книги из ГПНТБ / Барсуков Ф.И. Элементы и устройства радиотелеметрических систем

квантования бмако (%), из выражения (1-2) можно опре­ делить необходимое число разрядов двоичного кода:

С увеличением числа разрядов (зиачиости) двоично­ го кода, используемого для передачи номеров уровней сигнала, уменьшается ошибка квантования. Современ­ ные кодирующие устройства позволяют преобразовы­ вать плавно изменяющиеся напряжения двоичного кода с точностью, превышающей 0,1% (при N=10).

При использовании двоичного кода фиксация каж­ дой посылки обеспечивается наличием или отсутствием

полярными импульсами. Соответственно модулятор, пе­ редатчик, приемник и демодулятор РТС должны обеспе­ чивать передачу только двух уровней сигнала, и поэтому к этим устройствам не предъявляется требование обес­ печения хорошей линейности амплитудной характери­ стики.

При КИМ точность передачи сигналов, если не иметь в виду аномальные ошибки, не зависит от стабильности работы радиолинии РТС и определяется ошибками квантования (шумами квантования) кодирующих уст­ ройств системы. Вместе с тем с ухудшением стабңльности работы отдельных элементов и всей РТС в целом аномальные ошибки резко возрастают и могут оказать­ ся весьма существенными.

Необходимым элементом всех дискретных РТС явля­ ется преобразователь данных из непрерывной формы в дискретную.

Радиотелеметрические системы с КИМ строятся обычно таким образом, что телеметрируемый сигнал на пере­ дающей стороне преобразуется в двоичный код. В ряде

в двоичный код происходит в приемной части РТС непо­ средственно перед регистрацией.

В .таких системах преобразование выходных сигналов из непрерывной формы в дискретную производится толь­ ко для удобства регистрации и последующей автомати­ зированной обработки результатов радиотелеизмерений.

В РТС с КИМ передающая часть получается значи­ тельно более сложной; чем при других видах модуляции.

20

На рис. 1-6 приведена структурная схема передающей аппаратуры РТС с КИМ. Основными элементами ее яв­ ляются: измерительные преобразователи Д і — Д п, элек­ тронный коммутатор, преобразователь канальных напря­ жений в цифровой код, преобразователь кода, хронизатор, кодер синхросигналов и элемент ИЛИ.

Сигналы измерительных преобразователей 'посредст­ вом электронного коммутатора подключаются к преобра­ зователю «напряжение-код», где осуществляется преоб­ разование каждого канального напряжения в цифровой код. Затем информация поступает в преобразователь

Рис. 1-6. Структурная схема передающей аппаратуры.РТС с КИМ.

кода, в котором осуществляется окончательное представ­ ление информации в коде, наиболее удобной для переда­ чи по каналу связи. Преобразователь кода может выпол­ нять преобразование параллельного двоичного кода в последовательный или простого двоичного кода в более сложные коды (корректирующие, многоосновные и т. д.). Хронизирующее устройство осуществляет синхронизацию работы всех элементов передающей части РТС. В схеме ИЛИ производится объединение в общую цепь сигналов, поступающих с преобразователя кода и синхросигналов, поступающих с кодирующего устройства синхросигналов.

На рис. 1-7 приведена структурная схема приемной части РТС с КИМ. С выхода приемника смесь синхросиг­ налов и канальных кодовых групп подается в устройство выделения и формирования синхросигналов и в опозна­ вателъ символов кодовых групп. Последний должен по искаженному сигналу, действующему на его входе, опре­ делить, какие символы передавались (например, символ

21

Рис. 1-7. Структурная схема приемной аппаратуры РТС с КИМ.

«О» или «1»), В устройстве выделения и формирования синхросигналов из группового цифрового видеосигнала производится выделение сигналов синхронизации (симво­ лов, слов, кадров) и формируются периодические после­ довательности импульсов, временное положение которых фиксирует начало и окончание кадра, начало и оконча­ ние символа и слова (кодовой группы) и т. д.

Свыхбда опознавателя символов сигналы поступают

всхему коррекцииошибок, где анализируется каждая кодовая группа. Возможные ошибки из-за действия по­ мех обнаруживаются и исправляются.

В преобразователе кода информация преобразуется в простой двоичный код, удобный для регистрации на магнитной ленте и в графических регистрирующих уст-

1-й. частотный, канал

Рис. 1-8. Структурная схема части кодера цифровой РТС.

22

ройствах на специальных бумагах. Одновременно цифро­ вая информация поступает для преобразования в анало­ говую форму и используется для регистрации изме­ ряемых параметров в аналоговой форме.

Выделенные синхросигналы управляют работой всей приемно-регистрирующей аппаратуры.

В цифровых РТС наряду с временным разделением каналов может применяться и частотное разделение ка­ налов.

На рис. 1-8 приведена структурная схема части коде­ ра, иллюстрирующая принцип построения цифровых РТС, в которых используется частотное разделение. По каждому из частотных каналов может передаваться ин­ формация от одного или нескольких подгрупп источников сообщений. В последнем случае имеет место комбиниро­ ванное частотно-временное разделение каналов.

Вкачестве поднесущих колебаний в частотных кана­ лах обычно используются гармонические синусоидальные колебания. Сигналы синхронизации слов и кадров в РТС, схема части кодера которой приведена на рис. 1-8, могут передаваться но отдельным временным каналам в каж­ дой подгруппе сообщений или же для них могут выде­ ляться отдельные частотные каналы.

Врассмотренном варианте цифровой РТС использу­ ются преобразователи аналог-код с последовательным выходом. С применением же в кодере цифровой РТС преобразователя аналог-код с параллельным выходом (параллельное представление кодированных сигналов)

Рис. 1-9. Структурная схема части кодера цифровой РТС с ЧРК с параллельным кодом.

23

СТруктурІ-іая схема выходной части кодера РТС имеет вид, приведенный на рис. 1-9. Если используемый двоич­ ный код содержит N разрядов, то преобразователь кодов имеет соответственно N выходных цепей, по каждой из которых передается один из разрядов кода. Сигналы с выходом преобразователя кодов подаются на соответст­ вующие модуляторы поднесущпх колебаний.

Модулированные поднесущие колебания посредством схемы сумматора объединяются в общую цепь. Выход­ ным сигналом сумматора модулируются несущие колеба­ ния передатчика или же поднесущпе колебания следую­ щей ступени модуляции.

Применение параллельного представления кодирован­ ного сигнала позволяет увеличить длительность разряд­

ного сигнала в параллельное с помощью специального преобразователя, устанавливаемого в декодере приемной части РТС.

В случае, если в цифровой РТС применяется частот­ ное разделение групп каналов, а в группах каналы раз­ деляются во времени, в состав декодера включаются селективные канальные фильтры и демодуляторы (рис. J-10). В каждом из частотных каналов происходит выделение и демодуляция группового сигнала. Этот сигнал далее подается на коммутатор, обеспечивающий временное разделение группового сигнала по информа­ ционным каналам.

Из краткого рассмотрения кодеров и декодеров циф­ ровых РТС следует, что многие из элементов их схем идентичны по своему построению и функциям элемен­ там схем кодеров и декодеров аналоговых РТС.

24

К элементам цифровых РТС, которые существенно отличаются от элементов аналоговых РТС, относятся: преобразователи аналог-код; преобразователи кодов; преобразователи код-аналог; регистраторы и индика­ торы цифровой информации.

1-6. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АДРЕСНЫХ

и а д а п т и в н ы х РТС

. В настоящее время к РТС предъявляются повышенные требования к информативности и информационной гибкости. Так, например, современные РТС должны обеспечивать измерение не­ скольких сотен параметров с различными значениями максимальной частоты их спектра (от долей герца до нескольких десятков кило­ герц). Такие требования исключают применение РТС с частотным разделением каналов и ограничивают использование РТС с времеи-

Рлс. 1-11. Структурная схема передающей аппаратуры цифровой РТС и КРК.

ным разделением каналов. Поэтому получают распространение РТС с кодовым разделением каналов (адресные РТС), в которых можно устранить ряд трудностей, возникающих при создании РТС с ВРК.

При кодовом разделении каналов (КРК) для передачи инфор­ мации по каждому каналу отводится временной интервал, анало­ гично как при ВРКНо сигнал каждого канала состоит из двух частей: адресной и информационной. Адресная часть сигнала содер­ жит информацию о номере канала. Каждому каналу присваивается свой адрес (цифровой код). Адресная часть обычно предшествует информационной.

Информационная часть содержит информацию о величине изме­ ряемого параметра в момент его опроса и передается в аналоговой или цифровой форме. При аналоговом методе передачи могут исполь­ зоваться известные виды модуляции, например ФИМ или ШИМ. Однако при наличии адресной' цифровой части предпочтительнее использовать цифровой метод передачи и информационной части.

25

Введу того что каждое измерение снабжено адресом, сигналы различных каналов могут передаваться в любом порядке, который можно изменять в процессе передачи. Последнее очень важно для увеличения информационной гибкости системы, использования устройств, уменьшения избыточности и т. д.

На рис. 1-11 приведена структурная схема передающей аппа­ ратуры РТС с КРК для передачи информации цифровым методом. В устройстве памяти адресов заложена программа опроса каналов. Эта программа записывается в устройство памяти адресов перед ра­ ботой и может изменяться в процессе работы. Импульсы управле­ ния, поступающие с хронизатора, считывают адреса номеров кана­ лов и подают их. в коммутатор и' в формирователь кадра. В ком­ мутаторе производится опрос того канала, адрес которого поступил от устройства памяти адресов. Измерение поступает в преобразо­ ватель аналог-код, где преобразуется в двоичный код информацион­ ной части слова. В формирователе кадра к каждой ииформацмон-

j Команды

Рис. 1-12. Структурная схема передающей аппаратуры АРТС с адаптивной дискретизацией.

ной части слова приписываются адрес и необходимые синхросигна­ лы. С выхода формирователя кадра групповой сигнал подается на передатчик.

Кодовый метод разделения каналов позволяет создать РТС с по­ вышенной помехоустойчивостью и точностью, но меньшей информа­ тивностью, чем при временном разделении каналов.

Произвольный порядок опроса каналов в РТС с кодовым раз­ делением каналов позволяет создать адаптивную РТС.

Под адаптивной радиотелеметрической системой (АРТС) в на­ стоящее время понимают такую систему, которая автоматически приспосабливается к изменениям объема информации, вызванного устранением избыточной и несущественной для потребителя инфор­

26

Йз данного определения следуем что основное назначение адап­ тивной РТС заключается в повышении энтропии передаваемых сооб­ щений путем исключения избыточных выборок из входного модули­ рующего сигнала передатчика. Этот процесс принято называть сжа­ тием данных.

РТС, в которой осуществляется сжатие данных, может быть построена на основе регулирования частоты опроса в каждом канале

номерного потока с выхода циклического коммутатора тех выборок, которые могут быть восстановлены на приемной стороне другим способом (уменьшение избыточности).

Существенной особенностью методов адаптивной дискретизации и уменьшения избыточности является неравномерная, случайная ско­ рость выдачи данных с выхода этих устройств. Для выравнивания плотности поступления сообщений используется буферное запоми­ нающее устройство (БЗУ). Оно принимает поступающие в случайном порядке и в произвольные моменты времени существенные выборки и пропускает их в передатчик с пониженной, но постоянной скоро­ стью.

Из сказанного вытекают две возможные схемы построения пере­ дающей аппаратуры адаптивной РТС. На рис. 1-12 приведена струк­ турная схема передающей аппаратуры АРТС с адаптивной дискрети­ зацией. Адаптивный коммутатор в зависимости от скоростей изме­

в форме АИМ поступает на' вход преобразователя аналог-код и одновременно вырабатывается сигнал адреса опрашиваемого канала, который поступает в устройство управления и синхронизации. Уст­ ройство управления формирует сигнал записи этого адреса в БЗУ. Информационная часть слова записывается в БЗУ после преобразо­ вания в преобразователе аналог-код в двоичном коде. В это же время по сигналу с устройства управления в устройстве масштаби­ рования времени (УМВ) вырабатывается код времени, который за ­ писывается в БЗУ вместе с адресной и информационной частями слова. Тем самым в АРТС фиксируется не только принадлежность

защиту БЗУ от переполнения и недозаполнения.

Устройство управления и синхронизации формирует необходи­ мые синхросигналы, которые передаются по каналу связи.

Приемная часть АРТС по сравнению с приемной частью РТС с КРК дополнительно снабжается декодирующей схемой, осущест­ вляющей дешифрирования кода времени каждого слова.

На рис. 1-13 приведена структурная схема передающей аппа­ ратуры АРТС с уменьшением избыточности. Контролируемые пара­ метры опрашиваются циклическим или программируемым (как в РТС с КРК) коммутатором. Аналоговые данные в виде сигналов

где по определенному алгоритму производится исключение тех вы­ борок, которые могут быть восстановлены на приемной стороне. «Прореженный» поток существенных выборок записывается в БЗУ, где к ним приписывается код адреса и времени. В остальном схема

27

Команды

Рис. 1-13. Структурная схема передающей аппаратуры АРТС с уменьшением избыточности.

функционирует аналогично схеме, рассмотренной выше.

Из сказанного видно, что в состав адресных и адаптивных РТС входит ряд новых элементов, которые отсутствовали в цифровых и аналоговых РТС с ВРК и ЧРК-

В данной книге будут рассмотрены основы построения програм­ мируемых и адаптивных коммутаторов, устройства уменьшения из­ быточности и буферное запоминающее устройство.

Г Л А В А В Т О Р А Я

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

2-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ

С помощью РТС может измеряться большое чис­ ло разнообразных по своей природе величин. Для того чтобы передать значения этих величин по радиолинии на приемную сторону, их необходимо предварительно преобразовать в соответствующие электрические сигна­ лы. Устройство, преобразующее неэлектрическую вели­ чину в электрическую, называют измерительным преоб­ разователем или датчиком. ГОСТ 16263-70 не рекомен­ дует пользоваться термином «датчик». Согласно ГОСТ 16263-70 измерительный преобразователь — это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для пере­ дачи, дальнейшего преобразования, обработки или хра-

28

нения, но не поддающейся непосредственному восприя­ тию наблюдателя. В данном определении под сигналом измерительной информации следует понимать сигнал, функционально связанный с измеряемой физической ве­ личиной. Кроме радиотелеметрии преобразователи ши­ роко используются в различных системах автоматиче­ ского и полуавтоматического регулирования, как источ­ ники информации о значении тех или иных параметров,

ляется измеряемый параметр I, а выходной—-некоторая электрическая величина /7Д. Выходными электрическими величинами преобразователей обычно являются пара-

а — схема; б — градуировочная характеристика.

метры электрических цепей и сигналов, такие как актив­ ное, индуктивное или емкостное сопротивление и паде­ ние напряжения, э. д. с., частота или фаза переменного тока, частота следования и длительность импульсов и другие параметры.

На преобразователь помимо полезного сигнала I воз­ действуют и вредные сигналы (помехи) в виде вибра­ ций, изменений температуры окружающей -среды, не­ стабильности питающих напряжений и т. п., которые являются наряду с собственными шумами преобразова­ теля, причиной возникновения погрешности преобразо­ вания.

Большинство известных измерительных преобразова­ телей обладают в некоторой степени универсальностью, т. е. могут быть использованы при решении разнообраз­ ных задач. Вместе с тем при решении конкретной задачи целесообразно выделить наиболее важные условия ра­

29