Цифрові фільтри сигналів з розширеним спектром у системах керування збиранням інформації

????????? ?? http://www.allbest.ru/

????????? ?? http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЦИФРОВІ ФІЛЬТРИ СИГНАЛІВ З РОЗШИРЕНИМ СПЕКТРОМ У СИСТЕМАХ КЕРУВАННЯ ЗБИРАННЯМ ІНФОРМАЦІЇ

Шпинковський Олександр Анатолійович

Одеса - 1999

Анотація

Шпинковський О.А. Цифрові фільтри сигналів з розширеним спектром у системах керування збиранням інформації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.13.05. - Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 1999.

Дисертація присвячена питанню створення структур цифрових узгоджених фільтрів для систем керування збиранням інформації з використанням сигналів з розширеним спектром і засобів для їхнього дослідження. Запропоновано: спосіб одержання ATFM та BDSE структур цифрових узгоджених фільтрів. BDSE структури дозволяють здійснювати процедуру входження у синхронізм з використанням меншого обсягу пам`яті, порівняно з прямою формою узгоджених фільтрів та програмну модель і мікропроцесорний модуль для дослідження систем керування збиранням інформації з використанням сигналів з розширеним спектром.

Ключові слова: сигнали з розширеним спектром, структурний синтез, матриця передаточних функцій, цифровий узгоджений фільтр

Аннотация

???????? ?????? ?????? ??????

Шпинковский А.А. Цифровые фильтры сигналов с расширенным спектром в системах управления сбором информации. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 1999.

Одной из важнейших отраслей применения электроники является сбор информации первичными преобразователями (ПП), её передача и обработка.

Эти процессы осуществляются устройствами управления и контроля. Важной является задача сбора информации большого числа ПП, одним из примеров применения которых есть сооружения для хранения больших масс зерновых культур, которые оборудованы множеством ПП влажности, температуры и т.д. Применение ПП требует соответствующего числа линий связи и коммутаторов между ПП и системой управления сбором информации (СУСИ), что приводит к снижению надёжности, ремонтопригодности, помехоустойчивости.

Диссертация посвящена вопросу создания структур согласованных фильтров для систем управления сбором информации с использованием сигналов с расширенным спектром (СРС) и средств для их исследования. Обосновано применение в системах управления сбором информации принципа кодового разделения информации в общем канале (моноканале). Это позволит добиться: экономии цветных металлов и сопутствующих материалов, входящих в состав кабельно-проводниковой продукции; возможности работы с большим числом каналов и возможности изменения структуры системы сбора информации с наименьшими затратами.

Используя современные микроконтроллеры, актуализируется задача получения таких структур цифровых согласованных фильтров, которые осуществляют корреляционную обработку СРС с меньшим объёмом ОЗУ по сравнению с прямой формой реализации. Проведен анализ существующих способов получения структур цифровых согласованных фильтров(ЦСФ), обосновано представление ЦСФ в матричном виде, введено понятие ATF матрицы всевозможных передаточных функций ветвей схемы фильтра с задержкой и с постоянным коэффициентом. Подготовлен математический базис к способам получения ATFM и BDSE структур. Предложен способ получения ATFM структур из ATF матрицы согласованных фильтров, BDSE структур цифровых согласованных фильтров, позволяющих осуществлять процедуру вхождения в синхронизм с меньшим объёмом ОЗУ. Приведена методика сокращения объёма памяти при реализации BDSE структур. Показано, что выигрыш в количестве условных ячеек памяти по сравнению с прямой формой реализации стремится с ростом длины сигнала, с которым согласован фильтр к длине блока с последовательными элементами задержки.

Создана программа «Синтез структур согласованных фильтров», которая реализует способы получения ATFM и BDSE структур ЦСФ.

Разработана математическая и физическая модели СУСИ с использованием СРС. Обработка сигналов в них осуществляется демодулятором комбинированного типа: с использованием ЦСФ (BDSE структур) и коррелятора.

Приведены результаты исследований работы моделей.

Целесообразно использование разработанных структур фильтров не только с СРС, а и с другими типами сигналов. Результаты диссертации могут быть внедрены не только в пищевой промышленности, но и в других отраслях хозяйственного комплекса Украины, которые применяют сбор и обработку информации первичных преобразователей.

Ключевые слова : сигналы с расширенным спектром, структурный синтез, матрица передаточных функций, цифровой согласованный фильтр.

Summary

Shpinkovsky A.A. Digital filters of Spread Spectrum Signals in control systems of gathering of an information. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.13.05. - Elements both devices of computer facilities and control systems. - Odessa state polytechnical university, Odessa, 1999.

The thesis is devoted to a problem of the creation of the structures of the matched filters for the control systems of gathering information with using of the Spread Spectrum Signals and tools for their research. The mode of deriving ATFM and BDSE structures of digital matched filters is offered. BDSE structures permits to realize the procedure of the entrance in a synchronism with smaller size of the RAM then straight form of the filters. The program model and microprocessor module for a research of control systems of gathering of an information with use of Spread Spectrum Signals is offered.

Key words: Spread Spectrum Signals, structural synthesis, matrix of gear functions, digital matched filter.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з найважливіших галузей застосування електроніки є збирання інформації первинними перетворювачами (ПП), її передача та обробка.

Ці процеси керуються ЕОМ або іншими пристроями керування та контролю. Особливо важливою постає задача збирання інформації від великої кількості ПП, одним із прикладів застосування яких є споруди для зберігання великої маси зернових культур (елеватори, комбінати хлібопродуктів тощо). Ці споруди обладнано чималою кількістю (сотні, тисячі) ПП (наприклад температури, вологості), що входять до пристроїв приймання, зберігання, сушки, очищення та відвантаження зернових культур. Застосування ПП вимагає відповідної кількості з`єднувальних кабелів та комутаційних пристроїв між ПП та керуючою частиною системи керування збиранням інформації (СКЗІ), що призводить до зниження надійності, ремонтопридатності, перешкодостійкості тощо. Використання ж безпровідних засобів передачі дорого і не завжди виправдано.

Одним з шляхів вирішення цих задач є можливим застосування у СКЗІ принципу кодового розділення інформації ПП у загальному каналі (моноканалі). Це дозволить досягти: економії кольорових металів та супутніх матеріалів, що входять до складу кабельно-провідникової продукції; можливості роботи з більшою кількістю ПП та можливості зміни структури системи збирання інформації з найменшими витратами у порівнянні з традиційними СКЗІ.

Елементами багатоканальних систем збирання інформації є передавачі, кожний з яких зв`язаний з одного боку з відповідним йому ПП, а з іншого через моноканал з приймачем інформації. Передавальна частина містить генератор кодової послідовності, фазовий модулятор, пристрій узгодження з лінією зв`язку. В процесі модуляції сигналу ПП кодовою псевдовипадковою послідовністю (ПВП) відбувається розширення спектру сигналу, внаслідок чого підвищується перешкодостійкість каналів передачі інформації.

Суміш модульованих сигналів з розширеним спектром (СРС), відповідних каналам передачі інформації шляхом моноканалу надходить до приймальної частини, що складається з аналого-цифрового перетворювача і мікроконтролера (МК), на базі якого реалізований багатоканальний цифровий узгоджений фільтр (ЦУФ). У ЦУФ проводиться кореляційна обробка суміші сигналів ансамблем конкретних ПВП (завдяки якому і можливе кодове розділення каналів) відповідних сигналам ПП. Збільшення числа каналів впливає на достовірність переданої інформації, що вимагає застосування ансамбля ПВП більшої довжини (одиниці та десятки тисяч символів). При цьому структура ЦУФ стає громіздкою (число комірок пам`яті для реалізації фільтру відповідає його порядку).

Більшість сучасних поширених відносно недорогих МК мають оперативний запам`ятовуючий пристрій (ОЗП) місткістю до одиниць-десятків кілобайт (МК з більшим обсягом ОЗП відносно дорогі або вимагають підключення додаткових пристроїв, що не завжди прийнятне та знижує швидкість обробки). З цього виявляється актуальною (у тому числі для підприємств агропромислового комплексу України) задача одержання таких структур ЦУФ, що здійснюють кореляційну обробку СРС з меншим обсягом ОЗП у порівнянні з прямою формою реалізації ЦУФ.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Науково-дослідна робота по темі дисертації проводилася згідно з держбюджетною темою:

№ 260 - 64 «Матричні перетворення в теорії проектування різних класів електронних ланцюгів» (реєстраційний № 0196U0223193).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка способу одержання структур ЦУФ, завдяки яким здійснюється процедура кореляційної обробки СРС з меншим обсягом ОЗП у порівнянні з прямою формою реалізації ЦУФ.

Дана мета досягається вирішенням наступних задач:

- аналізом існуючих способів одержання структур;

- підготовкою математичного базису одержання ATFM (All possible Transfer Function Matrix) і BDSE (Block Delay Serial Elements) структур ЦУФ;

- розробкою способу одержання ATFM структур ЦУФ;

- розробкою способів одержання BDSE структур ЦУФ та методикою скорочення обсягу ОЗП при реалізації BDSE структур на МК;

- створенням програми, що дозволяє одержувати системи СРС із заданими кореляційними властивостями;

- створенням та дослідженням математичної моделі СКЗІ ПП з використанням сигналів з розширеним спектром;

- виготовленням фізичної моделі СКЗІ та перевіркою на ній теоретичних результатів.

При дослідженнях використовувалися:

- математичний апарат теорії матриць, комбінаторики та різницевих рівнянь;

- математичне моделювання, яке проведено з використанням мови програмування Visual Basic та С++;

- фізичне моделювання, що проведено за допомогою фізичної моделі СКЗІ з використанням мови програмування Assembler.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

- розроблено теоретичну базу до способів одержання структур, у тому числі доказано дві теореми, лемму та твердження;

- дістали подальший розвиток способи одержання структур ЦФ, а саме, розроблено спосіб одержання ATFM структур ЦУФ з ATF матриці передаточних функцій;

- розроблено спосіб одержання BDSE структур ЦУФ;

- запропоновано методику скорочення обсягу ОЗП при реалізації ЦУФ на МК.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому що низка положень роботи використовується у навчальному процесі Одеського державного політехнічного університету на кафедрі «Електронні та комп`ютеризовані системи» при викладанні курсів: «Електронні і промислові пристрої» та «Електронні системи». Результати, які одержані в дисертації, використані в автоматизованій системі вимірювання та аналізу поля температур зернових культур на підприємстві державної акціонерної компанії «Хліб України».

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі існуючих способів проектування цифрових фільтрів, методів ущільнення та розділення каналів передачі інформації. Автор розробив математичну модель СКЗІ, підготував математичний базис для одержання структур ЦУФ, розробив способи одержання ATFM і BDSE структур ЦУФ та методику скорочення обсягу ОЗП при реалізації BDSE структур ЦУФ. В опублікованих працях із співавторами здобувачем виконано: у роботах [1, 2] створення математичних моделей СКЗІ, їх аналіз та узагальнення у [2] конструкції демодулятора; у роботі [3] розробку способу зменшення ОЗП, моделювання ЦУФ та його дослідження; у роботі [5] здобувачем виконано аналіз способів ущільнення інформації, створення моделей; у роботі [6] створення програми одержання систем СРС із заданими кореляційними властивостями; у роботах [1, 5, 6] створення фізичних моделей.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися на наступних конференціях:

- «АВТОМАТИКА - 95», м. Львів;

- «Нейронные, реляторные и непрерывнологические сети и модели», м. Ульяновськ (Росія);

- «Наука i освiта», м. Одеса;

- «Системы и способы передачи и обработки информации» (ССПОИ - 98), м. Одеса.

Публікації. Основні результати роботи відображені у шістьох публікаціях, п`ять - із співавторами, одна - самостійно, у тому числі, в чотирьох наукових статтях та матеріалах двох наукових конференцій.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, чотирьох додатків. Загальний обсяг дисертації - 141 стор., кількість додатків - 4. Дисертація містить 19 рисунків, 6 таблиць та список джерел з 94 найменувань.

2. Основний зміст

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульована мета і задачі досліджень. Викладені основні наукові і практичні результати, що отримані в роботі, основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі розглянуто способи синтезу ЦФ. Відмічено що особливу увагу приділяється одержанню структур ЦФ за даними аналогових прототипів та прямому синтезу. Пропонується звернути більше уваги на матричні моделі ЦФ, що дозволяють реалізувати генерацію множини структур, відповідних передаточній функції фільтра. Зважаючи на те, що в процесі розвитку теми дисертації припускається використовувати модель ЦУФ а також її реалізацію на мікропроцесорній техніці, доцільно загострити увагу на прямій формі реалізації з можливим застосуванням її різновидів.

Розглянуто основні принципи побудови СКЗІ і цифрових фільтрів. СКЗІ, яку використовують для одночасної передачі повідомлень від багатьох джерел, називають багатоканальною (рис. 1).

Операціями, що властиві саме багатоканальним системам, є операції ущільнення каналів (сигналів) та їхнього розділення. Суттєвість операції ущільнення полягає в тому, що кожному повідомленню від джерела інформації (ДІ) X_i(t) ставиться в однозначну відповідність канальний сигнал S_i(t), наділений відрізняючими ознаками. Після цього на підставі усіх S_i(t) формується багатоканальне повідомлення

S (t)={Si (t)}, і=1,2,3,...,N,(1)

Де - оператор перетворення канальних сигналів;

N - число каналів багатоканальної системи;

Пристрій розділення каналів, отримавши на вхід повідомлення S(t), розділяє його на канальні сигнали S_i(t), грунтуючись на заздалегідь відомих відрізняючих ознаках, після цього відображає S_i(t) в X_i(t) і спрямовує X_i(t) відповідному одержувачу інформації (ОІ).

Розглянуто основні характеристики СРС і каналів передачі інформації, властивості М-послідовностей. Встановлена доцільність застосування М-послідовностей в СКЗІ. Запропоновано модель СКЗІ з використанням СРС. Виділено об`єкт досліджень - демодулятор СРС, що належить приймальній частині системи.

Рис. 1. Багатоканальна система збирання інформації

Другий розділ присвячено питанню одержання структур ЦУФ. Порушено питання представлення ЦУФ у матричному вигляді, введено поняття передаточної функції гілок схеми фільтру з затримкою та з постійним коефіцієнтом.

Реакцію вихідного сигналу Y (z) ЦУФ на вхідний сигнал X (z) можна представити у вигляді:

,(2)

де Т^t (z) є матрицею передаточних функцій ланцюга.

Елемент цієї матриці є передаточна функція між вузлами .

(3)

де Е - одинична матриця розміру n*n;

q_c - матриця розміру n*n з коефіцієнта гілок ланцюга першого порядку;

q_d - матриця розміру n*n з коефіцієнта гілок ланцюга другого порядку із затримкою. Назвемо матрицю T^t(z), складену з всіляких передаточних функцій - ATF матрицею (на рис. 2 відповідно (3)), а структури ЦУФ, отримані на її основі - ATFM структурами. В свою чергу, відомо, що передаточна функція цифрового фільтру, за умови що вхідним є вузол 1, а вихідним n:

,(4)

де обчислюється з шляхом викреслювання m-го рядка і n-го стовпчика матриці рис. 2, а = 1.



Рис. 2. ATF матриця ЦУФ

Матриця, одержана після викреслення першого рядка та останнього стовпця ATF матриці, являє собою хесенбергову матрицю з одиницями у надголовній діагоналі. Підготовлено математичний базис до одержання ATFM та BDSE структур, а саме доведені:

1. Лемма: Визначник матриці Хесенберга n-го порядку з одиничною надголовною діагоналлю (алгебраічне доповнення A_1n ATF матриці) складається з 2^n-1 доданків.

2. Теорема: Якщо А - матриця Хесенберга з одиничною надголовною діагоналлю, то кількість доданків у розкладанні визначника матриці, що містять рівно K множників (за винятком одиниць), дорівнює кількості сполучень з K-1 по n-1,тобто .

3. Теорема: Якщо А - матриця Хесенберга з одиничною надголовною діагоналлю, то кількість доданків, що не містять елементи головної діагоналі, зображають числову послідовність у якій кожний член дорівнює сумі двох попередніх.

4. Твердження про необхідність складу алгебраічного доповнення A_1n ATF матриці з доданків з кількістю множників з n до 1.

Висновок: Цифровому фільтру з передаточною функцією (5), однозначно відповідає алгебраічне доповнення ATF матриці, що містить ненульові елементи на головній і тільки по одному на усіх підголовних діагоналях.

Для підготовки до рішення задач структурного синтезу ATFM структур необхідно пройти етапи:

1. Формалізації структурного базису: В процесі синтезу використовуються узагальнені структурні елементи, а саме - передаточні функції між вузлами m і n, відповідають або гілкам з постійним коефіцієнтом підсилення або гілкам із затримкою.

2. Формалізації структурних зв`язків - матриця рис. 2.

3. Формалізації структурної (цільової) функції: відповідність сум, одержаних при обчисленні визначника матриці рис. 2. сумам у виразі

H(z)=, (5)

де L - довжина СРС;

а - множники на постійний коефіцієнт.

Запропоновано спосіб одержання ATFM структур ЦУФ з ATF матриці, що складається з наступних етапів:

1. Для нерекурсивного фільтру складаємо ATF матрицю порядку N з усіх можливих передаточних функцій гілок фільтру (рис. 2). Загальним фрагментом для цих структур є елементи головної діагоналі матриці.

2. Фіксуємо передаточну функцію фільтру (де m і n вхідний та вихідний вузли фільтру відповідно) у вигляді суми доданків. Визначаємо кількість доданків з однаковою кількістю множників.

3. Складаємо усі можливі комбінації з доданків, що складають визначник таким чином, щоб до кожної комбінації входили доданок з різною кількістю множників (по одному доданку з: одного множника, з двох, з трьох і так до n-1 при порядку матриці n).

4. Вибираємо чергову комбінацію (структуру)

5. Оцінюємо варіант.

Передаточна функція нерекурсивного фільтру визначається поліномом (5). Порівнюємо поліном і чергову структуру фільтру і визначаємо однозначну відповідність передаточним функціям гілокпередачі гілки або передачі із затримкою.

6. Переходимо до п. 4 і повторюємо процедуру синтезу до тих пір, доки не здійснимо повний перебір.

Розглянуто конкретний приклад одержання структур ЦУФ 3-го порядку. Результатом цього є різноманіття структур на рис. 3.



Рис. 3. Різноманітність ATFM структур ЦУФ

Третій розділ присвячено способу одержання BDSE структур і процесу пошуку та синхронізації СРС з їхнім використанням. Розглянуто побудову демодулятора (оптимального приймача) СРС.В його склад входить узгоджений фільтр або корелятор та вирішальний пристрій, що визначає символ інформації, який передається. Вирішено застосувати ЦУФ в демодуляторі СРС під час входження у синхронізм та подальшої синхронізації.

Визначені основні базові характеристики та запропоновано спосіб одержання BDSE структур ЦУФ.

Формалізація завдання на структурний синтез наступна:

1. Формалізація структурного базису відповідає базису ATFM структур і доповнюється елементом - блоком BDSE.

2. Результат формалізації структурних зв`язків можна представити у вигляді набору ATFM структур, отриманого у результаті синтезу (розд. 2).

3. Структурна функція - набори доданків відповідні критеріям BDSE структур, викладеним у розділі 2. Функція - обмеження: максимальна кількість елементів у складі BDSE блоку.

Етапи одержання BDSE структур

Вирішувати задачу синтезу будемо у рамках виділення варіанту з типових структур.

По заданій ПВП довжиною N будуємо квадратну матрицю усіх можливих передаточних функцій гілок фільтру і виконуємо послідовно п.1-6 (одержання ATFM структур).

2. Вибираємо чергову структуру.

3. Виробляємо оцінку на належність до BDSE структури.

4. Приймаємо рішення, якщо це BDSE, так збереження.

5. Перехід до п.2. Продовжувати, поки не буде здійснено повний перебір.

6. З відібраних структур робиться сортування у залежності від довжини блоку BDSE.

Прикладом BDSE структур є структури рис. 3(в) та (г). Запропонований спосіб одержання BDSE структур вимагає чималих затрат часу для здійснення повного перебору, тому є доцільним застосування більш швидких способів синтезу. При використанні в приймальній частині систем збирання інформації прямої форми ЦУФ процес вимірювання затримки вхідного сигналу відповідає різницевому рівнянню:

,(6)

деx (n) - відліки вхідного сигналу;

y (n) - відліки вихідного сигналу;

h (i) - коефіцієнти множників.

Необхідно обчислити 2L-1 інтервалів невизначеності. На рис. 4,а показана діаграма процесу входження у синхронізм ЦФ, узгодженого з послідовністю довжиною L=7, що описується рівнянням (6).

Пропонується використати BDSE структури для конструювання спеціальних ЦУФ, в яких замість блоків послідовних U елементів затримки (D=U+1 комірок пам`яті) пропонується застосовувати один елемент затримки.

Приведено методику зменшення комірок пам`яті при реалізації BDSE структур, яка окрім дій, пов`язаних з одержанням структур, базується на тому, що число комірок, необхідних для реалізації ЦУФ можна представити у вигляді:

S=K+M+I,(7)

Де М - кількість суматорів (груп);

К - кількість множників у групі і

K*M+I дорівнює L - довжині ПВП.

I=0, якщо довжина ПВП - складене число

Рис. 4. Матриця, що відповідає базисній структурі ЦУФ

I=число (частіше за все 1), якщо довжина ПВП - просте число. Вводиться позначення структур у вигляді (К-М-I). Наприклад, структуру прямої форми фільтру, діаграма процесу кореляційної обробки якої на рис. 5(а) позначимо

7-1-0. Запропоновано спосіб одержання BDSE структур з базової структури.

Формалізація завдання на структурний синтез:

Структурний базис складається з матриці базової структури (рис. 4), отриманої з ATFM.

Структурні зв`язки - головна діагональ матриці залишається без змін, тому що її елементи відповідають елементам затримки (а їх кількість не змінюється). Підголовні діагоналі змінюються, але так щоб на них залишилось по одному елементу.

Структурна функція - BDSE структура. Функція обмеження - максимальна довжина блока.

Етапи одержання BDSE структур з базової структури:

Вибір базової структури.

Представлення у вигляді (K-M-I) згідно (7).

Заповнення К-го,2К-го,..,МК-го рядків до елементів Т_к,к+1 за рахунок обнулення К-1,К-2,..,К-(К-1), 2К-1,2К-2,..,2К-(К-1), МК-1,МК-2..., МК-(К-1) рядків (крім головної діагоналі).

Комбінуючи М та К, можна одержувати нові структурні схеми ЦУФ, в тому числі із меншою кількістю комірок пам`яті у порівнянні із прямою формою реалізації. При цьому вимагається більше у порівнянні з прямою формою СФ часу для входження у синхронізм. На рис. 5(б) показана діаграма процесу входження у синхронізм для BDSE структури 2-3-1 з двома послідовними елементами затримки відповідно з (7). Цифрам по осі n відповідають X_i - відліки вхідного сигналу; горизонтальними лініями з вертикальними засіками позначені інтервали невизначеності або вихідні відліки Y(n); по вертикальній осі відкладено номери зрушень М-послідовності, якою промодульовано інформаційний сигнал. Процес входження у синхронізм починається з введення в демодулятор вхідного відліку Х₁ та закінчується після введення відліку Х₁₃, тобто по закінченні проходження 2L-1=2*7-1=13 інтервалів невизначеності (на рис. 5,а не показані вихідні відліки Y₁ - Y₆ у вигляді неповного набору вхідних відліків). Наприклад, горизонтальній лінії, що починається навпроти 2 та що закінчується навпроти 8, відповідає вихідній відлік Y(8)=X₈h₁+X₇h₂+X₆h₃+X₅h₄+ +X₄h₅+X₃h₆+X₂h_7. При реалізації BDSE структур, у загальному випадку (6) набуває вигляду

j=0,1,2,3... (8)

де К та М відповідають (7);

- позначка «або»

Разом з перевагою ВDSE структур при реалізації використовувати меншу кількість комірок пам`яті у порівнянні з традиційними, є програш - у часі входження до синхронізму, але це може бути не настільки критично, наприклад при збиранні інформації датчиків температури, тиску та т.ін. У таб. 1 показано залежність загальної кількості умовних комірок пам`яті S від комбінацій М та К (7) для ПВП довжиною 15 символів (Т-число періодів входження до синхронізму).



Рис. 5. Діаграма процесу входження у синхронізм: а) пряма форма ЦУФ; б) BDSE структура 2-3-1; в) BDSE структура 3-2-1

Таблиця 1. Залежність кількості комірок пам`яті S від М та К

L	K	M	I	S	T
15	1	15		16	2
-	2	7	1	10	3
-	3	5		8	4
-	5	3		8	6
-	7	2	1	10	8
-	15	1		16	2

На рис. 6 зображено графіки залежності L/S від довжини ПВП, з якого видно що виграш кількості умовних комірок пам`яті при застосуванні BDSE структур зі зростанням L наближується до К.

Рис. 6. Графік залежності L/S від L

У четвертому розділі запропонована реалізація теоретичних положень другого та третього розділів. Наведений опис роботи програмної моделі СКЗІ з використанням СРС. Вона складається з модулей: обчислення швидкості передачі сигналу в залежності від кількості інформаційних каналів, генерації ПВП, модуляції сигналу, суматора, введення перешкоди, демодулятора на базі ЦУФ. Наведено результати експериментів для різної кількості каналів. Запропоновано програму одержання систем СРС із заданими властивостями, наприклад - максимальним піком взаємокореляційної функції,

Розглянуто програмну модель «Синтез структур узгоджених фільтрів», що реалізує спосіб одержання ATFM і BDSE структур ЦУФ, у тому числі з базової структури. Приведено дані про виграш у кількості комірок пам`яті при реалізації BDSE структур на кокретному МК. Запропоновано конструкцію демодулятора СРС (рис. 7), що становить комбінацію ЦУФ (синхронізатора) та корелятора. ЦУФ здійснює входження у синхронізм та підтримує синхронізацію, керуючи корелятором.



Рис. 7. Демодулятор СРС з використанням BDSE структур ЦУФ

X(n) - вхідний сигнал

Y(n) - вихідний сигнал

ВП - вирішуючий пристрій

ПК - пристрій керування

Корелятор:

ГОС - генератор опорного сигналу

Х - перемножувач сигналів

Н - накопичувач

Приведено результати роботи математичної моделі СКЗІ з використанням демодулятора СРС. Наведено опис фізичної моделі системи на базі мікроконтролера та результати експериментальних досліджень.

Висновки

Виконана дисертаційна робота являє собою вирішення комплексу задач, що мають наукове та практичне значення.

Показано місце СКЗІ ПП у господарчому комплексі України.

Обгрунтовано доцільність використання принципів кодового розділення та СРС у СКЗІ ПП. Це дозволить добитися: економії кольорових металів та інших матеріалів, що входять до складу кабельно-проводникової продукції; можливості роботи з більшою кількістю ПП та можливості зміни структури системи збирання інформації з меншими витратами у порівнянні з традиційними СКЗІ.

Доведено актуальність задачі одержання таких структур ЦУФ, що здійснюють кореляційну обробку СРС з меншим обсягом ОЗП у порівнянні з прямою формою реалізації ЦУФ.

Проаналізовано типи структур ЦУФ та проведено уточнення моделі СКЗІ стосовно обробки СРС. Виділено модуль системи, що потребує доопрацювання (демодулятор СРС).

Підготовлено математичний базис для одержання структур ЦУФ, в тому числі доказано: лемму, дві теореми та твердження.

Порушено питання представлення ЦУФ у матричному вигляді. Введено поняття ATF матриці, що складається з усіх можливих передаточних функцій гілок схеми фільтру.

Запропоновано способи одержання ATFM і BDSE структур ЦУФ, спосіб одержання BDSE структур з базової структури.

Запропоновано методику застосування BDSE структур для побудови ЦУФ, що здійснюють кореляційну обробку з меншим обсягом ОЗП у порівнянні з прямою формою ЦУФ.

Розроблено математичну та фізичну модель СКЗІ з використанням СРС. Обробка сигналів у ній здійснюється демодулятором комбінованого типу: з використанням ЦУФ (BDSE структур) та корелятора.

Створено програмну модель «Синтез структур узгоджених фільтрів», що реалізує спосіб одержання ATFM і BDSE структур ЦУФ.

Створено програму одержання систем СРС із заданими кореляційними властивостями.

Результати запропонованих рішень підтверджені математичним моделюванням на ЕОМ і фізичним моделюванням за допомогою мікропроцесорного модуля.

Доцільно використання розроблених структур фільтрів не тільки з СРС, а і з іншими сигналами. Результати дисертації можуть бути впроваджені не тільки у підприємства харчової промисловості, але і в інші галузі господарчого комплексу України, де застосовується збирання та обробка інформації первинних перетворювачів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Шутеев Э.И., Шпинковский А.А. Обработка сигналов первичных преобразователей // Труды Одесского политехнического университета.- Одесса: ОГПУ. - Вып.2(6). - 1998. - С. 85 - 86.

2. Шутєєв Е.І., Шпинковський О.А. Цифровий узгоджений фільтр у системі декодування сигналів з розширеним спектром // Придніпровський наук. вісник. - 1998. - №26(93). - С. 36-37.

3. Малахов В.П., Шпинковский А.А., Шутеев Э.И. Уменьшение объёма оперативного запоминающего устройства при реализации цифрового согласованного фильтра // Придніпровський наук. вісник.-1998. - №90(157) - С. 18-21.

4. Шпинковський О.А. Одержання структур цифрових узгоджених фільтрів // Придніпровський наук. вісник. - 1998.- №72(139). - С. 51-57.

Шутеев Э.И., Шпинковский А.А. Моделирование систем сбора информации первичных преобразователей // Праці другої української конференції з автоматичного керування (Автоматика - 95). - Львів, 1995. - С.25-26.

Малахов В.П., Шпинковский А.А., Шутеев Э.И. Применение аналогового моноканала в системе сбора информации // Труды международной научно-технической конференции «Нейронные, реляторные и непрерывнологические сети и модели». - Ульяновск: УлГТУ. - 1998. -Т.3. - С. 86-87.

????????? ?? Allbest.ru

...