Такой же вероятностью ошибки оценивается помехоустойчивость корреляционного кода.
Для кода с повторением и инверсией (инверсного)
P |
= C 2 P2 |
(1 - P )4 |
+ C 4 P8 |
= 6 ×10-12 × 0,9994 + 10-24 |
» 6 ×10-12. |
н.ош |
4 1 |
1 |
4 1 |
|
|
Таким образом, для обеспечения требуемой помехоустойчивости по критерию вероятности ошибочного приема для случая «а» следует выбрать защиту кодом с повторением либо корреляционным, а для случая «б» – только кодом с повторением и инверсией.
В заключение укажем основные достоинства цифровых телеметрических систем:
-прием сигнала сводится не к измерению, а к обнаружению «1» или «0»;
-сообщение в цифровой форме легко обрабатываются, запоминаются и коммутируются;
-возможность многократной передачи без накопления ошибок;
-применение помехоустойчивого кодирования позволяет значительно увеличить достоверность принимаемых сообщений;
-высокая точность (ошибка может быть доведена до величины, не превышающей 0,01 %);
- при |
обработке данных ЭВМ отсутствуют ошибки субъективного |
характера; |
|
- упрощаются требования к калибровке системы.
Произвольный порядок опроса каналов с кодовым разделением каналов позволяет создать адаптивную телеметрическую систему.
1.6 Адаптивные телеизмерительные системы
Адаптивные телеизмерительные системы(АТИС) (лат. adaptio – приноровление, приспособление) называют такие системы, в которых сбор, обработка и передача информации автоматически изменяются в зависимости от изменения характеристик входных сигналов, внешних условий, состояния контролируемого объекта или других причин.
Развитие и применение адаптивных телеизмерительных систем(АТИС) обусловлено рядом факторов. Непрерывно возрастающие потоки измерительной информации при научных исследованиях, контроле технологических процессов, испытаниях различных объектов приводят к необходимости расширения полосы частот в канале связи, к увеличению времени обработки измерительной информации при помощи ЭВМ, к увеличению объема памяти запоминающих устройств. Все это увеличивает стоимость аппаратуры и затрудняет ее эксплуатацию, иногда существенно задерживает выдачу необходимой измерительной информации. В то же время не вся измерительная информация являет-
67
ся одинаково ценной. По некоторым опубликованным данным [4] около 90 % расходов на получение и обработку измерительной информации в радиотелеметрических системах тратится на избыточную информацию. Поэтому одной из важнейших задач передачи телеметрической информации является сокра-
щение избыточной измерительной информации или более кратко сжатие данных.
По функциональному признаку АТИС могут быть разнесены на следующие группы: системы со сжатием данных, системы с самообучением, системы
сперестраиваемой структурой. Системы со сжатием данных можно разделить на две группы: системы с уменьшением числа координат сообщения и системы
суменьшением объема каждой координаты. При достаточно высоких требованиях к точности измерений уменьшение объема каждой координаты, как правило, не дает существенного сжатия данных. Системы, основанные на сокращении числа координат, могут быть классифицированы по нескольким признакам. По принципу действия – алгоритму их работы – эти системы могут быть разделены на следующие группы: системы с адаптивной коммутацией, системы с адаптивной дискретизацией, системы с автоматически регулируемой частотой равномерной дискретизации. В зависимости от наличия задержки в пе-
редаче измерительной информации системы могут быть разделены на две группы: системы, работающие в реальном масштабе времени, т.е. выдающие информацию практически без задержки; системы, выдающие информацию с задержкой, обусловленной наличием буферной памяти.
Системы с самообучением и перестраиваемой структурой в настоящее время почти не изучены.
Сокращение числа координат сообщения заключается в следующем. Измеряемая величина x(t) аппроксимируется некоторой функцией x(t) , обычно
называемой |
базисной, иногда воспроизводящей, осуществляется |
сравнение |
||||
x(t) и |
x |
(t) |
в соответствии с принятым критерием верности. В моменты време- |
|||
ни, в которые разность x(t) и |
x |
(t) – погрешность аппроксимации |
достигает |
|||
максимального, еще допустимого значения, передаются координаты x(t) , являющиеся существенными. По этим координатам, в соответствии с принятой моделью x(t) , на принимающей стороне реализуется восстановление непрерывной функции x(t) по ее дискретным значениям, при этом погрешность аппроксимации не превосходит допустимого значения.
При оценке качества АТИС используются следующие критерии: конструктивные, метрологические, экономические.
Конструктивный критерий показывает техническую осуществимость данной системы. К нему относятся: число измерительных каналов при заданной пропускной способности линии связи, необходимая скорость передачи при заданном допустимом времени задержки, используемый способ сжатия информации и его техническая реализация, техническая возможность восстановления переданной информации на приемной стороне АТИС.
68
Число каналов зависит от используемого способа сжатия, причем чем больше коэффициент сжатия, тем большее число каналов может иметь система:
N = |
|
DF |
× Kc |
, |
(1.79) |
|
Dfи |
+ Dfсл |
|||||
|
|
|
|
где DF – полоса частот линии связи;
Dfи и Dfсл – полоса частот, занимаемая измерительной и служебной информацией соответственно;
Кс – коэффициент сжатия.
Метрологический критерий показывает достижимую точность представления на выходе системы. К нему относятся: показатель верности или критерий приближения к входной функции, значение погрешности представления информации и вероятность появления этой погрешности, значение дополнительной погрешности, появляющейся от введения устройств сжатия в многоканальной телеметрической системе, помехоустойчивость системы.
Экономический критерий показывает целесообразность введения адаптации, т.е. определяет экономический выигрыш от сжатия информации.
В дальнейшем основное внимание будет уделено передающим устройствам АТИС со сжатием данных, так как из-за введения адаптации приемная часть практически остается той же, что приведена и на рис. 1.34.
1.6.1. Телеметрические системы с адаптивной дискретизацией. Прин-
цип действия систем с адаптивной дискретизацией заключается в исключении несущественных координат, что может быть реализовано с помощью специальных устройств – адаптивных временных дискретизаторов (АВД). Структурная схема АТИС с цифровым АВД показана на рис. 1.40. Устройство работает следующим образом. Входные сигналы от датчиков поочередно через коммутатор поступают на АЦП, где происходит преобразование аналогового сигнала в код.
Параллельный код входного сигнала сравнивается в цифровой схеме сравнения (СС) с кодом предыдущего отсчета, поступающего от многоканального запоминающего устройства (ЗУ), которое переключается вместе с коммутатором блоком управления (БУ).
Если значение входного сигнала отличается от значения предыдущего отсчета на величину, превышающую порог срабатывания, который устанавливается в зависимости от заданной допустимой погрешностиdmax , то СС выдает сигнал на схему запуска(СЗ) коммутатора и коммутатор останавливается на данной точке, одновременно открывается ключ (К) и цифровой эквивалент с АЦП подается в устройство защиты от ошибок(УЗО) и записывается новое значение в ЗУ. В УЗО кодовая комбинация кодируется в корректирующем коде и подается в блок считывания (БС). БС передает в линию связи синхрокод, адрес датчика с существенным отсчетом и цифровой эквивалент телеметрируемого параметра. После окончания передачи БС открывает СЗ и коммутатор
69
70
АВД
Датчик 1 
Датчик n |
Коммутатор |
|
Адрес |
|
|
Аналого- |
|
Устройство |
Выход |
|
|
|
|||
|
цифровой |
Ключ 1 |
Блок считыва- |
|
|
преобразова- |
защиты от оши- |
ния |
|
|
|
|||
|
тель |
# |
бок |
|
|
|
|
|
|
Адрес |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адресный режим _ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
запуска |
Стоп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Схема |
|
|
|
Счетчик |
|
|
Ключ 2 |
|
Дешифратор |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
сравнения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# |
1 |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Запоминающее |
|
|
|
Формирова- |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
устройство |
|
|
|
тель уставки |
|
Безадресный режим |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Пуск |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок управле- |
|
|
|
|
Формирова- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
тель синхро- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
сигнала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
n+2 такт |
|
|
Опрос |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Рис. 1.40. Структурная схема КП телеметрической системы c адаптивной дискретизацией
опрашивает следующий датчик. Если же значение отсчета входного сигнала не отличается от значения предыдущего отсчета, т.е. отсчет является избыточным, то СС не срабатывает, коммутатор не останавливается и через определенное время коммутатор подключает ко входу АЦП очередной датчик. При этом БС может передавать в линию связи специальный сигнал(маркер), свидетельствующий о том, что на данной позиции погрешность не достигла максимального значения. Подобным образом происходит опрос всех датчиков.
При фиксированном значении допустимой погрешности аппроксимации, т.е. при фиксированном значении уставки, в устройстве возможно появление больших погрешностей аппроксимации, значительно превышающих допустимые, при появлении очереди из нескольких заявок.
Для исключения случаев появления аномальных погрешностей используется обратная связь по погрешности. Для осуществления обратной связи в устройстве предусмотрены: счетчик, ключ 2, дешифратор и формирователь уставки. Счетчик подсчитывает число неизбыточных отсчетов, а опрос его производится на n+2 такте БУ посредством открытия ключа2. И если число, зафиксированное счетчиком, укажет на возможность появления аномальных погрешностей, дешифратор с выхода 1 выдаст сигнал на формирователь уставки, который устанавливает новый порог срабатывания схемы сравнения. Таким образом, в следующем цикле будут опрошены датчики, у которых погрешность будет наибольшей.
Так как параметры входных сигналов передаются вместе с их адресами, то при высокой активности входных сигналов(много неизбыточных отсчетов) адаптивная адресная передача может оказаться невыгодной. Например, передача всех параметров в одном цикле опроса вместе с адресами является, безусловно, менее рациональной, чем передача тех же параметров в определенном порядке без адресов. Для учета аналогичных ситуаций используется ранее рассмотренный счетчик с другим допустимым числом неизбыточных отсчетов, которое фиксируется дешифратором (выход 2).
В каждом цикле опроса коммутатора подсчитывается число неизбыточных отсчетов счетчиком и сравнивается с допустимым числом этих отсчетов (это условие выполняет дешифратор), рассчитанным из условия равенства объема сигнала при сжатии и при безадресной передаче без сжатия по заранее известной последовательности:
(log N + log M ) × |
N |
= N log M , |
(1.80) |
|
Kc
где N – число измерительных каналов (источников сообщений); M – число уровней квантования сигнала;
Kc – коэффициент сжатия по отсчетам за цикл опроса.
71
Из (1.80) можно получить значение коэффициента сжатия, при котором адаптивная и неадаптивная системы будут иметь одинаковую эффективность (граничный случай):
Kc.гр |
= |
log N |
+ 1. . |
(1.81) |
|
||||
|
|
log M |
|
|
При Kc > Kc.гр эффективной будет адаптивная система с адресами, а при
Kc < Kc.гр большую эффективность будет иметь неадаптивная безадресная си-
стема.
В том случае, когда в каком-либо цикле опроса количество неизбыточных отсчетов достигает заданного, сигнал с выхода 2 дешифратора отключает разряды адреса в БС, открывается на постоянно(на один цикл) схема запуска, осуществляется преобразование параллельного кода параметра в последовательный и передача его в канал связи. Таким образом происходит безадресная неадаптивная передача информации.
Одновременно с неадаптивной передачей в СС происходит сравнение от АЦП и ЗУ и в счетчике подсчитывается число неизбыточных отсчетов за цикл опроса, если число таких отсчетов оказывается меньше допустимого, то устройство переходит в следующем цикле на режим адаптивной работы с адресацией отсчетов. При этом возможен переход в режим с повышенным значением уставки.
Для правильной расшифровки информации на приемной стороне системы кроме кода адреса и параметра необходимо передавать информацию в виде определенной кодовой комбинации о том, какая будет передача – адресная или безадресная.
Учитывая, что длина цикла в зависимости от активности входных сообщений может меняться, то возможен вариант передачи кода конца цикла.
Для согласования характеристик входного потока сообщений с характеристиками канала связи возможна постановка буферного запоминающего устройства в БС. Известно, что погрешность телеметрической системы, ее быстродействие и полоса частот канала связи связаны следующей зависимостью:
log M = TDF log(1 + P Pш ) , |
(1.82) |
где Т – период дискретизации;
DF – полоса частот канала связи;
P, Pш – мощности соответственно сигнала и шума в канале;
Это выражение показывает, что при сохранении заданной погрешности уменьшение полосы частот канала связи приводит к увеличению периода дискретизации сигнала во времени, т.е. к уменьшению быстродействия. Это обстоятельство позволяет предложить самый простой способ сжатия по полосе частот канала связи, заключающейся в записи всей информации в буферное запоминающее устройство (БЗУ) со скоростью, соответствующей максимальной
72
частоте дискретизации сигналов во времени. Считывание информации осуществляется при этом с меньшей скоростью в соответствии с полосой пропускания частот канала связи.
1.6.2. Телеметрические системы с адаптивной коммутацией. Принцип действия систем с адаптивной коммутацией заключается в следующем. Выбирается некоторая частота опроса измерительных каналов АТИС и при помощи специальных устройств-анализаторов активности сигналов(ААС) определяется канал с наибольшей погрешностью. Значения измеряемой величины в этом канале и передаются на ПУ. Тактовая частота передачи измерительной информации по каналу связи остается постоянной, меньшей чем при равномерной временной дискретизации, этим и достигается сжатие данных. Сигналы измерительной информации каждого канала сопровождаются так называемой -ад ресной посылкой, указывающей номер измерительного канала. Структурная схема передающего устройства АТИС с адаптивной коммутацией и цифровым ААС приведена на рис. 1.41.
Устройство работает следующим образом. По окончании считывания предыдущего отсчета БС выдает сигнал на БУ, разрешающий прохождение импульсов управления с БУ на коммутатор измерительных сигналов. Ко входу АЦП подключается первый измерительный канал, где преобразуется в цифровой эквивалент, который записывается в буферное запоминающее устройство (БЗУ), и одновременно поступает на один из входов цифровой схемы сравнения (СС). На второй вход этой схемы с ЗУ поступает цифровой эквивалент предыдущего значения. Разностный цифровой сигнал, пропорциональный текущей погрешности, подается в блок выделения максимальной погрешности (БВМП). И в блоке памяти адресов(БПА) фиксируется код первого канала. При дальнейшем поступлении импульсов управления из БУ коммутатор опрашивает подряд все датчики.
Схема сравнения определяет текущие значения погрешностей, и их цифровые эквиваленты поступают по очереди на БВМП. Если цифровой эквивалент очередной погрешности превышает цифровой эквивалент погрешностей предыдущих каналов, то БВМП выдает импульс в БПА, в который записывается адрес данного канала.
По окончании опроса всех датчиков БУ производит опрос БПА. Адрес канала с максимальной погрешностью подается через ключ2 в БЗУ и БС. Одновременно сигналом из БУ открывается ключ 1, через который из БЗУ поступит в УЗО кодовая комбинация измерительного канала, у которого максимальная погрешность. Закодированная кодовая комбинация в помехозащищенном коде поступает в БС. Блок считывания формирует кадр, т.е. передает в канал связи синхрокод, адрес датчика с максимальной погрешностью и его цифровой эквивалент. После чего по сигналу с БС начинается новый цикл. Если будет зафиксировано несколько каналов с одинаковой максимальной погрешностью, то в первую очередь будет опрошен канал с меньшим номером.
73
74
А
Датчик 1 
Коммутатор
Датчик n
ееее
Аналого- |
|
Буферное |
цифровой |
|
запомина- |
преобразова- |
|
ющее |
|
|
|
Ключ 1 |
Устройство |
защиты от |
|
|
ошибок |
Блок Выход считывания
Адрес |
|
|
Адрес |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок выделения |
|
|
|
|
|
Схема |
|
Блок памяти |
|
|
||
|
|
максимальной |
|
|
Ключ 2 |
||
|
сравнения |
|
|
адресов |
|
||
|
|
погрешности |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Считывание
Запоминающее
устройство
Запись
Блок управле- |
n+2 такт |
|
|
ния |
|
|
Формирователь |
Пуск |
синхросигнала |
Рис. 1.41. Структурная схема КП телеметрической системы c адаптивной коммутацией
Достоинством данной схемы является то, что она может полностью быть реализована на элементах цифровой техники, а в случае применения микроконтроллеров позволит программными методами изменять частоту опроса датчиков, а также вводить обратную связь по погрешности и определять очередность передачи информации от измерительных каналов.
Вобщем случае адаптивная коммутация представляет собой способ изменения частоты опроса источников измерительных сообщений в соответствии со скоростью изменения входного сигнала.
1.6.3. Телеметрические системы с автоматическим регулированием частоты опроса датчиков. Рассмотренную выше АТИС с адаптивной коммутацией целесообразно использовать с случае, когда входные сигналы системы некоррелированы, так как иначе возникают значительные дополнительные погрешности из-за ожидания в очереди и уменьшение этих погрешностей требует принятия специальных мер (например введения обратных связей), что усложняет систему. При сильной корреляции входных сигналов, т.е. в случае, если входные сигналы меняются одновременно, возможно использование метода автоматического регулирования частоты опроса датчиков, позволяющего получить сжатие по отсчетам при меньших аппаратурных затратах. Структурная схема КП телеметрической системы с автоматическим регулированием частоты опроса датчиков приведена на рис. 1.42.
Вданном устройстве все каналы опрашиваются поочередно друг за другом по сигналам блока управления через коммутатор. Частота опроса определяется синтезатором частот. Входные сигналы от датчиков поочередно поступают на АЦП, где происходит преобразование аналогового сигнала k-в разрядный код. Параллельный код входного сигнала сравнивается в цифровой схеме сравнения с кодом предыдущего отсчета своего канала, поступающего от многоканального запоминающего устройства.
Если значение входного сигнала отличается от значения предыдущего отсчета на величину, превышающую порог срабатывания, который определяется допустимой погрешностью, то на входе СС появляется логическая единица, которая поступает в счетчик. Таким образом, за полный цикл в счетчике будет зафиксировано число неизбыточных отсчетов. Кодовая комбинация с
выхода АЦП в параллельном виде поступает в УЗО и одновременно через ключ 2, который управляется импульсами от БУ, записывается в многоканальное ЗУ и будет участвовать в сравнении в следующем цикле. Кодовые комбинации, закодированные в помехозащищенном коде, из УЗО поступают в БС, где преобразуются в последовательный код и совместно с синхросигналом поступают в передатчик. После окончания передачи информации от всех каналов БС запускает БУ и цикл повторяется. Блок управления после преобразования информации от всех каналов через ключ1 опрашивает счетчик неизбыточных отсчетов. Дешифратор выдает пропорциональный записанному в счетчике числу сигнал на синтезатор частот, который изменяет частоту тактовых импульсов (скорость опроса датчиков). Таким образом, частота опроса датчиков зависит от суммарной допустимой погрешности по всем каналам.
75
76
АВД
Датчик 1 
Коммутатор
Датчик n
ееее
Аналого- |
|
|
|
|
Выход |
Устройство защи- |
|
|
|||
цифровой |
|
|
Блок считыва- |
|
|
преобразова- |
|
ты |
|
ния |
|
Адрес |
Схема сравне- |
Счетчик |
Ключ 1 |
Дешифратор |
|
ния |
|
|
|
#
Запоминающее |
|
|
|
|
|
Ключ 2 |
|
Синтезатор |
|
устройство |
|
|
||
|
|
|
частот |
|
|
|
|
|
|
|
# |
|||
|
|
|
||
Устройство |
|
|
||
задержки |
|
|
|
|
n+2 такт
Блок управления
Формирователь |
|
синхросигнала |
Передача |
Пуск
Рис. 1.42. Структурная схема КП телеметрической системы c автоматическим регулированием частоты опроса датчиков
Применяя в данных устройствах микроконтроллеры, можно реализовать любой алгоритм автоматического регулирования частоты опроса датчиков: по максимальной погрешности, по наиболее быстро изменяющимся входным сигналам, по суммарной погрешности и т.д.
1.6.4. Телеметрические системы с рациональным построением теле-
метрического кадра. Рассмотрим телеметрическую систему с сокращением количества информации не за счет предварительного вычисления погрешности аппроксимации, а за счет рационального построения телеметрического кадра. Данное устройство позволяет передать код параметра и коды адресов тех датчиков, сигналы которых в данный момент равны между собой, погрешностью, определяемой квантованием сигнала по уровню, в одном телеметрическом кадре. Структурная схема КП системы с рациональным построением телеметрического кадра представлена на рис. 1.43.
Устройство работает следующим образом. По сигналу с БУ входные параметры поступают через коммутатор на АЦП, где происходит их преобразование в код. Код входного параметра сравнивается с кодом этого же параметра
впредыдущей точке отсчета, записанного в ЗУ. Если абсолютное значение разности данного и предыдущего отсчетов меньше шага квантования, то СС закрывает ключ и не пропускает текущую кодовую комбинацию на входбу ферной памяти (БП). Если эта разность оказывается больше шага квантования, то текущая кодовая комбинация передается в БП. Таким образом осуществляется адаптивная дискретизация входных сигналов и все неизбыточные отсчеты записываются в БП. Далее, с одного из выходов БУ поступает сигнал на анализатор сигналов (АС), разрешающий сравнение кодов всех входных параметров, записанных в БП, между собой. Предположим, что сравнение начинается с кодовой комбинации параметра первого канала. Эта кодовая комбинация сравнивается с кодовыми комбинациями всех других каналов, и, если такая же кодовая комбинация встречается в одном или нескольких других каналах, то АС последовательно выдает сигнал для формирования кодов адресов каналов, которым принадлежит рассматриваемая кодовая комбинация. По окончании формирования кода адреса последнего канала, входящего в это группу каналов,
вБП от блока памяти адресов (БПА) подается сигнал считывания данной кодовой комбинации, которая вслед за кодами адресов каналов, соответствующих этой кодовой комбинации, через формирователь кадра поступает в БС. При отсутствии кодовой комбинации данного канала в остальных каналах БПА выдается сигнал на формирование кода адреса только данного канала, измерительная кодовая комбинация подмешивается к коду вышеуказанным способом.
Затем производится анализ кодовой комбинации второго канала с кодовыми комбинациями остальных каналов и т.д. Учитывая, что устройство работает в относительном масштабе времени, то в начале каждого телеметрического кадра передается кодовая комбинация текущего времени.
Вработе рассматриваемого передающего устройства можно выделить два граничных случая.
77
78
Рис. 1.43. Структурная схема КП телеметрической системы с рациональным построением телеметрического кадра
-Мгновенные значения сигналов датчиков в одном телеметрическом кадре одинаковы. При этом будет достигнута максимальная эффективность, так как будут переданы все номера датчиков и лишь один код параметра.
-Мгновенные значения сигналов датчиков распределены по всем - воз можным уровням квантования. Эффективность передающего устройства в этом случае минимальна.
Определим коэффициент сжатия для граничных случаев по числу двоичных знаков, передаваемых устройством за все время работы. Введем следующие обозначения: M – число уровней квантования; N – число датчиков;
m =logM – число разрядов кода параметра; n = longN – число разрядов кода номера датчика.
Число двоичных знаков в одном телеметрическом кадре, передаваемых неадаптивной адресной многоканальной телеметрической системой, определя-
ется выражением |
|
H = N (m + n). |
(1.83) |
Для рассматриваемой адаптивной системы минимальное число двоичных знаков, получающихся в первом граничном случае, будет
H ад min = m + nN. |
(1.84) |
Максимальное число двоичных знаков для рассматриваемой адаптивной системы (второй граничный случай) при M<N определяется выражением
H ад max = mM + nN. |
(1.85) |
Коэффициент сжатия данных определяется отношением числа двоичных знаков в неадаптивной системе к числу двоичных знаков в адаптивной системе и изменяется в этом случае от
Kc min = |
H |
= |
N (m + n) |
, |
(1.86) |
|
H ад max |
mM + nN |
|||||
|
|
|
|
до
Kcmax = |
H |
= |
N (m + n) |
. |
(1.87) |
H ад min |
|
||||
|
|
m + nN |
|
||
Если все сигналы датчиков независимы и имеют равномерное распределение мгновенных значений, то среднее число различных уровней квантования, передаваемых в одном телеметрическом кадре, будет равно [4]
M ср = M (1 - e |
-N |
(1.88) |
M ). |
||
|
|
79 |
Среднее число двоичных знаков в одном кадре рассматриваемой ТИС:
H ад ср = mM ср + nN. |
|
|
(1.89) |
|||
При этом коэффициент сжатия информации: |
|
|
|
|||
Kc = |
|
|
log MN |
. |
(1.90) |
|
M |
|
- N |
|
|
|
|
|
|
(1 - e |
M ) log M |
+ log N |
|
|
|
|
|
||||
N
Анализ выражения (1.90) показывает, что для получения высоких коэффициентов сжатия информации необходимо сочетание методов рационального построения телеметрического кадра и адаптивной дискретизации в каждом ка-
нале (рис. 1.43).
1.6.5. Использование сжатия данных для улучшения характеристик телеметрических систем. В системах ТИ сжатие данных не является самоцелью, а применяется для улучшения какой-либо характеристики. Наибольшее распространение получило: уменьшение полосы частот в канале связи; уменьшение расхода энергии, необходимой для передачи измерительной информации; повышение помехоустойчивости.
В ряде случаев погрешность, обусловленная шумами канала связи, является доминирующей, поэтому вопросы повышения помехоустойчивости становятся первостепенными. Это относится, в первую очередь, к радиотелеметрическим системам, в частности космическим, в которых энергетические ограничения должны учитываться прежде всего. Для таких систем повышение помехоустойчивости – это выигрыш в дальности действия и в габаритах источников питания, повышение достоверности передаваемых данных и экономический эффект [4].
Возможными путями для использования сокращения избыточности с целью повышения помехоустойчивости систем телеизмерения могут быть следующие: регулирование пиковой мощности передатчика при сохранении средней мощности или средней потребляемой энергии; изменение параметров модулятора либо переход на более помехоустойчивый вид модуляции; целенаправленное введение временной избыточности после сокращения избыточности первоначального сигнала.
80