыре шумовые модели двухканальной одноуровневой дискретной цепи с ЛОС [2]. На рисунке 1 изображена шумовая модель для схемы первого типа:

252

Рисунок 1

где а01...аn1,b01...bn1 - коэффициенты дискретного фильтра 1-го канала; (H1 z - передаточная фунция рекурсивного фильтра ДФ1);

а02...аn2,b02...bn2- коэффициенты дискретного фильтра 2-го канала; (H2 z - передаточная фунция рекурсивного фильтра ДФ2);

а01/ ...аn/1,b01/ ...bn/1- коэффициенты ЛОС 1-го канала;

(HЛОС1 z - передаточная фунция рекурсивного фильтра ЛОС1);

а02/ ...аn/ 2,b02/ ...bn/2- коэффициенты ЛОС 1-го канала;

(HЛОС2 z - передаточная фунция рекурсивного фильтра ЛОС2).

При анализе шумовой модели принято, что шумы округления на выходе каждого из умножителей и на выходе аналого-цифровых преобразователей (АЦП) некоррелированы между собой и входными последовательностями каждого канала.

В таблице представлены пути прохождения «шума» от каждого источника:

253

Таблица

На основании данной таблицы, получены импульсные характеристики h1(n),h2(n),h3(n),h4(n),h5(n),h6(n) соответствующие передаточным функциям (таблица1), составлены шумовые уравнения дискретного фильтра с ЛОС. В частности показано, что дисперсия шума на выходе каждого канала в отдельности от АЦП:

АЦП:

где bАЦП1,bАЦП 2 - длина разрядной сетки двоичного кода АЦП.

В докладе представлены также дисперсии шума на выходе каждого канала от умножителей дискретного фильтра с ЛОС.

Исследованы дисперсии шума для всех четырех типов дискретных фильтров с ЛОС. Приведены результаты исследований минимизации дисперсии шума на выходе цепи путем оптимального подбора конфигурации цепей ЛОС и их коэффициентов в программе Mathcad.

Литература:

1.Бакалов В.П. Оптимальная пространственно-временная фильтрация //Радиотехника. – 1984, №12.

2.Бакалов В.П., Черных Ю.С. Использование принципа латеральных связей для обработки дискретных сигналов // Вестник СибГУТИ. – 2012, № 1.

254

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА АДАПТАЦИИ ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ СИСТЕМЫ КИХ- И БИХ-ФИЛЬТРАМИ МЕТОДОМ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ

Дежина Е.В., Рясный Ю.В., Чашков М.С., Черных Ю.С. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: alenda@ngs.ru, тел.: (383) 28-68-023

Адаптивная обработка сигналов широко применяется при моделировании и идентификации различных систем, при этом в качестве основных устройств адаптации используются КИХ- и БИХ-фильтры с переменными параметрами.

В настоящем докладе рассмотрена задача идентификации неизвестной системы, представляющей собой БИХ-фильтр. При моделировании процесса адаптации в качестве объекта идентификации выступает БИХ-фильтр нижних частот второго порядка с характеристикой Баттерворта, передаточная функция которого имеет вид:

Вданном докладе проводится анализ скорости сходимости процесса адаптации и определяются ошибки адаптации установившегося режима для адаптивных КИХ- и БИХ-фильтров при использовании метода наименьших квадратов.

Вкачестве входного сигнала xn взята последовательность единичных

импульсов

Выходной сигнал неизвестной системы определяется по формуле

где H z Hx z Hс z

В докладе приведены результаты исследований, показывающих, что при одной и той же ошибке адаптации для установившегося процесса необходимое количество итераций при применении адаптивного БИХ-фильтра значительно меньше, чем для устройства адаптации с КИХ-фильтром, при этом КИХ-фильтр должен быть существенно более высокого порядка.

Литература:

1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов /Пер. с англ. М.: «Радио и связь»1988. 440с.

255

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ АДАПТАЦИИ ПРИ КОРРЕКЦИИ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ

Дежина Е.В., Рясный Ю.В., Чашков М.С., Черных Ю.С. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: alenda@ngs.ru, тел.: (383) 28-68-023

Известно, что каналы передачи сигналов являются дисперсионными [1]. Для создания характеристик канала, обеспечивающих безискаженную передачу сигналов, применяют корректирующие устройства [2]. Однако под воздействием различных факторов передаточная функция канала может изменяться, поэтому применяют адаптивные устройства коррекции характеристики [3], при этом используются либо КИХ-фильтры, либо БИХфильтры, подстройка коэффициентов которых производится различными методами. В докладе дан сравнительный анализ метода наименьших квадратов и метода последовательной регрессии. В качестве адаптивного устройства рассматривается БИХ-фильтр, поскольку, как правило, передаточная функция канала представляет собой дробно-рациональную функцию. При моделировании методов адаптации предполагается, что передаточная функция канала известна и представляет собой передаточную функцию фильтра нижних частот второго порядка вида:

Передаточную функцию адаптивного БИХ-фильтра выбираем второго порядка вида

В докладе представлены результаты моделирования, которые показали, что, в общем случае, метод последовательной регрессии имеет меньшее время адаптации, чем метод наименьших квадратов при достижении оптимальных коэффициентов при одинаковой точности. Если период изменения коэффициентов передаточной функции соизмерим со временем адаптации, то оба метода не позволяют получить оптимальные коэффициенты. Установлено, что время адаптации процесса должно быть в 3-4 раза меньше, чем период изменения параметров неизвестной системы.

Литература:

1.Данилов Б. С., Струкалов С. Б., Тамм Ю. А. Устройства преобразования сигналов передачи данных. – М.: Связь, 1997. – 127с.

2.Панарин В. И., Рясный Ю. В., Тихобаев В. Г. Цифровые фазовые корректоры. Анализ и моделирование. – Новосибирск: СибГУТИ, 2006, 32 с.

3.Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов /Пер. с англ. М.: «Радио и связь»1988. 440с.

256

ЗАЩИТА СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ОТ ПОРАЖЕНИЯ МОЛНИЕЙ С ПОМОЩЬЮ ШТЫРЕВОГО МОЛНИЕОТВОДА

Пологрудов В.П., Малинкин В.Б., Пальчун Ю.А. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: vpolog@list.ru, тел.: 89231918395

При проектировании объектов электроэнергетики высокочастотные составляющие токов, длины волн которых соизмеримы с геометрическими длинами токонесущих элементов, учитываются обобщенными рекомендациями. Часть энергии высокочастотных составляющих стекает в заземляющие устройства (ЗУ) и рассеивается в них [1]. В существующих нормативных документах, определяющих требования к ЗУ, параметры ЗУ на вышеуказанных частотах не нормируются. В данной работе предлагается анализ импеданса ЗУ на примере расчета параметров наземной части стержневого молниеотвода, и определения требований к подземной части ЗУ.

При анализе процессов протекающих в заземляющих устройствах и разработке последних, к рассмотрению принимается распределение тока в однородном или слоистом грунте в ближней зоне ЗУ исходя из преобладающей на низких частотах роли сопротивления земли и оценки импульсного сопротивления в случае распределенного ЗУ [6, 7]. В дальней зоне ЗУ, при канальном растекании токов в земле, рассматривается реактивность токовых каналов, носящая индуктивный характер. При этом частотный диапазон рассматривается исходя из длины вероятного фронта тока молнии

3 ф 10мкс [2] (стр. 22).

Как показано в [5] токи и напряжения в молниеотводе с частотами до 1000 МГц имеют значительные величины и должны быть приняты к рассмотрению при анализе молниеотвода с его ЗУ при идентификации источников мешающих воздействий и анализе системы с точки зрения электромагнитной совместимости.

Амплитудно-частотная характеристика активной и реактивной составляющих сопротивления ЗУ, по исследованиям [3] [4] монотонный, со слабо выраженным экстремумом, таблица 1. В таблице 2 приведена зависимость удельного сопротивления грунта и соответствующая относительная диэлектрическая проницаемость [2]. Импеданс устройств, подключаемых к ЗУ, может значительно отличаться от импеданса ЗУ.

К анализу процессов принимается усредненный экстраполированный импеданс ЗУ (табл. 1), однородный в диапазоне частот рассматриваемых сигналов.

Для стержневого грозоотвода рассчитан импеданс наземной части в плоскости поверхности земли и, исходя из импеданса ЗУ, произведена оценка циркулирующей мощности в наземной части грозоотвода.

257

Таблица 1 - Частотная характеристика входного сопротивления ЗУ.

Таблица 2. Удельное сопротивление песчаного грунта и соответствующая относительная диэлектрическая проницаемость для частоты 50 кГц и разной влажности грунта.

Анализируемый стержневой молниеотвод представляет собой мачту, высотой 40 метров от поверхности грунта и электрод высотой 1м. Эквивалентный диаметр мачты равен 140 мм, а диаметр электрода-12 мм. Конструкция изготовлена из стали. Мачта и электрод однородные и имеют соединение с ЗУ. Параметры ЗУ в исследуемом диапазоне частот не измерялись, а приняты на основании выводов [2] и исследований [3], табл. 1 с экстраполяцией в область исследуемых частот.

Конструкция грозоотвода приведена на рисунке 1

Рисунок 1 - Конструкция грозоотвода

Импеданс грозоотвода рассчитывался при условии «идеальной» земли и комплексной нагрузки R=10 Ом, X=10 Ом.

На рисунке 2 приведен график зависимости импеданса грозоотвода в плоскости земли в диапазоне частот от 50 кГц до 29950 кГц с каналом молнии, на рисунке 3 – без канала молнии.

258

Рисунок 2 - Импеданс стержневого молниеотвода без канала молнии

Диапазон изменения активной части импеданса молниеотвода без канала молнии находится в пределах от 50 до 1300 Ом, а реактивной – 17000 Ом на частоте 50 КГц, от 120 до 10000 Ом с частоты 1200 КГц и выше, активная составляющая, и реактивная составляющая осцилируют переваливая через ноль от – 1200 до + 600 Ом.

Диапазон изменения активной части импеданса молниеотвода с каналом молнии находится в пределах от 60 Ом до 500 Ом на частотах от 50 до 1500 КГц, а реактивной от -12000 Ом на частоте 50 КГц до -100 Ом, на частоте 1800 КГц. Активная составляющая с частоты 1500 КГц находится в пределах от 500 до 1100 Ом. Реактивная составляющая импеданса с частоты 1800 КГц осцилирует переваливая через ноль от – 600 до + 600 Ом.

Большая неравномерность импеданса молниеотвода обусловлена резонансными явлениями.

Для оценки циркулирующей из-за несогласования с ЗУ в молниеотводе энергии, произведем расчет коэффициента отражения волны в плоскости земли. Коэффициент отражения есть величина безразмерная, относительная. Его расчет произведем относительно импеданса ЗУ.

ZЗУ Zм ZЗУ Zм ,

где ZЗУ - импеданс ЗУ, Zм - импеданс молниеотвода.

259

Рисунок 3 - Импеданс стержневого молниеотвода с каналом молнии

Значения модуля коэффициента отражения напряжения или тока от нагрузки находится в пределах 0,998 – 0,97, а мощности 0,996-0,94.

Из-за несогласования с ЗУ 0,996-0,94 от всей наведенной в молниеотводе энергии циркулирует в молниеотводе, и лишь 0,004-0,06 – рассеивается в ЗУ. Циркулируемая в молниеотводе энергия либо поглощается в самом молниеотводе, либо излучается в пространство.

Литература:

1.Подгорски Э.С. Измерения переходных процессов в высоковольтных системах: ТИИЭР Том 74. 1968. С. 122-124.

2.Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. – М.: Энергия, 1978 г. – 224 с., ил.

3.Р. Рюденберг. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Пер. с англ. Под ред. В.Ю. Ломоносова. М.: 1955г. 714с.

4.Грозопоражение и грозозащита дальних линий электропередачи. С.Г.Куатов. Н.М.Никитин, Ю.В.Целебровский. Международная научно-техническая конференция «Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния». 15-19 сентября 2003г. г. Новосибирск, с. 233-240.

5.Шауэрс (R.V. Showers), Салати (O.M. Salati). Измерения электромагнитной совместимости: ТИИЭР. Том 55. № 6.: 6 июня 1967.-С. 353-356.

6.Кандаев В.А., Мозилов А.И., Пологрудов В.П. Селиванов А.Г., Обеспечение функций заземляющих систем электроустановок: - Первая всероссийская конференция по заземляющим устройствам. Сб. док. – Новосибирск, 12-15 ноября 2002г. -С. 33-39.

7.Живаго В.Т., Коструба С.И., Якобс А.И. Расчет сложных заземляющих устройств с помощью ЭЦВМ: Электричество-№7.: – М., 1968.– С.21-28.

260