Модель сигналов в распределенной информационно-измерительной системе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модель сигналов в распределенной информационно-измерительной системе

И.А. Пилипенко, И.А. Сахаров, О.А. Сафарьян

ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» (ДГТУ),

г. Ростов - на - Дону, Россия

Аннотация

В докладе рассматриваются вопросы представления модели сигналов в распределенных информационно-измерительных системах, позволяющих обеспечить стабилизацию частоты генераторов при условии задержки между моментами формирования сигнала и оценивания его частотно-временных параметров. Предложено при описании модели сигнала, на основе параметров которого определяются отклонения частоты устройств формирования и обработки сигналов, использовать полиноминальную модель изменения частоты, коэффициенты представления которой определяются из условия равенства фаз обрабатываемого сигнала и параметров сигнала, сформированного с задержкой.

Ключевые слова: фазовый шум, стабильность функция правдоподобия, экстраполяция значения частоты сигнала.

сигнал частота распределенный генератор

DISTRIBUTED INFORMATION-MEASURING SYSTEM MODEL OF SIGNALS IN

I.A. Pilipenko, I.A. Sakharov, O.A. Safaryan

Don State Technical University (DSTU), Rostov-on-don, Russian

Abstract. The report deals with the presentation of the signal model in distributed information-measuring systems. Solutions of these questions allow to ensure the frequency stabilization of the of generators in existing of the delay between the moments of signal formation and evaluation of its frequency-time parameters. It is proposed to use a polynomial model of frequency change, the coefficients of which are determined from the condition of equality of the phases of the processed signal and the parameters of the signal generated with delay. The model of signal on which parameters is based the law control of frequency is described in the report.

Keywords: phase noise, frequency stability, the distribution function.

Введение

Особенностью современного этапа развития науки и техники является дальнейший рост требований к показателям функционирования распределенных инфокоммуникационных систем [1, 2]. Здесь, в первую очередь, можно выделить такие области как спутниковые системы связи и глобальные навигационные спутниковые системы, инфокоммуникационные системы, абоненты которых могут быть распределены на обширной территории, радиотехнические системы наблюдения за дальним космосом и т.д. Устойчивое функционирование таких систем и решение посредством их применения целевых задач связано с устойчивой передачей больших объемов цифровых потоков между абонентами.

Повышение устойчивости передачи информации не может быть достигнуто без понимания процессов и факторов, приводящих к искажению передаваемой информации. Среди большого числа таких факторов, в частности, можно выделить стабильность текущей частоты и длительности формируемых сигналов, а также стабильность частотно-временных параметров сигналов [3-5]. Это обуславливает необходимость совершенствования устройств формирования и обработки сигналов в распределенных инфокоммуникационных систем.

В работах [3-7] рассматривается метод стабилизации частоты, позволяющий получать несмещенные, состоятельные и асимптотически эффективные оценки частоты на основе результатов одновременных измерений фаз сигналов в течение некоторого измерительного интервала. Однако реализация этого метода связана с двумя допущениями, не позволяющими применять его к распределенным информационно-измерительным системам. Первое допущение связано с известной с высокой точностью относительной нестабильностью частоты устройств формирования и обработки сигналов. Второе допущение определяется отсутствием задержки при получении данных измерений фазы сигнала и выработкой управляющего воздействия для стабилизации частотно-временных параметров.

В распределенных информационно-измерительных системах условия функционирования устройств формирования и обработки сигналов могут различаться, что приводит к отклонению относительной нестабильности частоты сигнала от номинальных значений. Существующая в распределенных информационно-измерительных системах задержки при передаче сигналов приводит к тому, что необходимое для стабилизации частоты воздействие будет задержано и соответственно изменения частоты сигнала не будут соответствовать требуемым значениям.

Дальнейшее развитие существующего подхода связано с пониманием процессов и факторов, оказывающих влияние на точность получаемых оценок частоты сигналов в устройствах формирования и обработки сигналов с учетом особенностей функционирования устройств в составе распределенных информационно-измерительных систем.

В основе понимания указанных процессов и факторов лежит обобщенная модель сигнала, посредством которого осуществляется передача информации.

С учетом отмеченного выше целью доклада является представление модели сигналов, учитывающей особенности формирования и обработки сигналов в распределенных информационно-измерительных системах и позволяющей в дальнейшем описывать процессы совместной обработки результатов измерений фаз сигналов для получения несмещенных, состоятельных и асимптотически эффективных оценок частоты сигналов в распределенных информационно-измерительных системах.

Анализ модели распределенной информационно-измерительной системы

Представим структурную схему распределенной информационно-измерительной системы, как и в работе [3], рисунок 1.

В составе схемы представлены абоненты информационно-измерительной системы 1, 2,…, N; элементы , , , описывающие задержку сформированных сигналов при прохождении в распределенной информационно-измерительной системе; устройство оценивания частотно-временных параметров сигналов, которое обеспечивает получение оценок текущего значения частоты в устройствах формирования и обработки сигналов.

Рис. 1 Структурная схема распределенной информационно-измерительной системы.

Анализ представленной структурной схемы показывает, что одним из основных факторов, отличающих функционирование устройств формирования и обработки сигналов в распределенных информационно-измерительных системах, является задержка сигнала при передаче от абонента до устройства оценивания частотно-временных параметров сигналов.

В работах [3-7] измерение фазы сигнала для получения оценки его частоты проводится на временном интервале длительностью , на котором частота сигнала является постоянной. В этом случае сигнал может быть представлен соотношением

(1)

где _ амплитуда сигнала; _ фаза сигнала; _ номинальная частота сигнала -го абонента; _ отклонение частоты сигнала -го абонента от номинального значения; _ начальная фаза сигнала.

Полученная оценка отклонения частоты используется при управлении параметрами устройств формирования и обработки сигналов для стабилизации частоты.

Однако в распределенных информационно-измерительных системах из-за задержки сигнала при передаче от -го абонента к устройству оценивания частотно-временных параметров сигналов полученная оценка отклонения частоты , полученная на интервале не будет соответствовать частоте сигнала на интервале , что соответственно приведет к ухудшению стабильности частоты. С учетом задержки получаемая оценка частоты сигнала должна быть смещена на величину, соответствующую разности частот сигнала на интервале и [8]. Отмеченное явление качественно проиллюстрировано на рисунке 2.

Рис. 2 Изменение частоты сигнала: формируемого устройствами информационно-измерительной системы (сплошная линия), поступающего на вход устройства оценивания частотно-временных параметров при задержке на время ф.

С учетом указанного фактора обобщенная математическая модель сигналов в информационно-измерительной системе может быть представлена в виде

(2)

где _ амплитуда сигнала; _ фаза сигнала на интервале ; _ функция, Хэвисайда, позволяющая описать задержку сигнала в распределенной информационно-измерительной системе на время .

В выражении для представления коэффициент .

В формуле (2) значения коэффициентов выбираются из условия равенства значений фаз сигнала на интервале и фазы сигнала .

Заключение

Необходимые значения оценок коэффициентов могут быть получены с использованием устройства, предложенного в [9], реализующего алгоритм обработки, представленный в [10].

Литература

1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.

2. Глумов Ю.М. Оценка необходимой стабильности частоты когерентных систем // Вопросы специальной радиоэлектроники, 2017, С. 76-79.

3. Сафарьян О.А. Метод оценки частоты генераторов в условиях непрогнозируемого изменения длительности интервала измерений // Вестник ДГТУ, 2014, № 4. Ч. 2. - С. 47-54.

4. Сафарьян О.А. Моделирование процесса стабилизации частоты генераторов в инфокоммуникационных системах // Вестник ДГТУ, 2016, Т. 16, № 4 (87), Ч. 2. - С. 150-154.

5. Сафарьян О.А. Анализ метода стабилизации частоты в радио- и инфокоммуникационных системах // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. [Электронный ресурс] Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2018, С. 37-40.

6. Габриэльян Д.Д., Прыгунов А.А., Прыгунов А.Г., Сафарьян О.А. Метод оценки частот в системе генераторов // Физические основы приборостроения, 2012, Т. 1. № 2. - C. 72-77.

7. Olga Safaryan, Ivan Sakharov, Nikolay Boldyrikhin, Irina Yengibaryan Method of Reducing Phase Noise in the System Simultaneously and Independently Operating the High-Frequency Signal Generators // Engineering Computations, No.8 (2). Volume 34. Emerald Group Publishing Ltd., 2017, С. 2586 - 2594.

8. Енгибарян И.А., Кульбикаян Б.Х., Сафарьян О.А., Сахаров И.А., Тютюнникова А.И. Численный метод анализа стабилизации частоты в распределенных инфокоммуникационных системах. // Системы связи и радионавигации: сб. тезисов. - Красноярск: АО «НПП «Радиосвязь», 2017, С. 101-103.

9. Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В., Сафарьян О.А. Пат. на полезную модель № 144228 Российская Федерация, МПК H03L 7/00 Устройство стабилизации частоты генераторов. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет». № 2014111456/08; заявл. 25.03.2014 г.; опубл. 10.08.2014 г. Бюл. № 22.

10. Габриэльян Д.Д., Енгибарян И.А., Сафарьян О.А. Оценивание частот генераторов на основе совместной обработки фаз формируемых сигналов // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4-1 (22). - С. 65.

References

1. Varakin L. E. Communication Systems with noise-like signals. M.: Radio and communication, 1985.

2. Glumov Yu. M. Assessment of the necessary frequency stability of coherent systems // Questions of special radio electronics, 2017, P. 76-79.

3. Safarian, O. A. Method of estimating the frequency generators in the context of unpredictable changes in the duration interval of the measurements // Vestnik of DSTU, 2014, № 4. Part 2. - P. 47-54.

4. Safarian, O. A. Modeling of the process of frequency stabilization of generators in information and communication systems // Vestnik DSTU, 2016, vol. 16, No. 4 (87), Part 2. - P. 150-154.

5. Safarian, O. A. Analysis method of frequency stabilization of radio and information and communication systems // Modern problems of radio electronics: collection of scientific works. Tr. [Electronic resource] Krasnoyarsk: Sib. fader. UN-t, 2018, P. 37-40.

6. Gabrielyan D. D., Prygunov A. A., Prygunov A. G., Safaryan O. A. Frequency estimation method in the system of generators / / Physical basis of instrument-making, 2012, Vol.1. No. 2. - P. 72-77.

7. Olga Safaryan, Ivan Sakharov, Nikolay Boldyrikhin, Irina Yengibaryan Method of Reducing Phase Noise in the System Simultaneously and Independently Operating the High-Frequency Signal Generators // Engineering Calculations, No.8 (2). Volume 34. Emerald Group Publishing Ltd., 2017, Pp. 2586-2594.

8. I. A. Engibaryan, Kulbikayan B. H., Safarian O. A., Sakharov I. A., Tutunnikova A. I. Numerical method of analysis of stability of frequency in distributed infocommunication systems. // Communication and radio navigation systems: abstracts. - Krasnoyarsk: JSC "SPE "Radiosvyaz", 2017, P. 101-103.

9. Gabrielyan D. D., Shatsky V. V., Safaryan O. A. Pat. for useful model № 144228 Russian Federation, IPC H03L 7/00 a Device to stabilize the frequency of oscillators. Patentee: state educational institution of higher professional education "Don state technical University". No. 2014111456/08; application. 25.03.2014 g.; publ. 10.08.2014 g. bul. No. 22.

10. Gabrielyan D. D., Yengibaryan I. A., Safaryan O. A. estimation of frequencies of generators on the basis of joint processing of phases of generated signals / / Engineering Bulletin of the don, 2012, № 4-1 (22). - P. 65.

Размещено на Allbest.ru