Синтез системи обробки інформації стосовно до вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Сєріков Сергій Анатолійович

УДК 528.15

СИНТЕЗ СИСТЕМИ ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ СТОСОВНО ДО ВИМІРЮВАНЬ ПРИСКОРЕННЯ СИЛИ ТЯЖІННЯ В УМОВАХ РУХОМОЇ АВТОМОБІЛЬНОЇ ПЛАТФОРМИ

05.13.03 - Системи та процеси керування

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в ВАТ "ХАРТРОН" Мінпромполітики України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Абрамов Юрій Олексійович, Харківський інститут пожежної безпеки, проректор по науковій роботі.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Фоменко Олег Миколайович, Хаківський військовий університет, професор,

доктор технічних наук, доцент Любчик Леонід Михайлович, Харківський державний політехнічний університет, професор

Провідна установа

Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, кафедра 308, Міністерство освіти України, м. Харків.

Захист відбудеться 30 березня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 в Харківському державному технічному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти України за адресою: 310726, м. Харків, проспект Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету радіоелектроніки Міністерства освіти України за адресою: 310726, м. Харків, проспект Леніна, 14.

Автореферат розісланий 26 лютого 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Безкоровайний В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Одною з найважливіших передумов економічного розвитку України є підвищення ефективності використання її природних ресурсів, що, в свою чергу, потребує нових досліджень у галузях геодезії, геології, геофізики, космонавтики та ін., які потребують інформації про параметри гравітаційного поля (ПГП) Землі.

Існує широке коло задач, для вирішення яких необхідна інформація про ПГП і особливо прискорення сили тяжіння. Це, наприклад, визначення локальних форм, сприятливих для залягання корисних копалин, дослідження побудови нафтогазоносних районів, підготовка даних та коректування помилок глобальних і регіональних навігаційних систем та багато інших. Підвищення ефективності вирішення цих задач потребує підняття на якісно - новий рівень точності і детальності вивчення вектору прискорення сили тяжіння, що, в свою чергу, обумовлює необхідність створення систем вимірювання ПГП безперервно у часі в умовах рухомої платформи.

Особливості цього класу технічних систем полягають у тому, що спектр корисного сигналу лежить в інфранизькочастотній ділянці; вимірювання ПГП проводяться в умовах, коли платформа, на якій встановлено чутливий елемент, виконує еволюцію у просторі; рівень заважаючих збурень на декілька порядків перевищує рівень корисного сигналу і вони носять нерегулярний характер.

Автоматична обробка результатів вимірювань у таких системах повинна включати до себе такі етапи: зняття відліків по датчику гравіметра, виділення корисного сигналу на тлі збурень, уведення поправок за збурюючі прискорення і наклони, за інерційність вимірювальної системи, за ефект Етвеша, за зміщення нуль - пункту, обчислення ПГП і координат пунктів вимірювань, оцінка похибки вимірювань, обчислення аномалій гравітаційного поля та ін.

Найбільш відповідальним етапом під час автоматичної обробки результатів вимірювань є виділення корисного сигналу на тлі збурень, а найбільшу складність задача виділення корисного сигналу має у разі використання рухомої автомобільної платформи.

Незважаючи на велику кількість публікацій з питань вимірювань ПГП в умовах рухомої платформи і, зокрема, синтезу систем виділення корисного сигналу на тлі заважаючих збурень питання, пов'язані з синтезом системи виділення корисного сигналу на тлі заважаючих збурень під час гравівимірювань в умовах рухомої автомобільної платформи з використанням сучасної елементної бази і принципів цифрової обробки сигналів розглянуті ще недостатньо повно.

Робота виконувалась згідно з договором №236122/306.95.96 - ЦТЕХ від 18.05.95 р. між ДП НВО "ХАРТРОН", заводом "Електроприбор" і "Укрзалізницею".

МЕТОЮ ДОСЛІДЖЕНЬ є синтез системи обробки інформації стосовно до задачі вимірювань ПГП і, зокрема, прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи у реальному масштабі часу. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні задачі: синтез математичної моделі оптимального аналогового фільтру - прототипу виділення корисного сигналу під час гравівимірювань в умовах рухомої автомобільної платформи; синтез математичної моделі лінійного дискретного фільтру з АЧХ, яка апроксімує АЧХ аналогового фільтру - прототипу; аналіз ефектів, зв'язаних з квантуванням сигналів в оптимальному цифровому фільтрі (ЦФ) та їх впливу на похибку вимірювань; синтез структурної схеми системи обробки інформації; математичне моделювання процесу виділення корисного сигналу за допомогою синтезованої системи обробки інформації та експериментальне підтвердження одержаних статистичних характеристик похибки вимірювань.

НАУКОВА НОВИЗНА

Одержано вирішення завдання підвищення метрологічних характеристик вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи у реальному масштабі часу на основі використання синтезованої системи обробки інформації. Удосконалено метод синтезу оптимального ЦФ, призначеного для виділення корисного сигналу при гравівимірюваннях в умовах рухомої автомобільної платформи.

На відміну від попередніх досліджень, була використана більш сучасна математична модель корисного сигналу, докладно досліджені явища, обумовлені квантуванням коефіцієнтів передаточної функції оптимального ЦФ і дискретизацією вхідного сигналу. Визначені необхідні точності представлення вхідного сигналу і проміжних результатів арифметичних дій. Розроблена структурна схема вимірювальної системи, яка забезпечує оптимальне співвідношення сигнал/шум при відсутності переповнень внутрішніх регістрів оптимального ЦФ. Досліджена стійкість синтезованого оптимального ЦФ як нелінійної системи. Проведено математичне моделювання процесу виділення корисного сигналу за допомогою синтезованої системи та одержані оцінки статистичних характеристик похибки вимірювань.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ

Одержані результати досліджень є науково - методичною основою розробки апаратури, призначеної для вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи, а також інших систем, задачою яких є виділення інфранизькочастотного сигналу на тлі заважаючих збурень великої інтенсивності з довільним законом розподілу методом частотної фільтрації.

Синтезований алгоритм виділення інфранизькочастотного сигналу на тлі заважаючих збурень, а також математичне забезпечення та методика моделювання процесів, які протікають у вимірювальній системі, були використані при розробці приладу "АГАТ - 05" ВЯИЦ 436 112.011 згідно з договором №236122/306.95.96-ЦТЕХ від 18.05.95 г. між ДП НВО "ХАРТРОН", заводом "Електроприлад" і "Укрзалізницею". Це забезпечило підвищення якості та значне скорочення сороку розробки та впровадження приладу, що підтверджено актом про впровадження результатів наукових досліджень від 2.03.98 р.

Математичні методи та програмне забезпечення синтезу ЦФ та дослідження явищ, пов'язаних з квантуванням і дискретизацією сигналів, а також синтезу математичних моделей корисного сигналу і заважаючих збурень, яки були одержані під час роботи над дисертацією, використовуються при проведенні лекційних та практичних занять з предметів "Датчики авіаційних приладів і ІОК", "Пілотажно - навігаційні системи" в Харківському авіаційному інституті ім. М.Є. Жуковського, що підтверджено актом про впровадження результатів наукових досліджень від 19.08.98 р.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК автора полягає у проведенні параметричної оптимізації аналогового фільтру - прототипу виділення корисного сигналу під час гравівимірювань в умовах рухомої автомобільної платформи для нової математичної моделі корисного сигналу; синтезі, на основі одержаних результатів, математичної моделі оптимального ЦФ; дослідженні явищ, зв'язаних з квантуванням та дискретизацією сигналів в ЦФ та їх впливу на похибку вимірювань; синтезі структурної схеми системи обробки інформації; проведенні математичного моделювання процесу виділення корисного сигналу за допомогою синтезованої системи обробки інформації.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ

Основні положення дисертації доповідались на І Міжнародній конференції "Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації" (м. Туапсе, 1995 р.), науково - технічних конференціях "Надійність, живучість і безпечність систем літальних комплексів" (м. Харків, 1996, 1997 рр.), ІІІ Міжнародній конференції "Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації" (м. Харків, 1997 р.), науково - технічній конференції "Проблеми інформатики на автомобільному транспорті" (м. Харків, 1997 р.).

ПУБЛІКАЦІЇ

Основні результати досліджень відбито у 5 наукових статтях і патенті України на винахід.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ РОБОТИ

Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку джерел, що використовувались, та 11 додатків. Робота містить 203 сторінки та включає 52 ілюстрації і 16 таблиць. Список використаних джерел складається з 133 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується вибір та актуальність теми, визначається мета, задачі та методологічні принципи досліджень, наукова новизна та практична значимість отриманих результатів.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ розглянуті загальні принципи побудови систем вимірювання ПГП і, зокрема, прискорення сили тяжіння в умовах рухомої платформи, а також визначено, що найважливішою задачою під час обробки інформації у таких системах є виділення корисного сигналу на тлі заважаючих збурень. З найбільшою складністю ця задача постає у системах вимірювань ПГП, які використовують рухому автомобільну платформу. Це обумовлено багатим спектральним складом та високим рівнем зовнішніх збурень, проблематичністю руху платформи по прямій, технологічною нездійсненністю послаблення зовнішніх збурень за допомогою компенсаційного методу.

Проаналізовано переваги і недоліки ряду методів виділення корисного сигналу на тлі збурень ураховуючи особливості вимірювальної системи, що розглядається. Проведений аналіз дозволив визначити, що для виділення корисного сигналу доцільно застосовувати метод частотної фільтрації за допомогою цифрового фільтру з безкінечною імпульсною характеристикою (БІХ ЦФ). Синтез відповідного фільтру доцільно проводити за допомогою одного з непрямих методів, які дозволяють одержати математичну модель БІХ ЦФ за допомогою відображення на Z-площину математичної моделі аналогового фільтру - прототипу.

Вибрано критерії оптимізації і сформульована задача синтезу системи відділення корисного сигналу на тлі заважаючих збурень при гравівимірюваннях на рухомій автомобільній платформі таким чином: “Знайти такі параметри передаточної функції фільтру, які зводять до мінімуму динамічну похибку, обумовлену корисним сигналом, за умовою, щоб похибка, обумовлена зовнішніми та внутрішніми збуреннями не перевищувала допустимого рівня”.

Розглянуто математичні моделі аналогових фільтрів - прототипів у класі поліномінальних аналогових фільтрів нижніх частот (ФНЧ), а саме: n - кратний ФНЧ першого порядку Wф1(j), n - кратний ФНЧ другого порядку Wф2(j), Фільтри Баттерворта WФ3(j), Чебишева WФ4(j), Бєссєля WФ5(j) і фільтр з максимально плискою АЧХ n-го порядку WФ6(j).

ДРУГИЙ РОЗДІЛ присвячено параметричній оптимізації аналогового фільтру - прототипу.

Показано, що залежності постійних часу від їх порядків, які забезпечують середнє квадратичне відхилення похибки, обумовленої зовнішніми та внутрішніми збуреннями, що не перевищує допустимого рівня ev доп = 10-6 м/с2, коли спектральна щільність заважаючого сигналу може бути представлена у вигляді

(1)

де м2с - параметр, якій залежить від умов руху і типу рухомої платформи, для фільтрів, що розглядаються, можуть бути одержані з співвідношення

(2)

де .

Графічні залежності постійних часу фільтрів Wф1(j) - Wф6(j) від їх порядків, отримані згідно з співвідношенням (2), приведені на рис. 1.

Показано, що для аналогових фільтрів - прототипів, які розглядаються, залежності середніх квадратичних відхилень похибок, обумовлених корисним сигналом, від порядків фільтрів можуть бути одержані із співвідношення

(3)

Рис.1 - Постійні часу фільтрів

де Sg() - спектральна щільність корисного сигналу;

(4)

(5)

- коефіцієнти похибки після введення корекції вихідного сигналу на час затримки

(6)

c0(n) - c3(n) - коефіцієнти розкладу передаточної функції похибки вимірювальної системи з фільтром порядку n у ряд Маклорена.

Згідно з співвідношенням (6) одержано графічні залежності (рис.2) часу затримки вихідного сигналу від порядку фільтрів, які розглядаються.

Рис.2 - Час затримки вихідного сигналу фільтрів

У якості математичної моделі корисного сигналу обрано спектральну щільність

(7)

де D = 20000 м - характеристична відстань прискорення сили тяжіння;

- нормована частота;

, 1 - просторові частоти,

яка, для випадку, що розглядається, може бути приведена до вигляду

(8)

де V = 10 м/с - швидкість руху платформи;

g = 310-4 м/с2 - середнє квадратичне відхилення корисного сигналу.

Згідно з співвідношенням (3) одержано графічні залежності (рис.3) середніх квадратичних відхилень похибок фільтрації, обумовлених корисним сигналом, від порядків фільтрів.

Рис.3 - Середні квадратичні відхилення динамічних похибок

Залежності тривалостей перехідних процесів (tp) аналогових фільтрів - прототипів від їх порядків було отримано як результат вирішення рівнянь

(9)

де Wф(p,n) - передаточні функції фільтрів, що розглядаються, порядку n;

Sn,i - і-й денормований полюс передаточної функції фільтру.

Отримані, згідно з (9), графічні залежності приведені на рис. 4.



Рис. 4 - Тривалості перехідних процесів фільтрів

Чутливості частотних характеристик ЦФ, отриманих методом білінійного перетворення аналогових фільтрів - прототипів, до квантування їх коефіцієнтів було оцінено по положенню полюсів ЦФ на комплексній площині. Залежність модуля найбільш високодобротного полюсу кожного фільтру від його порядку було отримано згідно з співвідношенням

(10)

де n,k і n.k - відповідно дійсна та мнима частка денормованого полюса передаточної функції аналогового фільтру - прототипу;

ТД - період дискретизації вхідного сигналу.

Отримані, згідно з (10), графічні залежності приведені на рис. 5.

По результатам аналізу залежностей розглянутих характеристик фільтрів - прототипів від їх порядків, які приведені на рис.1 - рис.5, обрано оптимальний аналоговий фільтр - прототип системи виділення корисного сигналу на тлі заважаючих збурень при гравівимірюваннях на рухомій автомобільній платформі. Таким фільтром виявився фільтр Баттерворта 5-го порядку.

Рис.5 - Максимальні значення полюсних віддалень фільтрів

ТРЕТІЙ РОЗДІЛ присвячено синтезу математичної моделі лінійного дискретного фільтру з АЧХ, яка апроксімує АЧХ одержаного у попередньому розділі аналогового фільтру - прототипу.

Для скорочення спектру вхідного сигналу оптимального ЦФ, що синтезується, обгрунтовано необхідність застосування попереднього ЦФ з передаточною функцією

(11)

де N = 8 - порядок фільтру. Це дає змогу значно зменшити необхідну точність представлення коефіцієнтів передаточної функції оптимального ЦФ.

Отримано частоти дискретизації вхідних сигналів попереднього () та оптимального () ЦФ, які забезпечують необхідну точність вимірювань і відповідно дорівнюють 2513 рад/с та 502,6 рад/с.

У результаті застосування білінійного перетворення одержані математичні моделі лінійних дискретних фільтрів з каскадною (WФК(Z)) та паралельною (WФП(Z)) структурами у вигляді з'єднання субфільтрів першого та другого порядку. При цьому для компенсації нелінійної деформації частотної шкали, яка викликана застосуванням білінійного перетворення, постійна часу аналогового фільтру - прототипу була змінена згідно з співвідношенням

(12)

де TИ і T - постійні часу після і до зміни відповідно.

Проведено аналіз похибки апроксімації (), який виявив, що фільтр з каскадною структурою в діапазоні розташування корисного сигналу апроксімує необхідну АЧХ з меншою точністю ніж фільтр з паралельною структурою.

Проаналізовано деформацію АЧХ фільтрів () та дисперсію похибки вимірювань, яки виникають під впливом квантування коефіцієнтів. Виявлено, що для забезпечення необхідних метрологічних характеристик вимірювальної системи коефіцієнти оптимального ЦФ мають бути округлені до 35 двоїчних розрядів не рахуючи знакового розряду. При цьому ЦФ з паралельною структурою забезпечує меншу похибку вимірювань ніж ЦФ з каскадною структурою.

Таким чином, для застосування у вимірювальній системі, що синтезується, було обрано фільтр з паралельною структурою.

Для синтезованого оптимального фільтру одержано залежність групового часу затримки від частоти

(13)

Аналіз цієї залежності показує, що, для зменшення похибки вимірювань прискорення сили тяжіння, вихідний сигнал оптимального ЦФ необхідно змістити уздовж осі часу на величину T0(0) = 245,248 с.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ проаналізовано ефекти, зв'язані з впливом квантування сигналів в оптимальному ЦФ.

Показано, що кількість двоїчних розрядів у представленні вхідного сигналу (LS) зв'язана з еквівалентною деформацією АЧХ (), обумовленою квантуванням вхідного сигналу, співвідношенням

(14)

де - найбільше можливе значення корисного сигналу на вході гравіметра;

= (0,12,0) м/с2 - середнє квадратичне значення вертикальної складаючої прискорень рухомої платформи;

hф(nTД) - імпульсна характеристика ЦФ.

Кількість двоїчних розрядів у представленні дрібної частки проміжних результатів арифметичних дій (LмД) зв'язана з еквівалентною деформацією АЧХ (), обумовленою внутрішніми шумами ЦФ, співвідношенням

(15)

де ;

= 1 - коли квантування відбувається методом відсічу;

= 2 - коли квантування відбувається методом округлення;

h1(nTД) - h3(nTД) - імпульсні характеристики субфільтрів;

- масштабний множник на виході у-го субфільтру .

При цьому масштабні множники на вході у-го субфільтру

(16)

де LmЦ - кількість двоїчних розрядів у представленні цілої частки проміжних результатів арифметичних дій;

rу,i - і-й коефіцієнт у-го субфільтру;

fy(nTД) - імпульсна характеристика рекурсивної частки у-го субфільтру.

Виявлено, що, для забезпечення оптимального співвідношення

(17)

де - максимально допустима деформація АЧХ ЦФ у інфранизькочастотній ділянці спектру, вхідний сигнал вимірювальної системи має бути округлений, як найменше до 26 двоїчних розрядів. Проміжні результати арифметичних дій мають бути представлені у змішаній формі, де для цілої частки відводяться 13 двоїчних розрядів, а дрібна частка округляється до 43 двоїчних розрядів, не рахуючи знакового розряду. Для попередження переповнення регістрів ЦФ та забезпечення необхідного співвідношення сигнал/шум в структурну схему ЦФ необхідно ввести масштабні множники К2вх = К3вх = 2-15, К2вых = К3вых = 215.

Проаналізовано стійкість синтезованого ЦФ як нелінійної системи. Показано, що максимальне значення амплітуди коливань граничного циклу.

цифровий фільтр сигнал платформа

 (18)

Аналізуючи співвідношення (18) можна зробити висновок, що, при округленні проміжних результатів арифметичних дій до 43 двоїчних розрядів, амплітуда коливань граничних циклів не перевищує допустимого рівня.

Розроблено структурну схему субсистеми виділення корисного сигналу вимірювальної системи у вигляді послідовного з'єднання попереднього ЦФ, компресора частоти дискретизації з коефіцієнтом децимації М = 5 та оптимального ЦФ.

Розглянуто переваги та недоліки різних способів реалізації синтезованої вимірювальної системи.

Розроблена і відладжена програма для ПЕОМ на язику С, яка реалізує синтезований алгоритм виділення корисного сигналу.

П'ЯТИЙ РОЗДІЛ присвячено математичному моделюванню процесів, що протікають в синтезованій системі обробки інформації та підтвердженню достовірності одержаних результатів.

Методом формуючого фільтру одержано моделі корисного сигналу та заважаючого збурення, які містять по n = 2880001 значенню з періодом дискретизації TД = 0,0025 с. Під час моделювання заважаючого збурення було враховано фільтруючі властивості чутливого елементу та рухомої платформи. Для цього методом білінійного перетворення були одержані лінійні дискретні фільтри з АЧХ, еквівалентними АЧХ чутливого елементу та рухомої платформи. Потім було промодельовано проходження заважаючого сигналу через ці фільтри, котрі були представлені у вигляді системи різнисних рівнянь.

Сума () корисного сигналу та заважаючого збурення була подана на вхід субсистеми виділення корисного сигналу, що представлена відповідними системами різнисних рівнянь.

Попередній ЦФ

(19)

де k = 0 ... 2880000.

Компресор частоти дискретизації

(20)

де k = 0 ... 576000;

М = 5 - коефіцієнт децимації.

Оптимальний ЦФ

(21)

де eS(TДk) - шум погрішності квантування вхідного сигналу;

(22)

де с0 - с6, d0 - d7 - коефіцієнти оптимального фільтру;

e1(TДk) - e12(TДk)- шуми погрішностей квантування проміжних результатів арифметичних дій;

виміряний корисний сигнал, одержаний на виході системи виділення корисного сигналу.

Похибка вимірювань була обчислена як різниця сигналу, одержаного на виході моделі системи обробки інформації, що досліджується та корисного сигналу, що подавався на її вхід. Під час обчислення похибки вимірювань було враховано час затримки сигналу T0(0) = 245,248 с.

У результаті математичного моделювання отримані оцінки статистичних характеристик похибки вимірювань прискорення сили тяжіння, а саме середнього квадратичного значення і математичного очікування, які відповідно дорівнюють м/c2, м/c2.

Величина середнього квадратичного відхилення похибки вимірювань прискорення сили тяжіння не перевищує максимально допустимого рівня. Таким чином можна зробити висновок, що синтезована система виділення корисного сигналу відповідає поставленим вимогам і може бути застосована для вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи.

ВИСНОВКИ

Вирішена задача синтезу системи обробки інформації стосовно до вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи у реальному масштабі часу.

Синтезована система забезпечує середню квадратичну похибку вимірювань, яка не перевищує 0,17 мГал, що приблизно дорівнює похибці вимірювань прискорення сили тяжіння в стаціонарних умовах. При цьому час затримки вихідного сигналу і тривалість перехідного процесу синтезованої системи обробки інформації приблизно на 30% менше, ніж час затримки вихідного сигналу і тривалість перехідного процесу подібних систем, синтезованих раніш.

1. Під час досліджень проведена параметрична оптимізація аналогового фільтру - прототипу виділення корисної складової вхідного сигналу гравіметра у класі поліноміальних фільтрів нижніх частот. Результат параметричної оптимізації показав, що оптимальним фільтром у розглянутому випадку є фільтр Баттерворта 5-го порядку.

2. Здійснено вибір оптимального періоду дискретизації вхідного сигналу, який дорівнює 0,0025 с.

3. Синтезовано лінійний дискретний фільтр з АЧХ, яка апроксімує АЧХ оптимального аналогового фільтру - прототипу.

4. Досліджені спотворення АЧХ, обумовлені квантуванням коефіцієнтів передаточної функції оптимального ЦФ і визначена необхідна точність їх представлення. Показано, що під час апаратної чи програмної реалізації оптимального ЦФ коефіцієнти передаточної функції повинні бути округлені до 35 двоїчних розрядів не лікуючи знакового розряду.

5. Синтезована структурна схема системи обробки інформації у вигляді послідовного з'єднання попереднього ЦФ 8-го порядку з коефіцієнтами 2n (n=1...8), призначеного для обмеження спектру вхідного сигналу, компресора частоти дискретизації з коефіцієнтом децимації М=5 і оптимального ЦФ, одержаного в результаті вирішення апроксімаційної задачі.

6. Досліджені явища, пов'язані з квантуванням сигналів в оптимальному ЦФ. Показано, що, для забезпечення необхідної точності вимірювань, вхідний сигнал та дрібна частка проміжних результатів арифметичних дій мають бути представлені відповідно 26 та 43 двоїчними розрядами.

7. Досліджена стійкість синтезованого ЦФ як нелінійної системи і показано, що амплітуда коливань граничних циклів не перевищує допустимого рівня.

8. Для перевірки достовірності отриманих результатів проведено математичне моделювання проходження сигналу через синтезовану систему обробки інформації. Під час моделювання, крім саме системи обробки інформації, було враховано фільтруючи властивості чутливого елементу і рухомої платформи, а також вплив аддитивних шумів, що обумовлені квантуванням сигналів.

У результаті математичного моделювання отримані оцінки середнього квадратичного відхилення і математичного очікування похибки вимірювань, які, відповідно, дорівнюють м/c2 і м/c2, що відповідає поставленим вимогам.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Основні положення дисертації відбиті у наступних опублікованих працях:

1. Васильцова Н.В., Абрамов Ю.А., Сериков С.А. Динамическая погрешность информационно - измерительных систем. // Надежность, живучесть и безопасность систем летательных комплексов. Вып.1 - Харьков: ХВУ.-1996.-С.31-34.

2. Абрамов Ю.А., Сериков С.А. Синтез математических моделей оптимальных фильтров нижней частоты. // Системы управления и связи. Сб. науч. тр. - Харьков: НАНУ, ПАНУ, ХВУ - 1996. - С.128 - 139.

3. Абрамов Ю.А., Говаленков С.В., Сериков С.А. Алгоритм синтеза цифровых фильтров. // Надежность, живучесть и безопасность систем летательных комплексов. Вып.1 - Харьков: ХВУ. - 1996.- С.11 - 17.

4. Абрамов Ю.А., Говаленков С.В., Сериков С.А. Оценка количества разрядов внутренних регистров оптимального цифрового фильтра. // Информационные системы. Сб. науч. тр. Вып.3 (10) - Харьков: НАНУ, ПАНИ, ХВУ - 1998. - С. 49 - 54.

5. Абрамов Ю.А., Сериков С.А. Исследование устойчивости оптимального цифрового фильтра гравиметра. // Вестник Харьковского государственного автомобильно - дорожного технического университета. Сб. науч. тр. Вып.7 Харьков: ХГАДТУ. - 1998. - С. 71 - 74.

6. Пат. 21067А Украины, МКИ G01V7/02. Гравиметр / Ю.А. Абрамов, Б.Ф. Кривошеев, С.А. Сериков (Украина); АО ХАРТРОН - № 97010398; Заявл. 31.01.97; Опубл. 02.12.97; НКИ 355/68. - 3 с.

АНОТАЦІЇ

Серіков С.А. Синтез системи обробки інформації стосовно до вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.03 - системи та процеси керування. - Відкрите акціонерне товариство “ХАРТРОН”, Харків, 1998.

Дисертацію присвячено питанням синтезу системи обробки інформації стосовно до задачі визначення параметрів гравітаційного поля, а саме вимірювань прискорення сили тяжіння в умовах рухомої автомобільної платформи у реальному масштабі часу. У роботі розвивається новий напрямок у виділенні інфранизькочастотного корисного сигналу на тлі заважаючих збурень великої інтенсивності методом частотної фільтрації на основі використання принципів цифрової обробки сигналів.

У результаті досліджень отримана математична модель і структурна схема оптимального цифрового фільтру (ЦФ) виділення корисного сигналу при виконанні гравівимірювань в умовах рухомої автомобільної платформи, а також синтезована структурна схема системи обробки інформації у вигляді послідовного з'єднання попереднього ЦФ, призначеного для обмеження спектру вхідного сигналу, компресора частоти дискретизації і оптимального ЦФ.

Синтезована система обробки інформації забезпечує значне поліпшення точності і детальності вивчення вектору прискорення сили тяжіння.

Ключові слова: цифровий фільтр, прискорення сили тяжіння, рухома автомобільна платформа, математична модель.

Сериков С.А. Синтез системы обработки информации при измерении ускорения силы тяжести в условиях подвижного автомобильного основания. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.03 - системы и процессы управления. - Открытое акционерное общество “ХАРТРОН”, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена вопросам синтеза системы обработки информации применительно к задаче определения параметров гравитационного поля и, в частности, измерения ускорения силы тяжести в условиях подвижного автомобильного основания в реальном масштабе времени. В работе развивается новое направление в выделении инфранизкочастотного полезного сигнала на фоне возмущающих воздействий большой интенсивности методом частотной фильтрации на основе применения принципов цифровой обработки сигналов. В результате исследований получена математическая модель и структурная схема оптимального цифрового фильтра (ЦФ) выделения полезного сигнала при выполнении гравиизмерений в условиях подвижного автомобильного основания, а также синтезирована структурная схема системы обработки информации в виде последовательного соединения предварительного ЦФ, предназначенного для ограничения спектра входного сигнала, компрессора частоты дискретизации и оптимального ЦФ.

Синтезированная система обработки информации обеспечивает значительное улучшение точности и детальности изучения вектора ускорения силы тяжести.

Ключевые слова: цифровой фильтр, ускорение силы тяжести, подвижное автомобильное основание, математическая модель.

Serikov S.A. The synthesis of the data handling system for the force gravity acceleration measurement in the condition of perturbation action on the motorcar carrier. - Manuscript.

The dissertation for the candidate of technical sciences degree on speciality 05.13.03 - control processes and systems. - Research and Production Association “HARTRON”, Kharkov, 1998.

The dissertation is devoted to design of the data handling system for the force gravity acceleration measurement in the condition of perturbation action on the moving motorcar carrier in real time. The new approach to detection of the useful signal of very low frequency by the method of frequency filtering in the condition of high rate perturbation action which based on the digital signal processing has been developed. As a result of the conducted research the mathematical model and structure chart of the data handling system as cascade connection of the reduction filter, which destined for the input frequency range limitation, decimation filter and optimum detecting filter are designed. The designed data handling system permit to improve of the study precision and density of the force gravity acceleration vector.

Key words: digital filter, force gravity acceleration, moving motorcar carrier, mathematical model.

Размещено на Allbest.ur

...