/>Содержание
Введение
Глава 1. Общие сведенияо цифровых РТМС
Глава 2. Функциональнаясхема цифровой РТМС
2.1 Передающая часть
2.2 Приемная часть
Глава 3. Устройствосжатия телеметрических данных
Глава 4. КлассификацияБССО
4.1Узкоспециализированные БССО
4.2 СпециализированныеБССО
4.3 Универсальные БССО
Глава 5. Адресные РТМС
Заключение
Список литературы
Введение
Введениеадаптации в РТМС может привести к ряду преимуществ. Например, возможноуменьшить объем памяти и число регистрирующих устройств на земле, а приуменьшении частоты коммутации использовать менее быстродействующиекоммутационные элементы. Для решения задачи измерения и передачи рядапараметров можно использовать различные адаптивные РТМС. Сравнение этих РТМСобычно осуществляют по следующим критериям:
-конструктивному;
-метрологическому;
-экономическому.
Конструктивныйкритерий рассматривает техническую осуществимость данной системы с точки зренияреализации следующих характеристик РТМС:
1. Числапараметров при заданной пропускной способности канала связи.
2. Необходимойскорости передачи информации при заданной допустимой задержке.
3. Используемогоспособа сжатия.
4. Возможностивосстановления предаваемой информации на принимаемой стороне.
Метрологическийкритерий рассматривает предельное значение:
1. Показателявероятности.
2. Вероятностипоявления заданной погрешности представляемой информации устройств сжатияданных.
3. Значенияпогрешности, появившейся от введения устройств сжатия данных.
4. Помехоустойчивостисистемы.
Экономическийкритерий рассматривает целесообразность введения адаптации в РТМС, т.е.определяет экономический выигрыш от сжатия информации. При введении адаптации вРТМС уменьшаются требуемая полоса частот КС, объем памяти системы, объемрегистрируемых данных, масса бортовой аппаратуры, но сама система усложняется,поэтому возрастает ее стоимость.
Сравнениеразличных адаптивных РТМС необходимо производить при заданных статистическихмоделях параметров и заданных условиях функционирования всей системы. Обычноэкономический эффект от внедрения системы сжатия данных составляет около 10% отстоимости всей системы, например, для системы «Аполлон» стоимостью 20млд. $ экономический эффект от внедрения системы сжатия данных составил 240млн. $.
Глава1. Общие сведения о цифровых РТМС
СовременныеРТМС являются преимущественно цифровыми. Преимуществом цифровых РТМС переддругими типами РТМС является малая (менее 0,1%) погрешность передачиинформации. Цифровые методы обеспечивают освобождение от помех при регенерациисигнала. В типовых РТМС с цифровой передачей преимущественно применяютсядвухступенчатая модуляция КИМ – ЧМ, а в космических РТМС – КИМ – ФМ и КИМ –ОФМ. В системах, обеспечивающих высокую информативность, используетсятрехступенчатая модуляция КИМ – ЧМ – АМ, КИМ – ЧМ – ЧМ, КИМ – ФМ – АМ. Вбольшинстве типовых систем применяется двоичный код с числом информационныхсимволов в кодовой комбинации (слове) от 5 до Слова дополняютсявспомогательными символами, обеспечивающими их разделение на приемной стороне,а также обнаружение и исправление ошибок. В качестве кадрового сигналасинхронизации, обеспечивающего определение начала и конца телеметрическогосигнала (кадра) используются определенные кодовые комбинации, которые неприменяются для передачи информации, и которые после корреляционной обработкина приемной стороне позволяют сформировать короткий импульс, обеспечивающийточную временную привязку сигнала. Цифровые РТМС позволяют обеспечитьинформационную скрытность. Основной задачей при разработке цифровых РТМСявляется выбор типа кодера и вида модуляции, обеспечивающих минимальную полосупропускания системы.
/>Глава2. Функциональная схема цифровой РТМС
/>
2.1Передающая часть
Структурацифровой РТМС зависит от различных факторов: скрытности, помехоустойчивости,числа каналов, способа кодирования сообщений, системы сжатия данных, системымодуляции, методов синхронизации. Рассмотрим обобщенную функциональную схему бортовойаппаратуры цифровой РТМС (рисунок 1) с двухступенчатой модуляцией, здесь: БССО– бортовые системы сбора и обработки информации;
УС– устройство сжатия;
ФС– формирователь синхросигналов;
УК– устройство калибровки;
С– синхронизатор.
/>
Рисунок1
Насхеме показана двухступенчатая коммутация каналов, причем через /> обозначен коммутаторпервой ступени, а через /> -коммутаторы второй ступени. Группа обозначенная Iканалов подключена непосредственно к />. Такоевключение обеспечивает информационную гибкость. От устройства калибровкиканалов (УК) на входы /> подаютсякалибровочные сигналы, соответствующие 0 и 100% напряжения датчиков. Скоростьпереключения каналов /> и /> разная и определяетсячастотой следования импульсов, поступающих от синхронизатора (С). Перед подачейна АЦП групповой АИМ-1 сигнал преобразуется в АИМ-2. это необходимо для того,чтобы на время кодирования значение сигнала не изменялось. АЦП должен обладатьвысоким быстродействием, чтобы время преобразования сигнала в цифровой код былоравно или меньше длительности канального интервала. Далее сигнал в цифровойформе с выхода АЦП поступает на УС и БССО, а потом на накопитель (Н), которыйопрашивается с частотой переключения каналов. В накопителе с помощьюсдвигающего регистра решается задача преобразования параллельного кода впоследовательный. С выхода накопителя сигнал поступает на кодер, гдеосуществляется представление информации в избыточном коде, который используетсяв радиолинии. Для увеличения быстродействия используют несколько АЦП,работающих поочередно, но при этом увеличиваются габариты аппаратуры. Например,один АЦП обслуживает четные, а другой нечетные каналы. Иногда первый АЦПобслуживает одну группу каналов, а второй другую (рисунок 2). Управлениеработой всех блоков схемы 2 осуществляется синхронизатором. Сигналы с выходакодера и формирователя сигналов синхронизации (ФСС) поступают на входмодулятора (М), управляющего работой генератора высокой частоты (ГВЧ).
/>
Рисунок2
Возможноиспользование трех ступеней модуляции. Это позволяет увеличить число каналов(рисунок 3).
/>
Рисунок3
Сигналыпервой и второй группы совпадают по времени. Частоты /> и /> ГВЧ1 и ГВЧ2 отличаются навеличину ширины спектра КИМ сигнала.
Крометого, типовая схема цифровой РТМС может включать: коммутаторы третьей ступени иустройства запоминания информации.
/>2.2Приемная часть
Составназемной РТМС зависит от вида модуляции сигналов, метода выделения иформирования импульсов синхронизации, способа регистрации и отображения данныхтелеизмерений. На рисунке 4 изображена обобщенная функциональная схема наземнойаппаратуры с двухступенчатой модуляцией и посимвольным приемом сигналов.
/>
Рисунок4
Свыхода видеоусилителя сигнал поступает на устройство опознания символов иселектор синхроимпульсов, управляющий работой устройства синхронизации.Устройство синхронизации вырабатывает импульсы, необходимые для определениявременных границ символов, слов и кадров. Устройство опознавания (илирегенерации) символов определяет по выходному сигналу ПРМ, какие символыпередавались. Для этого необходимы импульсы с частотой символов из УС. Припередаче данных последовательным кодом символы принимаемых кодовых комбинацийзапоминаются в накопителе, который управляется синхроимпульсами слов.Декодирующее устройство на основе анализа кодовой комбинации производитобнаружение и исправление ошибок. Если передача велась безызбыточным кодом, тодекодирующее устройство отсутствует. Преобразователь кода осуществляетпредставление сигнала с выхода декодирующего устройства к виду удобному длярегистрации данных.
Устойчиваяработа приемной станции во многом зависит от помехоустойчивости кадровойсинхронизации, синхронизации слов и символов. В современных цифровых РТМСиспользуются три раздельные схемы для синхронизации символов, слов и кадров.
Структурнаясхема устройства синхронизации приведена на рисунке 5.
/>
Рисунок5
Навход устройства синхронизации (рисунок 5) поступает последовательностьимпульсов с селектора синхроимпульсов, которая содержит в своем спектре частотуследования символов />. Схемасинхронизации слов работает на принципе деления частоты />, где n– число символов в кодовой комбинации. Для фазирования схемы синхронизации словиспользуются импульсы, выделенные селектором синхропризнаков слов. Аналогичноработает схема синхронизации кадров. Коэффициент деления этой схемы />, где N– число каналов РТМС. Для фазирования используются сигналы, выделяемыеселектором маркеров кадра.
/>
Глава3. Устройство сжатия телеметрических данных
Устройствосжатия предназначено для использования на борту космического аппарата.Обслуживает 480 каналов и обеспечивает /> прииспользовании алгоритма сжатия на основе предсказателя нулевого порядка.Устройство выполнено на интегральных микросхемах. Схема включения представленана рисунке 6.
/>
Рисунок6
Устройствосжатия приведенное на рисунке 7 содержит:
1. СправочноеЗУ – в нем хранится последний существенный отсчет для каждого информационногоканала, пределы допуска (апертура) и знак приоритета. Когда на вход компаратораот АЦП поступает новая выборка данных, то из справочного ЗУ производитсясчитывание последней переданной величины, пределов допуска и других сведений.
/>
Рисунок7
2. Компаратор– осуществляет операцию /> исравнивает d и />(допуск апертуры). Если />, то выборка вводится всправочное ЗУ, а также в буферное запоминающее устройство (БЗУ) и передается вРПУ.
3. БЗУ– используется для временного запоминания существенных выборок, поступающих снепостоянной скоростью и преобразования их в поток данных с постоянной частотойследования.
4. Схемыхронирования и управления – вырабатывают сигналы, необходимые для управленияустройства сжатия данных. Для хронирования используются тактовые импульсы (ТИ)системы и синхросигнал многоканального устройства (СИ). Упраляющая логикапозволяет изменять пределы допуска (апертуру), принимать или отбрасыватьсущественные выборки в соответствии с сигналами от компаратора и схемы контролястепени заполнения БЗУ, а также по сигналам командной логики.
5. Счетчикадресов каналов – необходим для обращения к справочному ЗУ и для выдачи адресапри вводе данных в БЗУ.
6. Выходнойрегистр – преобразует данные из параллельной формы в последовательную. Скоростьсчитывания задается тактовыми импульсами. Сигналы, передаваемые по линии связисодержат адресную информацию о принадлежности к определенному каналу,информацию о времени задержки, а также синхросигналы. Синхросигналы водятся ввыходной регистр.
7. Системаприоритета в Управляющей Логике включается при переполнении БЗУ. При этом впервую очередь ухудшается качество передачи данных с низшим приоритетом(увеличивают />). Если БЗУ очищается, тоуменьшают /> в первую очередь наиболееважных каналов. Изменение характеристик устройства сжатия осуществляется какавтоматически, так и по командам с земли.
8. Команднаялогика управляет вводом для каждого канала начальных пределов допусков, знаковприоритета и распределением информации в справочном ЗУ по командам с земли и попрограмме.
/>Глава4. Классификация БССО
КлассификацияБССО приведена на рисунке 8.
/>
Рисунок8
УзкоспециализированныеБССО предназначены для выполнения небольшого числа функций:
1. Сбораи регистрации данных.
2. Подготовкиданных для передачи по каналам связи.
3. Выводна индикацию.
СпециализированныеБССО выполняют следующие функции:
1. Изменениепрограммы сбора данных.
2. Анализи отображение наиболее существенной части измерительной информации.
3. Определениесостояния технических систем.
4. Сжатиеи передача данных.
УниверсальныеБССО решают задачи обработки данных с одновременным управлением штатногооборудования ЛА. Строятся на базе мультипроцессорной техники.
Всоответствии с возможностью адаптации к изменениям условий функционирования(характеристик потоков измерительной информации) БССО делят на два класса:неадаптивных и адаптивных.
Неадаптивныесистемы изменяют свои характеристики по сигналам с пункта управления.
Адаптивные- самостоятельно изменяют свои характеристики. Это необходимо, когда законыраспределения потоков входной информации неизвестны.
расходомер топливо цифровой телеметрический
4.1Узкоспециализированные БССО
Функциитаких БССО несложны, поэтому можно обойтись без использования ЭВМ. Для такихсистем характерен жесткий алгоритм функционирования этапов: 1-сбора,2-регистрации, 3-подготовки для передачи, 4-индикации.
Перваясистема разработана французской фирмой SFIM в начале 50-х годов. В США в1952г. принят закон о использовании таких систем (черных ящиков) на всехсамолетах гражданской авиации. Обязательно регистрируются на магнитную лентучетыре параметра, характеризующих трассу полета: 1-скорость, 2-высота,3-вертикальное ускорение, 4-курс.
Внастоящее время число регистрируемых параметров ЛА более 20-30. в качестверегистраторов используются магнитофоны и ЭВМ.
Примеромподобной системы есть БССО самолета (Дуглас) ДС-10, которая используется с1970г (рисунок 9), где 1 – управление скоростью регистрации, 2 – метки времени,3 – цифровые данные.
Вседатчики разбиты на две группы высокого и низкого уровня. Подсистема нормировкисостоит из двух блоков, каждый принимает 160 аналоговых сигналов.
/>
Рисунок9
Производитсянормировка к уровню />5в. АЦПосуществляет опрос 320 нормированных каналов, а также 10 ЧМ сигналов о ВЧвибрациях.
Подсистемарегистрации производит запись последовательным ИКМ кодом данных на магнитнуюленту. Максимальная скорость регистрации 5000 бит/с при плотности записи намагнитный носитель 330 бит/мм.
Дистанционноеуправление используется для изменения режимов работы и скорости регистрации.Аналогичные системы использовались в американских спутниках в 1970 годах.
4.2Специализированные БССО
Всостав специализированных БССО вводится БЦВМ. Задачи БЦВМ :
1. Техническаядиагностика неисправностей.
2. Адаптивныйопрос и сжатие измеряемой информации.
3. Определениеспектральных характеристик.
4. Определениестатистических характеристик.
5. Рациональноекодирование.
6. Определениелетно – технических характеристик.
Применяютсяс 1963г. вместе с возникновением ЭВМ третьего поколения (на интегральных схемах).Впервые специализированные БССО использовались в военной авиации для решениясложных баллистических задач, связанных с применением ракет.
ФирмаIBM впервые установиласпециализированные БССО с параметрами 500 тыс. операций в секунду и объемомпамяти 32000 26-ти разрядных слов на космическом аппарате. Mariner– 4.
Примеромспециализированных БССО является система, установленная на самолете С-5А. Этасистема может работать на ракетах и КЛА (рисунок 10).
/>
Рисунок10
Данныеот 20 блоков, включающие />1000датчиков подаются на СУ. Сигналы нормируются по амплитуде и через коммутатор, атакже АЦП проходят в БЭВМ, где кодируются, анализируются на наличие отказов иобрабатываются. Результаты анализа выводятся на дисплей и на панель управленияи индикации. При нормальном полете используется одна частота опроса, привозникновении дефекта для детального анализа частота может регулироватьсясигналом управления. Кроме того может регулироваться и порядок опроса (команда «адрес»).На экране дисплея можно вызвать сигналы любой подсистемы и сравнить сэталонами. Программа работа задана жестко и не обладает адаптивностью.
4.3Универсальные БССО
Появлениеуниверсальных БССО связано с тем, что:
1. Допустимоевремя для принятия решения уменьшается.
2. Стоимостьрасхода горючего увеличивается.
3. Любаяошибка дорого обходится.
Т.е.время на обработку и управление КЛА и ЛА резко сократилось. БЭВМ, установленныена универсальных БССО, решают задачи:
- диагностики;
- регистрациии обработки данных;
- управлениережимом работы.
Дляэтой цели разработаны мультипроцессорные многофункциональные системымагистрального типа.
Вовсех разработанных для КЛА универсальных БССО используется магистрально –модульный принцип построения (рисунок 11).
/>
Рисунок11
Терминалвключает модем, логическое устройство, согласующее устройство. В модемеосуществляется модуляция и демодуляция сигналов. Логическое устройство производитпредварительный анализ информации, а согласующее устройство – нормировку поамплитуде.
Посигналам программного устройства в соответствии со списком параметровпроизводится обмен информацией между терминами и контроллером. Каждый терминалимеет свой адрес. Контроллер осуществляет обработку информации, поступившей оттерминала, и задает порядок функционирования обслуживаемого оборудования.Формат данных, передаваемых между контроллером и терминалом изображен на рисунке12.
Отконтроллера
/>
Рисунок12
Глава5. Адресные РТМС
Кчислу недостатков многоканальных систем с ВРК следует отнести:
- высокиетребования к синхронизации;
- возможностьтолько поочередной и циклической передачи канальных сигналов.
Принципадресного разделения каналов заключается в том, что элемент сигнала каждогоканала наделяется дополнительным признаком, характерным только для этого канала(рисунок 1), где А, И – адресная и информационная части канала.
/>
Рисунок1
Наличиеадреса позволяет:
- избавитьсяот обязательной очередности передачи данных в порядке номеров каналов;
- использоватьпринцип приоритета при передаче более важной информации;
- использоватьсистему синхронизации.
Передачамногоканального сообщения при адресном разделении каналов может бытьпоследовательной и параллельной во времени. Адресный метод позволяет создаватьадаптивные РТМС. Практически используются адресные РТМС с ВРК. Недостаткиадресных РТМС:
1. Посравнению с цифровыми РТМС адресные РТМС имеют меньшее число каналов за счет введениядополнительной адресной информации.
2. Несмотряна упрощение системы синхронизации, структура адресных РТМС сложнее структурыРТМС с ВРК. Это объясняется введением ряда дополнительных устройств в адресныеРТМС.
Адресныетелеметрические системы могут быть аналоговыми и цифровыми. В аналоговыхсистемах канальный сигнал состоит из адресной и информационной части или жетолько из адресной части, параметры которого меняются в соответствии сизменением сигнала датчика (рисунок 2).
/>
Рисунок2
Упрощенныеблок-схемы передающих частей адресных РТМС приведены на рисунках 3 и 4.
/>
Рисунок3
/>
Рисунок4
Напервом рисунке для каждого канала имеется отдельное кодирующее устройство (КУ),которое вырабатывает как адресную, так и информационную часть кода. На второмрисунке для всех каналов имеются общие кодирующие устройства сигналов (КУс) иадресов (КУа).
Вцифровых адресных РТМС как адрес, так и информационная часть канального сигналапредставляется в кодовой форме.
Вадресных РТМС всегда вводится дополнительная адресная информация, т.к. потокотсчетов на выходе устройства сокращения избыточности является в общем случаенеравномерным. Роль преобразователя неравномерного потока в равномерный спостоянными интервалами между отсчетами обычно выполняет буферное запоминающееустройство (БЗУ).
ВБЗУ часть отсчетов на какое-то время задерживается, при этом величина задержкименяется от отсчета к отсчету.
Изменениецикличности выдачи отсчетов требует введения дополнительной служебнойинформации о времени измерения и принадлежности отсчета (адреса). Каждый отсчетадаптивной системы состоит из трех частей (рисунок 5):
- кодовойгруппы адреса />;
- кодовойгруппы времени />;
- кодовойгруппы, несущей информацию о значении данного параметра/>.
/>
Рисунок5
Заключение
Радиосвязь- одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, ихможно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системырадиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиямокружающей.
Наиболеехарактерными для современных РСПИ являются три формы представления сообщений,которые формируются на борту и передаются по линиям связи:
1. Сообщенияо наличии/отсутствии некоторого априорно известного сообщения(включения/выключения двигателей, удары метеорита).
2. Сообщенияо величинах характеризуют значения параметров в определенный момент времени.
3. Сообщенияо процессах должны с заданной точностью воспроизводить процессы на определенномотрезке времени, т.е. в этом случае также необходимо производить калибровкуамплитуды и масштабирование по времени.
Списоклитературы
1. Радиотехническиеметоды передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А.Борисов,В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь.1990. 304с.
2. Системырадиосвязи: Учебник для вузов / Н.И.Калашников, Э.И.Крупицкий, И.Л.Дороднов,В.И.Носов; Под ред. Н.И.Калашникова. М.: Радио и связь. 1988. 352с.
3. ТепляковИ.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации:Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.
4. КирилловС.Н., Стукалов Д.Н. Цифровые системы обработки речевых сигналов. Учебноепособие. Рязань. РГРТА, 1995. 80с.