Теоретичні засади та методи забезпечення завадостійкості пристроїв фазової синхронізації на етапі проектування
Створення теоретичних передумов для формування єдиного математичного і алгоритмічного підходу до аналізу процесів у пристроях фазового автопідстроювання частоти під впливом детермінованих і випадкових збурень. Параметричний синтез пристрою синхронізації.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 28.08.2015 |
| Размер файла | 191,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
u1S(t)= U1SM sin Щt; u1C(t)= U1C0+U1CM cos (2 Щt). (13)
Сигнал на виході ВСФ матиме частоту щОГ, а його фаза, з огляду на (10), становитиме
, (14)
а для випадку Щ>>1/T0, тобто при виборі смуги пропускання ПІФ меншою від частоти модуляції, вираз (14) набуває вигляду
. (15)
При дуже малих індексах модуляції () можна вважати u1S(t)?м sin(Щt), u1C(t)?1, tg м?sin м?м, і вираз (15) перетворюється на
, (16)
тобто в лінійному наближенні коефіцієнт передавання фази ВСФ збігається з коефіцієнтом передавання напруги ПІФ квадратурних каналів. Використання пропорційно - диференціюючого фільтра з коефіцієнтом передавання
(17)
в якості коректуючого ФВЧ забезпечує тотожну рівність одиниці коефіцієнта передавання „фаза вхідного сигналу - напруга U4” в лінійному режимі. Це означає, що динамічні властивості і фільтруюча здатність модифікованого пристрою будуть такими ж, як і у класичного ФАПЧ, у якому відсутні ВСФ та ФВЧ. Але порогові явища, викликані виходом за межі робочої ділянки характеристики ФД, проявляться за значно більших викидів різниці фаз ц(t), оскільки, як видно з (15) у модифікованому пристрої ці викиди зменшуються приблизно в 1/m0 разів.
У лінійному наближені отримана аналітична оцінка можливого підвищення завадостійкості, яке становить 1/m0 для високочастотних (порівняно зі смугою ВСФ) завад та (де в0=1/ЩУАT0 - нормована смуга ВСФ) для широкосмугових завад. Це підвищення обмежене лише власними шумами квадратурних каналів ВСФ.
Для аналізу нелінійних явищ у модифікованому ФАПЧ була розроблена його математична модель у вигляді такої системи алгебраїчних та диференціальних рівнянь:
(18)
У системі рівнянь (18) індекси змінних відповідають точкам на схемі рис. 22, всі напруги нормовані до напруги UФД. Впроваджені змінні
y2S=u2S-m0u1S, y2C=u2C-m0u1C, y4=m0u4-u3, y5=u5-m0u4
є визначальними змінними лінійних фільтрів, які описують стан реактивних елементів цих фільтрів. Параметри б=1/T та б0=1/T0 - смуги пропускання ПІФ петлі та каналів ВСФ відповідно, F(ц2) - детекторна характеристика ФД.
Отримані числовим інтегруванням (18) усталені періодичні розв'язки для випадку розімкненої петлі керування та індексу модуляції м=1,8 рад подані на рис. 23 у вигляді осцилограм напруги u4(t). У класичному ФАПЧ (крива 1) спостерігається обмеження вершини сигналу при виході за лінійну ділянку характеристики ФД, а у модифікованому (крива 2) форма сигналу практично зберігається, нелінійні спотворення проявляються у несиметричності кривої поблизу екстремумів та постійному фазовому зсуві.
На рис. 24 наведені АЧХ коефіцієнту передавання „фаза сигналу 1 - напруга U4”, отримані за допомогою нелінійної моделі (18) для випадку розімкненої петлі керування та різних значень індексу модуляції. Як видно з рисунку, зі зростанням індексу і частоти модуляції цей коефіцієнт може значно (до 1,4 рази) відхилятися від постійного значення, розрахованого у лінійному наближенні.
Результати нелінійного аналізу процесів у замкненій петлі ФАПЧ за наявності початкової розстройки г=ЩП/ЩУА=0,5, фазового шуму цn(t) з СКВ у=0,1 рад та кутової модуляції з індексом м=1 рад наведено на рис. 25.
Осцилограми напруг (рис. 25 а,б) показують зменшення як амплітуди квадратурних складових так і СКВ шуму приблизно в 1/m0=10 разів, що є результатом проходження через ПІФ з вузькою смугою (б0=0,1 ЩУА). Анологічне зменшення спостерігається і для фаз сигналів на вході і виході ВСФ (рис. 25 в). Більш наочно співвідношення напруг і фаз, а також складових фазової похибки, представлено у вигляді квадратурних складових напруг на фазовій площині (рис. 25 г), з якого видно, що повна фазова похибка ц1(t) на вході ВСФ складається зі статичної (arcsin г), спричиненої розстройкою частот сигналу і КГ; динамічної (м), викликаної кутовою модуляцією, та статистичної (у), викликаної випадковою завадою. Параметри пристрою і завад підібрано в такий спосіб, щоби максимальний викид повної фазової похибки ц1(t) був більшим границі однозначності характеристики ФД (р/2). Після проходження ВСФ статична складова фазової похибки ц2(t) не змінюється порівняно з ц1(t), а динамічна і шумова зменшуються відповідно до виразів (14, 15, 16). Це означає, що окремі складові фазової похибки синхронізації можна значно збільшувати, а різниця фаз сигналів на входах ФД залишатиметься у межах робочої ділянки характеристики (±р/2). Наприклад, за відсутності кутової модуляції (м =0), при фіксованій інтенсивності шуму можна збільшити діапазон стеження (статичну похибку), або при фіксованій розстройці частот збільшити граничну інтенсивність шуму (статистичну похибку).
Шляхом повного перебору можливих значень параметрів ВСФ та ФВЧ встановлено, що за відсутності початкової розстройки (г=0) та модуляції (м =0) максимальне досяжне збільшення завадостійкості ФАПЧ з інтегруючим фільтром (m=0) становить від 1,5 до 3,5 разів (4-10 дБ), а безфільтрового ФАПЧ (m=1) - 5..8 разів (14-18 дБ).
Дослідження динамічних властивостей модифікованого пристрою за відсутності шуму та порівняння їх із властивостями класичного ФАПЧ було здійснено моделюванням стрибкоподібної та неперервної зміни початкової розстройки за нульових початкових умов, а також фіксованої розстройки за початкових умов, значно віддалених від стану рівноваги. Результати моделювання наведено на рис. 26.
За неперервної зміни початкової розстройки (г=ЩП/ЩУА), як видно з рис. 26, нормоване відхилення частоти КГ (Дy=Su5/ЩУА) збігається з відхиленням носійної частоти (г) з практично однаковою похибкою, похибка ц стеження за фазою сигналу у модифікованому ФАПЧ дещо менша, а різниця фаз ц2 на входах ФД майже вдвічі менша, ніж у класичному пристрої. Це свідчить про більший запас стійкості синхронізації у модифікованому пристрої. Перебором параметрів ВСФ та ФВЧ виявлена область їх значень, за яких модифікований пристрій ФАПЧ є глобально стійким, тобто стаціонарний розв'язок моделі (18) встановлюється за будь-яких початкових умов, а смуга схоплення пристрою дорівнює його смузі утримання.
Результати моделювання процесу стеження за змінною носійною частотою з урахуванням впливу шумової завади (рис. 27) показали, що статистична і динамічна похибки синхронізації у модифікованому ФАПЧ практично такі ж самі, як і у класичному, але смуги утримання і схоплення є значно ширшими.
Отже, проведені дослідження модифікованого пристрою ФАПЧ (рис.22) показали, що його застосування значно підвищує завадостійкість синхронізації зі збереженням динамічних властивостей.
Шостий розділ дисертаційної роботи присвячений застосуванню розроблених методів підвищення завадостійкості у типових задачах радіолокації, зв'язку та навігації.
Системи рівнянь (9) та (18) адаптовано для моделювання пристрою ФАПЧ, призначеного для стеження за носійною частотою відбитого радіолокаційного сигналу на фоні шуму. За прийнятих параметрів цілі та високочастотних пристроїв РЛС сигнал на вході приймача має енергетичний потенціал 7200 Гц і ширину спектра частотних флуктуацій 100 Гц. Перевірка працездатності пристроїв стеження проведена за умов лінійної зміни частоти носійного сигналу в діапазоні ±40 кГц від номінального значення, що відповідає рівноприскореному руху цілі. Проведено порівняння властивостей модифікованого пристрою ФАПЧ (рис. 22) та класичного, в якому відсутні ВСФ та ФВЧ. На рис.28 наведені значення похибок стеження за частотою на тестовій траєкторії для наборів параметрів класичного ФАПЧ, оптимальних за критеріями мінімуму СКВ фазової похибки (1), за максимальною завадостійкістю (2) та за максимальним діапаоном стеження (3). Через прийнятий високий рівень шуму жоден з цих наборів параметрів не забезпечує схоплення відбитого сигналу та стеження за ним у всьому заданому діапазоні, тобто використання класичного ФАПЧ за прийнятих умов вимагає збільшення потужності сигналу, коефіцієнтів підсилення антен тощо.
Похибка стеження модифікованого пристрою ФАПЧ також наведена на рис.2 (крива 4). Як видно з результатів моделювання, модифікований пристрій забезпечує стеження за носійною частотою відбитого сигналу в усьому заданому діапазоні частот. Схоплення стеження відбувається при частоті сигналу 38,75 кГц. Отже, використання модифікованого пристрою ФАПЧ забезпечує стеження за частотою сигналу у складній завадовій обстановці без збільшення енергетичних параметрів сигналу.
Задача проектування на основі ФАПЧ другого порядку завадостійкого синхронного фазового детектора (СФД) сигналу з кутовою модуляцією була розв'язана у припущенні про застосування фазової модуляції однотональним коливанням з частотою М=2·5кГц та індексом, = 3,3, що є наближеним до параметрів сигналу широкомовних ЧМ станцій. Вибір значення параметрів ФАПЧ (УА, та m) проведено за критерієм узгодження огинаючої дискретного спектру модульованого сигналу S(щ) і АЧХ ФАПЧ W1(щ), яку у лінійному наближенні задає вираз
,
де - КЧХ ПІФ петлі керування. Смуга утримання автономної ФАПЧ (УА) має приблизно дорівнювати девіації частоти модульованого сигналу, тобто УА ? М. Форма АЧХ залежить від ширини смуги =1/T та коефіцієнта m ПІФ і є неперервною функцією частоти. Результати узгодження АЧХ СФД і спектра ЧМ сигналу зображено на рис. 29.
Для зручності порівняння на рис. 29, крім відносних амплітуд гармонік сигналу з кутовою модуляцією (темні стовпчики), нанесені їх масштабовані значення (світлі стовпчики). Синтезовані значення параметрів УА, та m, котрі реалізують квазіоптимальну АЧХ, наведено в табл. 1. Там же вказані параметри ВСФ та ФВЧ модифікованого пристрою ФАПЧ (рис. 22), які дозволяють здійснювати приймання сигналу з більш глибокою кутовою модуляцією.
Крива завадостійкості синтезованого пристрою зображена на рис. 30 штриховою лінією і добре узгоджується з відомими з літератури характеристиками оптимального приймача ЧМ сигналу.
Таблиця 1
Синтезовані значення параметрів та показники завадостійкості СФД
|
Базовий індекс модуляції, рад |
3,3 |
|
|
Смуга утримання FУА, кГц |
32,0 |
|
|
Смуга ФНЧ (б/2=1/2T), кГц |
5,0 |
|
|
в=1/(2TFУА) |
0,156 |
|
|
m |
0,16 |
|
|
Смуга ВСФ та ФВЧ (б0/2=1/2T0), Гц |
3500 |
|
|
m0 |
0,06 |
|
|
Мінімальний енергетичний потенціал сигналу класичного СФД П, кГц |
96 |
|
|
Мінімальний енергетичний потенціал сигналу модифікованого СФД П, кГц |
24 |
|
|
Порогове ВСШ у смузі М, відн. од. / дБ |
19,05/12,8 |
Суцільною лінією на рис. 30 показана аналогічна крива для модифікованого пристрою ФАПЧ та індексу модуляції м=3,3 рад, яка ілюструє можливість значного зниження порогу завадостійкості. Крім того, у модифікованому пристрої ФАПЧ існує можливість приймання широкосмугового ЧМ сигналу (м=6,28 рад; 12 рад; 18 рад) пристроєм з вузькою ефективною смугою. Велика динамічна похибка, яка при цьому виникає, буде зменшена ВСФ і не призведе до зриву синхронізму. Проведене моделювання модифікованого ФАПЧ показало можливість збільшення завадостійкості приймання сигналів з кутовою модуляцією. Без зміни стандарту модуляції, тобто при використанні ЧМ сигналу з індексом модуляції м=3,3 рад, модифікований СФД дає можливість знизити шумовий поріг (тобто збільшити чутливість приймача) на 10 дБ. Якість вихідного сигналу погіршується з ростом інтенсивності шуму, але синхронний режим зберігається. За умови зміни стандарту модуляції ЧМ сигналу зі збільшенням індексу модуляції до м=6,28 відношення сигнал-шум на виході модифікованого СФД збільшиться на 8 дБ без збільшення енергетичних параметрів сигналу на вході приймача. Подальше збільшення індексу модуляції до 12-18 рад збільшує ВСШ на виході ще на 1-2 дБ і є недоцільним.
Наступною задачею, розглянутою у дисертаційній роботі, є застосування розроблених методів підвищення завадостійкості до проектування оптимального приймача цифрових радіосигналів. Цифрові радіосигнали з фазовою маніпуляцією широко застосовують у сучасних системах радіонавігації. Одною з основних проблем приймання цих сигналів є наявність шумового порогу детектора, особливо за неможливості збільшення потужності сигналу. Наприклад, у системах супутникової навігації, внаслідок віддаленості космічного апарату КА (висота геосинхронної орбіти КА системи GPS становить 20 240 км) та обмеженої потужності передавача КА, потужність цифрового радіосигналу, прийнятого на всеспрямовану антену поблизу поверхні Землі, становить від -165 до -160 дБ Вт, що суттєво обмежує функціональні можливості системи.
Невіддільною складовою приймача цифрового радіосигналу є схема стеження за носійною частотою (ССН), яка відслідковує допплерівські відхилення частоти сигналу і забезпечує синхронний режим роботи інших схем приймача. Зменшення потужності сигналу внаслідок затінення антени або роботи у закритих приміщеннях у першу чергу порушує синхронізм ССН, що викликає необхідність повторного входження у зв'язок, яке триває 5..20 хвилин. Отже, підвищення завадостійкості ССН приймача цифрових радіосигналів значно підвищить його експлуатаційні характеристики.
ССН сучасної АС є фактично синхронним фазовим детектором, побудованим на основі пристрою ФАПЧ. В роботі проведено імітаційне моделювання такого детектора за припущень щодо параметрів пристрою та цифрового радіосигналу, характерних для приймачів системи GPS. Зображені на рис. 31 результати імітаційного моделювання показали, що за однакових рівнів завад пристрій рис. 22 має суттєво кращі характеристики утримання і схоплення, ніж класичний детектор (світлі лінії).
Час схоплення для різних реалізацій та за різних значень параметрів модифікованого пристрою становить від 3 мс до 20 мс. Час схоплення синхронізму у класичному ФАПЧ за тих самих умов становить 300..700 мс, тобто є на 1-2 порядки більшим. За прийнятих значень параметрів ФАПЧ та енергетичному потенціалі сигналу 20 дБ Гц смуга схоплення модифікованого ССН становить 5 100 Гц, порівняно із 1 170 Гц у класичної ССН із номінальним значенням енергетичного потенціалу 30 дБ Гц.
Досліджений пристрій зберігає здатність утримувати носійну частоту цифрового сигналу в режимі фазової синхронізації при енергетичному потенціалі на вході 16 дБ Гц, а здатність до детектування цифрового сигналу із задовільною імовірністю пропущених бітів - при 20 дБ Гц, що відповідно на 8 дБ Гц та 4 дБ Гц нижче, ніж пороги інформаційного та навігаційного режимів у відомих з літератури приймачів сигналів супутникової навігації.
Таким чином, застосування запропонованого пристрою (рис. 22) та розроблених у роботі методів вибору його параметрів дає можливість технічної реалізації приймання цифрового радіосигналу зі значно меншим енергетичним потенціалом та скорочення часу входження в синхронізм ССН цифрового радіоприймача.
У додатках до роботи наведені виведення використаних математичних моделей, запроваджені у роботі означення та доведена теорема, описи інтерфейсів розробленого програмного забезпечення, акти впровадження результатів дисертаційних досліджень.
Основні результати І Висновки
Основним результатом дисертаційної роботи є теоретичне обґрунтування та нове розв'язання науково-прикладної проблеми розробки методів підвищення завадостійкості пристроїв синхронізації зі збереженням їх динамічних властивостей.
До найважливіших теоретичних та практичних результатів можна віднести такі:
1. Виявлено тенденції актуального розвитку методів аналізу та оптимального синтезу завадостійких пристроїв фазової синхронізації; сформульовано нові наукові задачі, що випливають з теорії оптимальної нелінійної фільтрації, теорії марковських процесів та теорії коливань. Для реалізації поставлених задач необхідним є подальший розвиток теорії у напрямку усунення неузгодженості методів аналізу випадкових та детермінованих збурень та розробка методів оптимального синтезу, які усувають протиріччя між динамічними властивостями та завадостійкістю пристрою.
2. Розвинуто теорію статистичного представлення випадкових процесів у стохастичних динамічних системах. Вперше запропоновано описувати статистичну динаміку таких систем поведінкою перетину розподілу імовірності на фазовому портреті незбуреної системи. Обґрунтовано вибір перетину на рівні 1/е2, який названо "характерним перетином", як найбільш інформативного.
Для лінійних систем першого і другого порядку виявлені основні закономірності поведінки характерного перетину. Отримані аналітичні вирази для координат та розмірів усталеного характерного перетину в околі стійких особливих точок. Доведено теорему, яка дає можливість за значеннями параметрів та початковими умовами без проміжних розрахунків виявити одностороннє або двостороннє зростання розмірів характерного перетину в околі нестійких особливих точок.
Для нелінійних динамічних систем першого і другого порядку виявлені основні особливості поведінки характерного перетину, викликані обмеженістю потенціальної функції та можливістю наявності декількох станів рівноваги. Виявлена біфуркаційна зміна характеру випадкового процесу - перехід від розривно-стаціонарного до нестаціонарного. Запроваджені в роботі означення локальної стійкості до шуму, області притягання локально стійкої точки рівноваги та граничних (біфуркаційних) значень параметрів у стохастичних системах дали можливість уніфікувати аналіз детермінованих та випадкових збурень динамічних систем.
3. Запропоновано і реалізовано застосування розвинутої теорії біфуркацій стохастичних динамічних систем до аналізу завадостійкості пристроїв фазової синхронізації. Порівняльним аналізом результатів застосування методу імітаційного моделювання (аналізу ансамблів реалізацій), розв'язків рівняння Фокера-Планка (аналізу розподілів похибки синхронізації) та кумулянтного аналізу у гаусовому наближенні виявлена область застосування кумулянтного методу. Встановлено, що кумулянтний аналіз дає виграш обчислювальної складності на два порядки, похибку визначення СКВ фази - до 10%, похибку визначення граничних параметрів шуму - до 3%.
На основі виявлених якісних відмінностей статистичної динаміки ФАПЧ запроваджено означення шумової смуги схоплення (ШСС), як нової характеристики працездатності пристроїв фазової синхронізації. Уточнено раніше запроваджене означення шумової смуги утримання (ШСУ). На прикладах ФАПЧ другого порядку виявлений статистичний та імовірнісний зміст ШСС та ШСУ.
Порівняння визначених значень ШСС та ШСУ із відомими для детермінованих систем значеннями показало адекватність кумулянтної моделі. Побудована та досліджена кумулянтна модель ФАПЧ у ексцесному наближенні показала, що урахування вищих кумулянтів збільшує обчислювальну складність на порядок, точність визначення СКВ фази - до 0,5%, але майже вдвічі зменшує область застосування методу.
4. Розроблено новий метод аналізу статистичної динаміки нелінійного ФАПЧ, який відрізняється від існуючих можливістю урахування впливу на процес синхронізації детермінованих і випадкових збурень з однакових позицій - визначення границь працездатності пристрою. При проектуванні СФД, призначених для приймання ЧМ сигналу на фоні шуму, метод не вимагає апріорно завдавати параметри завади. Метод і його програмна реалізація дають можливість використовувати на етапі проектування відомий критерій мінімуму фазової похибки, а крім того, вперше запропоновані для такого використання критерії максимальної граничної інтенсивності завад та максимального діапазону стеження. Використання цих критеріїв виграш за окремими показниками від декількох відсотків до декількох разів порівняно з лінійним параметричним синтезом.
5. Обґрунтована та розроблена структура модифікованого пристрою ФАПЧ, який забезпечує значне підвищення завадостійкості зі збереженням динамічних властивостей шляхом локального зменшення рівня сигналу розузгодження фазового детектора.
Імітаційним моделюванням модифікованого пристрою у випадку дії тільки випадкової завади показана можливість підвищення граничної завадостійкості до 2,5..5 разів та розширення діапазону стеження на 25%..200%, показано, що виграш ВСШ за потужністю становить 14-18 дБ для безфільтрового ФАПЧ та 4-10 дБ для ФАПЧ з інтегруючим фільтром. Шляхом аналізу нелінійної математичної моделі у випадку дії тільки детермінованих збурень визначена область простору параметрів пристрою, в межах якої пристрій є глобально стійким, що дає можливість проектування завадостійких пристроїв синхронізації з широкою смугою схоплення.
6. На прикладах типових задач радіолокації, радіозв'язку та радіонавігації показана можливість підвищення завадостійкості пристроїв фазової синхронізації приймачів радіосигналів шляхом застосування розробленої методики вибору параметрів пристроїв синхронізації без збільшення енергетичних параметрів сигналу.
7. Для радіолокаційної задачі показано, що параметричний синтез кумулянтним методом дає виграш до 5% за завадостійкістю та до 40% за діапазоном стеження. Розраховані параметри модифікованого ФАПЧ, які дають можливість збільшити завадостійкість більш ніж у 3 рази, а діапазон стеження і смугу схоплення від 2 до 6 разів.
8. Для задачі проектування синхронного фазового детектора ЧМ сигналу показана можливість технічної реалізації приймання сигналів з глибокою кутовою модуляції (з індексами до 18 рад). Визначені параметри і структура пристрою, які дають можливість знизити на 10 дБ шумовий поріг (за індексу модуляції 3,3 рад) або збільшити на 8 дБ відношення сигнал-шум (ВСШ) вихідного сигналу без збільшення ВСШ на вході (за індексу модуляції 6,28 рад). Показано, що подальше збільшення індексу модуляції (до 12..18 рад) збільшує ВСШ на виході на 1..2 дБ і є недоцільним.
9. Для радіонавігаційної задачі на прикладі вибору параметрів схеми стеження за носійною частотою приймача супутникового навігаційного сигналу системи GPS показана можливість збільшення завадостійкості на 2 дБ шляхом нелінійного параметричного синтезу та на 8..12 дБ застосуванням модифікованого пристрою ФАПЧ. Моделювання показало, що смуга схоплення пропонованого пристрою у 4,8 разів більша, а час схоплення у 30..100 разів менший, ніж у існуючих аналогів.
10. Використання розроблених у роботі теоретичних положень та математичних моделей дає можливість оптимізувати параметри ФАПЧ з урахуванням впливу детермінованих збурень у вигляді полігармонічного модулювального сигналу та сигналу із заданою формою спектру, а також враховувати вплив частотних і фазових флуктуацій та адитивних завад.
Список праць автора за темою дисертації
1. Мандзий Б.А., Бондарев А.П. Качественный анализ статистической динамики системы ФАПЧ // Известия ВУЗов МВ и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1988. № 12. С. 74-76.
2. Бондарєв А.П., Мандзій Б.А. Аналіз граничної завадостійкості системи фазової синхронізації // Теоретична електротехніка. 1998. № 54. С. 14-17.
3. Бондарєв А.П., Капшій О.В. Критерій граничної завадостійкості системи фазової синхронізації // Вісник ДУ "ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 1998. № 352. С. 98-100.
4. Бондарєв А.П., Хархаліс О.В. Динаміка системи з періодичною нелінійністю під впливом шумів // Вісник ДУ"ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 1999. № 367. С. 28-30.
5. Бондарєв А.П. Вплив міжканальних і внутрішньоканальних завад на синхронізацію приймача // Моделювання та інформаційні технології. 2002. Вип. 18. С. 207-211.
6. Бондарєв А.П. Енергетичні умови зриву синхронізації // Моделювання та інформаційні технології. 2002. Вип.19. С. 171-178.
7. Бондарєв А.П. Залежність спектру фазових флуктуацій пристрою синхронізації від характеристик фазового детектора // Моделювання та інформаційні технології. 2003. Вип. 20. С. 198-202.
8. Бондарєв А.П. Параметричний синтез ФАПЧ з урахуванням подібної завади і шуму // Вісник НУ"ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 2003. № 477. С. 83-87.
9. Бондарєв А.П. Моделювання пристрою синхронізації з підвищеною завадостійкістю // Вісник НУ "ЛП". Електроенергетичні та електромеханічні системи. 2003. № 479. С. 24-29.
10. Мандзій Б.А., Бондарєв А.П. Вплив характеристики фазового детектора на якість та завадостійкість синхронізації // Відбір і обробка інформації. 2003. Вип. 19(95). С. 63-68.
11. Бондарєв А.П. Теоретичні засади аналізу завадостійкості пристроїв синхронізації // Вісник НУ "ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 2004. № 508. С. 3-18.
12. Бондарєв А.П. Статистичний зміст шумової смуги схоплення ФАПЧ // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. 2005. Вип. 29. С. 128-132.
13. Бондарєв А.П., Коханий І.О. Шумові біфуркації безфільтрової ФАПЧ в часовій області // Моделювання та інформаційні технології. 2005. Вип. 30. С. 105-109.
14. Бондарєв А.П. Шумові смуги утримання і схоплення пристроїв синхронізації // Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2005. №5(62). С. 113-116.
15. Бондарєв А.П. Статистичний аналіз ФАПЧ другого порядку в часовій області // Вісник НУ"ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 2005. № 534. С. 74-77.
16. Бондарєв А.П. Гранична завадостійкість синхронізації з фазомодульованим сигналом // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. 2005. Вип. 31. С. 116-121.
17. Бондарєв А.П., Лазько О.В., Недоступ Л.А. Вплив негаусовості розподілу фазової похибки на якість синхронізації та граничну завадостійкість ФАПЧ // Теоретична електротехніка. 2005. № 58. С. 8-14.
18. Мандзій Б.А., Бондарєв А.П. Статистична динаміка пристрою синхронізації з фазомодульованим сигналом // Відбір і обробка інформації. 2005. Вип. 23(99). С. 79-82.
19. Bondarev A., Lazko O., Nedostup L. Synchronization quality analysis with consideration of high cumulants of phase error distribution // Electronics and electrical engineering. Kaunas: Technologija. 2006. No 2(66). P. 17-20.
20. Бондарєв А.П. Розширення робочої ділянки характеристики фазового детектора // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. 2006. Вип. 34. С. 81-90.
21. Бондарєв А.П. Нелінійний параметричний синтез слідкуючого фазового детектора // Радіоелектроніка і інформатика. 2006. №1(32). С. 27-30.
22. Бондарєв А.П. Зниження шумового порогу фазового автопідстроювання частоти // Вісник НУ"ЛП". Радіоелектроніка та телекомунікації. 2006. № 557. С. 25-29 .
23. Бондарєв А.П. Шумові та динамічні властивості модифікованого пристрою фазового автопідстроювання частоти // Радіотехніка. 2006. Вип.146. С. 171-177.
24. Бондарєв А.П., Мартинів М.С. Порівняльне імітаційне моделювання пристроїв слідкування за несучою радіолокаційного сигналу // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. 2006. Вип. 35. С. 85-90.
25. Мандзій Б.А., Бондарєв А.П. Підвищення завадостійкості демодулятора фазомодульованого сигналу // Відбір і обробка інформації. 2007. Вип. 26(102). С. 65-73.
26. Бондарєв А.П., Давіденко С.В., Павлов Б.О. Параметричний синтез синхронного детектора багатоканального групового сигналу з частотною модуляцією // Вісник Хмельницького національного університету. 2007. №2, Т.2(90). С. 147-150.
27. Бондарєв А.П. Параметричне та схемотехнічне підвищення завадостійкості фазового демодулятора // Інформаційні технології та комп'ютерна інженерія. 2007. №2 (9). С. 29-33.
28. Mandzij B., Bondarev A. Symulacja komputerowa ukіadu synchronizacji fazowej w obecnoњci sygnaіu PSK // Zeszyty naukowe Wyїszej Szkoіy Informatyki w Јodzi. Јуdz: ReadMe, 2006. Vol.5, Nr 1. P. 31-36.
29. Бондарєв А.П., Давіденко С.В. Підвищення завадостійкості приймача супутникових навігаційних сигналів // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. Збірник наукових праць Західного геодезичного товариства. 2007. С. 109-114.
30. Патент України на винахід № 66435. H03L7/00 / Бондарєв А.П., Мартинів М.С. "Пристрій фазової автопідстройки частоти". Заявка № 4869869 від 01.10.90; Опубл.: Бюл. №5, 2004. 4 с.
31. Бондарев А.П., Мандзий Б.А. Выбор параметров СФС с учетом шума и узкополосной помехи // Тезисы докладов всес. науч.-техн. конференции "Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи". Горький, 1988. С. 66.
32. Бондарев А.П., Мартынив М.С. Помехоустойчивое устройство ФАПЧ // Тезисы докладов науч.-техн. конференции "Развитие и совершенствование устройств синхронизации в системах связи". Ярославль, 1993. С. 14.
33. Bondarev A. Sync Devices Noise-Immunity Analysis Theoretical Basis // Proceeding of the International Conference TCSET'2004. Lviv-Slavsko, 2004. P. 27-34.
34. Бондарєв А.П. Шумові смуги утримання і схоплення пристроїв синхронізації // Матеріали міжнародної НТК "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування”. Вінниця, 2005. С. 57-58.
35. Bondarev A. Decreasing of Phase Locked Loop Noise Threshold // Proceeding of the International Conference TCSET'2006. Lviv-Slavsko, 2004. P. 508-509.
36. Bondarev A., Lazko O., Nedostup L. Anallysis of Kurtosis Distribution of Syncronization Error // Proceeding of the International Conference TCSET'2006. P. 524-526.
37. Бондарєв А.П. Програма нелінійного параметричного синтезу синхронного фазового детектора // Збірник матеріалів міжвузівської науково-технічної конференції науково-педагогічних працівників. Львів: Ліга-прес, 2006. 248с. / С. 189-190.
38. Бондарєв А.П. Нелінійний параметричний синтез синхронного фазового детектора // Материалы 10-го юбилейного международного молодежного форума "Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке". Харків: ХНУРЕ, 2006. С. 130.
39. Mandzij B., Bondarev A. Nonlinear mathematical model of a sync phase detector statistical dynamics // V Sympozjum "Modelowanie i symulacja komputerowa w technice". Јуdџ: 2006. P. 87-90.
40. Бондарєв А.П. Параметричне та схемотехнічне підвищення завадостійкості фазового демодулятора // Матеріали другої міжнародної НТК " Сучасні проблеми мікроелектроніки, радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування” СПРТП2-2006”. Вінниця, 2006. С. 136-137.
41. Бондарев А.П. Повышение помехоустойчивости демодулятора беспроводных средств телекоммуникации // Материалы 1-й Международной научной конференции "Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития". Харьков-Туапсе, 2006. С. 314-315.
42. Бондарєв А.П., Мартинів М.С. Порівняльне імітаційне моделювання пристроїв слідкування за несучою радіолокаційного сигналу // Науково-практична конференція "Сучасні проблеми телекомунікацій - 2006". Матеріали. Львів, 2006. С. 16-17.
43. Бондарєв А.П., Давіденко С.В., Павлов Б.О. Параметричний синтез синхронного детектора багатоканального групового сигналу з частотною модуляцією // П'ята МНПК "Комп'ютерні системи в автоматизації виробничих процесів". Реферативний збірник наукових праць. Хмельницький, 2007. С. 42.
44. Бондарєв А.П., Мандзій Б.А. Підвищення завадостійкості приймання сигналу з глибокою кутовою модуляцією // Матеріали ІІІ МНТК "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування". Вінниця, 2007. С. 122-123.
45. Бондарєв А.П., Давіденко С.В. Схемотехнічне підвищення завадостійкості детектора цифрових радіосигналів // Матеріали ІІІ МНТК "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування". Вінниця, 2007. С. 121.
АНОТАЦІЯ
Бондарєв A.П. Теоретичні засади та методи забезпечення завадостійкості пристроїв фазової синхронізації на етапі проектування. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій.
_ Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2008.
Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу завад на процеси синхронізації у пристроях фазового автопідстроювання частоти різноманітного призначення, створенню математичних моделей процесу синхронізації за наявності випадкових і детермінованих збурень та розробці із застосуванням цих моделей ефективних методів підвищення завадостійкості пристроїв синхронізації.
Розвинуто теорію випадкових процесів у динамічних системах у напрямку виявлення стохастичних біфуркацій. Виявлені та означені якісні особливості статистичної динаміки пристроїв синхронізації, визначені граничні значення параметрів пристрою і завад, за яких зберігається працездатність пристрою.
Здійснений параметричний синтез класичного пристрою автопідстроювання частоти за критерієм максимального допуску на відхилення параметрів сигналу і завад від апріорно заданих. Виграш за завадостійкістю та діапазоном стеження становить від декількох відсотків до декількох разів.
Показано, що використання запропонованого модифікованого пристрою фазової синхронізації підвищує завадостійкість приймання радіосигналів зі збереженням динамічних властивостей. На прикладах типових задач радіолокації, супутникової навігації та детектування сигналів з кутовою модуляцією здійснений вибір параметрів модифікованого пристрою, який забезпечує зниження шумового порогу на 8-10 децибел з одночасним розширенням смуги схоплення.
Ключові слова: синхронізація, завадостійкість, випадковий процес, біфуркація, фазове автопідстроювання частоти, нелінійні методи.
АННОТАЦИЯ
Бондарев А.П. Теоретические основы и методы обеспечения помехоустойчивости устройств фазовой синхронизации на этапе проектирования. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций. - Национальный университет «Львовская политехника», Львов, 2008.
Диссертационная работа посвящена теоретическому обоснованию и новому решению научно-прикладной проблемы, которая заключается в разработке теории и моделей анализа помехоустойчивости устройств фазовой синхронизации, предназначенных для использования в приемниках радиосигналов, разработке новых методов параметрической оптимизации таких устройств с учетом одновременного воздействия случайных и детерминированных возмущений, разработке методов повышения помехоустойчивости с сохранением динамических свойств устройств синхронизации.
Развита теория статистического представления случайных процессов в стохастических динамических системах. Впервые предложено описывать статистическую динамику таких систем поведением сечения распределения вероятности на фазовом портрете невозмущенной системы. Обоснован выбор сечения на уровне 1/е2, который назван "характерным сечением", как наиболее информативного. Теория случайных процессов в динамических системах развита в направлении выявления стохастических бифуркаций. Предложены определения выявленных качественных особенностей статистической динамики устройств синхронизации, определены предельные значения параметров устройства и помех, при которых сохраняется работоспособность устройства.
Осуществлен параметрический синтез классического устройства автоподстройки частоты, предназначенного для приема ЧМ сигнала на фоне шума, по критерию максимального допуска на отклонения параметров сигнала и помех от априорно заданных. Выигрыш по помехоустойчивости и диапазону слежения составляет от нескольких процентов до нескольких раз.
Обоснована и описана структура модифицированного устройства ФАПЧ, которая позволяет повысить помехоустойчивость с сохранением динамических свойств. В случае действия только случайной помехи показана возможность повышения предельной помехоустойчивости до 2,5-5 раз и расширения диапазона слежения на 25%-200%, показано, что выигрыш отношения сигнал-шум по мощности составляет 14-18 дБ для безфильтровой ФАПЧ и 4-10 дБ для ФАПЧ с интегрирующим фильтром. Определена область пространства параметров устройства, в пределах которой устройство является глобально устойчивым.
На примерах типичных задач радиолокации, радиосвязи и радионавигации показана возможность повышения помехоустойчивости устройств фазовой синхронизации приемников радиосигналов без увеличения энергетических параметров сигнала.
Для радиолокационной задачи показано, что параметрический синтез разработаным методом дает выигрыш до 5% по помехоустойчивости и до 40% по диапазону слежения. Рассчитаны параметры модифицированной ФАПЧ, которые позволяют увеличить помехоустойчивость более чем в 3 раза, а диапазон слежения и полосу захвата от 2 до 6 раз.
Для задачи проектирования синхронного фазового детектора ЧМ сигнала показана возможность технической реализации приема сигналов с глубокой угловой модуляцией (с индексами до 18 рад). Определены параметры и структура устройства, которые позволяют снизить на 10 дБ шумовой порог (при индексе модуляции 3,3 рад) или увеличить на 8 дБ отношение сигнал-шум выходного сигнала без увеличения отношения сигнал-шум на входе (при индексе модуляции 6,28 рад). Показано, что последующее увеличение индекса модуляции (до 12-18 рад) увеличивает отношение сигнал-шум на выходе на 1-2 дБ и является нецелесообразным.
Для радионавигационной задачи на примере выбора параметров схемы слежения за несущей приемника спутникового навигационного сигнала системы GPS показана возможность увеличения помехоустойчивости на 2 дБ путем нелинейного параметрического синтеза и на 8-12 дБ применением модифицированного устройства ФАПЧ. Увеличение помехоустойчивости осуществлено в режиме фазовой синхронизации с сохранением возможности демодуляции битовых посылок, в отличие от существующих устройств, которые при уменьшении уровня сигнала переходят в некогерентный режим частотной автоподстройки. Полоса захвата предлагаемого устройства в 4,8 раз больше, а время захвата в 30..100 раз меньше, чем у существующих аналогов.
Ключевые слова: синхронизация, помехоустойчивость, случайный процесс, бифуркация, фазовая автоподстройка частоты, нелинейные методы.
SUMMARY
Bondarev A.P. Theoretical basis and methods of a phase locked devices noise stability providing on a design stage. - Manuscript.
Thesis on competition for scientific degree of the Doctor of technical sciences by specialty 05.12.13 - Radio Technical Devices and Means of Telecommunication. - National University “L'viv Polytechnic”, Lviv, 2008.
Thesis is devoted to investigations of influencing of disturbations on the synchronization processes in the various applications of phase locked loop devices, to creation of mathematical models of synchronization process at presence of stochastic and determined disturbations and development with application of these models of effective methods of sync devises noise stability rising.
The theory of stochastic processes in dynamic systems in a direction of detection of stochastic bifurcations is advanced. The qualitative singularities of synchronizing devices statistical dynamic are detected and are defined, the limiting parameters values of devices and disturbations are determined, at which one the service capability of the device is kept.
The parametrical synthesis of the classic phase locked loop device by criterion of maximum tolerance on a signal and disturbations parameters deflection from is a priori given is realized. The profit on noise stability and watching range makes from several percents up to several times.
It is shown, that the offered modified phase locked device rise noise stability with saving of dynamic properties. On the examples of the representative tasks of a radiolocation, satellite navigating and detection of signals with an angle modulation the choice of parameters values of the modified device is realized, which one allow to reduce a noise threshold on 8-10 decibels with simultaneous expansion of a pull-in band.
Keywords: synchronization, noise stability, stochastic process, bifurcation, phase locked loop, nonlinear methods.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Види пристроїв синхронізації. Принципи фізичної реалізації стандартів частоти. Параметри сигналів на виходах пристроїв синхронізації. Дослідження зв'язку фази і частоти сигналу при дрейфі частоти. Вплив просковзування на якість передачі інформації.
курсовая работа [898,0 K], добавлен 01.10.2015Проектування пристроїв автоматичної точної синхронізації. Способи синхронізації, виміру її параметрів і подачі команди на включення вимикача генератора способом точної синхронізації. Одержання постійного часу випередження. Структурна схема синхронізатора.
дипломная работа [165,0 K], добавлен 19.05.2011Вимоги до систем синхронізації. Параметри системи циклової синхронізації. Процес входження у цикловий синхронізм. Розрахунок середнього часу пошуку синхрогрупи, часу утримання циклового синхронізму. Функції та принцип роботи приймача синхросигналу.
контрольная работа [146,2 K], добавлен 06.03.2011Керуюча напруга системи фазового автопідстроювання частоти, яка застосована в радіотехнічних пристроях. Принцип дії системи, її схема. Системи спостереження за часовим положенням імпульсного сигналу. Призначення систем автоматичного регулювання посилення.
контрольная работа [716,6 K], добавлен 27.11.2010Визначення основних технічних характеристик та режимів роботи мікроконтролера для подальшого застосування у пристроях управління. Системи переривань та режими роботи. Будова мікроконтролера, модулі синхронізації. Вбудовані низькочастотні генератори.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.12.2013Методика проектування комбінаційних пристроїв. Математичний апарат цифрової мікросхемотехніки. Формалізоване подання алгоритму функціонування комбінаційного пристрою у вигляді таблиці істинності. Побудова електричної схеми пристрою по логічній функції.
курсовая работа [53,0 K], добавлен 19.09.2014Дослідження поняття "синтезатор частоти" - електронного пристрою, здатного формувати з опорної частоти на виході необхідну частоту (набір частот), згідно управляючим сигналам. Структура DDS. Прямий цифровий синтезатор на основі накопичувального суматора.
контрольная работа [185,1 K], добавлен 12.11.2010Розгляд арифметико-логічного пристрою, блоку регістрів, буферів шин, схем керування і синхронізації як основних структурних елементів мікропроцесора. Організація і архітектура МП Z80. Опис схеми ВІС програмованого паралельного інтерфейсу КР580ВВ55.
контрольная работа [49,3 K], добавлен 05.09.2010Обґрунтування достатності апаратних засобів та програмних ресурсів. Розподіл функцій пристрою між вузлами мікропроцесору. Проектування принципової схеми пристрою, формування тактових імпульсів. Програмне забезпечення мікропроцесора, лістинг програми.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.09.2010Вибір проміжної частоти і типу підсилювача проміжної частоти. Розрахунок смуги пропускання радіоприймального пристрою та розподілу її між окремими блоками. Розрахунок граничної чутливості радіоприймального пристрою та вибір типу схеми перших каскадів.
курсовая работа [222,6 K], добавлен 21.05.2014Пристрої регулювання та їх шлях в своєму розвитку. Регулювання робочої температури електропечей, електроплит. Розробка регулятора потужності з таймером. Технічне обслуговування та ремонт проектованого пристрою. Вузол синхронізації таймера з мережею.
курсовая работа [235,4 K], добавлен 24.06.2009Розробка електромеханічної системи керування електроприводом регулювальної засувки на базі перетворювача частоти. Експериментальні дослідження перехідних процесів в трубопровідній мережі. Програмне забезпечення з формування темпів закриття засувки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 29.04.2013Аналіз шумових властивостей цифрового оптичного приймального пристрою. Джерела шумів у оптичних приймальних пристроях. Шуми вхідного каскаду підсилювача. Залежність коефіцієнта помилок від відношення сигнал/шум. Оптична потужність на вході фотодетектора.
контрольная работа [172,4 K], добавлен 23.12.2010Формування електричного кола із заданою конфігурацією. Проведення аналізу перехідних процесів для отримання дискретного сигналу. Обчислення інтегралу та перехідної від напруги. Визначення математичного очікування, відхилення, дисперсії та потужності.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 10.05.2013Визначення класичним, оперативним і спектральним методами реакції лінійного електричного кола на підключення джерела живлення. Використання цих методів при проектуванні нових телекомунікаційних пристроїв. Моделювання перехідного процесу за допомогою ЕОМ.
контрольная работа [419,6 K], добавлен 23.02.2012Ознайомлення із процесом розробки структурної схеми радіоприймального пристрою. Проведення попереднього розрахунку смуги пропускання сигналу, чутливості пристрою та коефіцієнта підсилення. Визначення принципової схеми підсилювача проміжної частоти.
курсовая работа [469,0 K], добавлен 21.05.2014Функції та система команд мікроконтролера PIC16F84A, його технічні характеристики й організація пам'яті. Розробка керуючого автомату на мікроконтролері для пристрою світлових ефектів, побудова його електричної схеми та створення програмного забезпечення.
курсовая работа [255,0 K], добавлен 03.12.2013Визначення виду та типу генераторних та підсилювальних пристроїв, функціональної схеми радіопередавальних пристроїв та їх елементів. Види нестабільності частоти, гармонійні та негармонійні регулярні відхилення. Схема канального підсилювача потужності.
реферат [25,3 K], добавлен 02.11.2010Функції розподілу ймовірностей вищих порядків та випадкових процесів, статистичний зв'язок між ними; кореляційні моменти. Стаціонарні та ергодичні випадкові процеси, їх реалізація з однаковими часовими залежностями математичного сподівання та дисперсії.
реферат [140,7 K], добавлен 10.01.2011Етапи та стадії проектування на прикладi розробки ультразвукового сканера: характеристики приладу, технічне завдання, труднощі традиційного проектування. Суть блочно-ієрархічний підходу при технічному проектуванні. Структура проектування схеми вузла.
реферат [52,9 K], добавлен 08.01.2011
