Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЗВ'ЯЗКУ

УДК 621.396.662.072.6.078

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ СИСТЕМ ФАЗОВОГО АВТОПІДСТРОЮВАННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕКСТРАПОЛЮЮЧИХ КОРИГУЮЧИХ ПРИСТРОЇВ

05.12.13 - Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій

ОХТЕНЬ ОЛЕГ ІВАНОВИЧ

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському інституті зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова.

Науковий керівник:

Стеклов Василь Купріянович, Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедрою інформаційних технологій Київського інституту зв'язку.

Офіційні опоненти:

Зайцев Григорій Фролович, Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор старший науковий співробітник УНДІЗ.

Мухін Олександр Михайлович, Заслужений діяч освіти України, кандидат технічних наук, директор Київського коледжу зв'язку.

Провідна організація - Відкрите акціонерне товариство, науково-виробниче підприємство "САТУРН" Міністерства промислової політики України (м. Київ).

Захист відбудеться "12" грудня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.849.01 при Українському науково-дослідному інституті зв'язку за адресою: м. Київ-110, 03680, вул. Солом'янська, 13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту зв'язку.

Автореферат розісланий "07" листопада 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.Ф. Михайлов.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вирішення задач, поставленим перед Державним комітетом зв'язку і інформатизації України і спрямованих на підвищення ефективності використання засобів зв'язку, багато в чому залежить від поліпшення показників якості окремих локальних пристроїв систем зв'язку. До таких пристроїв, зокрема, відносяться системи фазового автопідстроювання.

Системи фазового автопідстроювання (ФАП) знаходять саме широке застосування в техніці зв'язку. Це, зокрема, демодулятори відстеження цифрових частотно-модульованих (ЧМ) сигналів, що володіють підвищеною завадостійкістю.

Системи ФАП широко використовуються при демодуляції цифрових ФМ сигналів, в частотних синтезаторах, де за допомогою ФАП полегшується вирішення задачі стабільності частоти і спектральної чистоти вихідного коливання; при побудові регенеративних дільників і помножувачів частоти, де шляхом побудови вузькосмугової замкненої ФАП з опорного сигналу, спотвореного завадами, можна одержати порівняно вільний від джиттера субгармонійний когерентний сигнал; при розробці схем фільтрації спектральної складової сигналу на фоні шумів; при побудові високодобротних і смугових загороджувальних фільтрів з відстежувальною настройкою за середньою частотою; при побудові систем когерентної фазової або частотної модуляції; при управлінні фазованими антенними ґратками і побудові когерентних дальномірних систем; у підсилювачах для усунення фазових набігів. Методи фазової синхронізації широко використовуються в системах ІКМ для виділення тактового сигналу безпосередньо з передавальної інформаційної послідовності; в апаратурі передачі даних, а також для стабілізації частоти генератора. Системи ФАП використовуються в приймачах амплітудно-модульованих сигналів; у радіотехнічних приймально-вимірювальних комплексах; для підвищення точності апаратури запису-відтворення інформації на магнітному носії і ін.

Як випливає з вищевикладеного, система ФАП є найпоширенішою в техніці зв'язку. Від показників якості ФАП багато в чому залежить ефективність системи зв'язку, вірність переданої від джерела до одержувача інформації та ін.

Основними показниками системи ФАП є точність в усталених режимах і швидкодія. Тому тема дисертаційної роботи, присвячена вирішенню задачі поліпшення основних показників якості системи ФАП, особливо актуальна.

Вирішенню проблеми підвищення точності і швидкодії систем ФАП присвячено багато робіт вітчизняних і закордонних вчених. Успіхи розвитку теорії систем ФАП пов'язані з іменами таких вчених як: Белюстіна Л.М., Капланов М.Р., Артим А.Д., Шахгильдян В.В., Первачев С.В., Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К., Скляренко С.М., Жодзішський М.І., Вітербі В.Д., Поліщук В.Г., Банкет В.Л., Гостєв В.І., Фомін А.Ф., Андреєв А.І., Беркман Л.Н., Борщ В.І. та ін.

У відомій науково-технічній літературі рішення задач підвищення точності і швидкодії систем ФАП у класі систем із принципом керування за відхиленням мають істотний недолік, який полягає в тому, що зміна параметрів замкненого контуру системи ФАП у напрямку зменшення фазової похибки призводить до збільшення тривалості перехідного процесу і до зменшення запасу стійкості. Тому при виборі параметрів замкненого контуру системи ФАП необхідно приймати компромісне рішення, що задовольняє необхідним точності й стійкості.

В ряді випадків поліпшення показників якості системи ФАП можна досягнути шляхом запису сигналу в даний момент часу і зчитування його на наступному тактовому інтервалі n раз, але це пов'язано з появою додаткових спотворень, що виникають в пристроях запису-відтворення. Проте наявність n гілок для паралельної обробки інформації істотно ускладнює конструкцію системи ФАП. фазове автопідстроювання екстраполюючий коригуючий

В ряді робіт вирішується задача підвищення точності та швидкодії в класі комбінованих систем ФАП, систем ФАП з диференціальними зв'язками, а також в класі ітераційних систем ФАП. Однак розроблені системи ФАП вказаних класів в багатьох випадках достатньо складні в реалізації.

Застосування адаптивних систем ФАП, що містять канали грубого і точного настроювання, також не вільні від основного недоліку, властивого системам ФАП із принципом керування за відхиленням.

Проте не зважаючи на недоліки властиві системам ФАП із принципом керування за відхиленням і велику кількість робіт, присвячених їхньому дослідженню, все ж багато важливих практичних і наукових питань при застосуванні систем ФАП у техніці зв'язку ще не досліджені.

Практично не досліджені системи ФАП з екстраполюючими коригуючими пристроями (ЕКП). Не вирішені завдання підвищення точності систем ФАП з ЕКП. Не розглянуті питання побудови ЕКП для систем ФАП, не розроблена методика наближеного аналізу характеристик точності систем ФАП з ЕКП. Не досліджена чутливість систем ФАП з ЕКП та не розроблені нові структури систем ФАП з ЕКП при різних включеннях ЕКП. Не вирішена задача оцінки стійкості систем ФАП з ЕКП і не розглянуті питання компенсації нелінійностей типу насичення та зони нечутливості.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення точності та швидкодії систем фазового автопідстроювання пристроїв зв'язку. Об'єктом досліджень є системи фазового автопідстроювання з екстраполюючими коригуючими пристроями, а предметом досліджень - точність, швидкодія, стійкість і перехідні процеси систем ФАП. Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

- розробка методик синтезу і дослідження розімкнених систем ФАП;

- синтез структур екстраполюючих коригуючих пристроїв та їх дослідження;

- розробка нових структур систем ФАП з ЕКП і дослідження характеристик їх точності;

- дослідження стійкості структур систем ФАП з ЕКП;

- аналіз характеристик точності систем ФАП з ЕКП в усталених режимах за допомогою еквівалентних неперервних структур;

- розробка за допомогою ЕКП засобів компенсації нелінійностей типу зони нечутливості та насичення.

Методи дослідження, що використані в роботі:

методи моделювання на аналогових і цифрових ЕОМ; спектральний і операторний методи рішення неоднорідних диференціальних рівнянь; методи теорії інваріантності та чутливості; теорія дискретних (цифрових) систем управління; теорія оптимального управління.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Запропоновані і досліджені нові структури аналогових і цифрових розімкнених систем ФАП та одержані умови, за яких статична система ФАП перетворюється в астатичну з порядком астатизму, рівним одиниці. Вирішена задача побудови оптимальної за швидкодією розімкненої системи ФАП з різними типами фільтрів.

2. Одержані нові структури ЕКП, які використовуються для підвищення точності систем ФАП, та спосіб інтегрування, який містить неперервне та імпульсне інтегрування і дозволяє усунути неоднакову точність формування інтегралу на всьому інтервалі інтегрування та збільшити його час.

3. Запропоновані структури систем ФАП з ЕКП: при імпульсному зв'язку ЕКП з прямими (основним) замкненим контуром системи ФАП, де імпульсний елемент та фіксатор винесені із прямого ланцюга; структура системи з двома екстраполюючими каналами в колі місцевого зворотного зв'язку, які дозволяють підвищити її точність в усталених динамічних режимах. Одержані результати досліджень стійкості та точності запропонованих систем ФАП з ЕКП.

4. На основі аналізу перехідних процесів в системі ФАП з ЕКП показано, що цей процес залежить від величини часового зсуву між моментом прикладення сигналу імпульсного зв'язку та початком задавального діяння. Для усунення впливу сигналу ЕКП на перехідний процес коригуємої системи запропонована система ФАП, в які моменти початку перехідного процесу здійснюється скид сигналу корекції з одночасним відключенням імпульсного зв'язку від замкненням контуру.

5. Запропонована методика аналізу характеристик точності, при якій імпульсна структура системи ФАП з ЕКП замінюється еквівалентною їй неперервною структурою, динаміка якої в усталених режимах аналогічна динаміці системи ФАП з ЕКП. Одержані нові результати дослідження впливу відхилень параметрів замкненої системи ФАП з ЕКП на точність в усталених режимах за допомогою функцій чутливості при повільно зміцнювальних задавальних діяннях та запропоновані засоби усунення негативного впливу нелінійностей типа зони нечутливості та насичення на точність шляхом їх технічної компенсації за допомогою ЕКП.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, наведених в роботі, досягаються коректним використанням методів досліджень та математичного апарату, підтверджується результатами експериментальних досліджень та моделювання на ЕОМ.

Наукове значення роботи. Наукові положення, отримані в дисертаційній роботі, є наступним кроком у розвитку теорії систем фазового автопідстроювання, а їх застосування при розробці та впроваджені конкретних пристроїв зв'язку при використанні систем ФАП з ЕКП дозволяє підвищити точність та швидкодію.

Практичні значення отриманих результатів. Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування в розробках Українського науково-дослідного інституту зв'язку, в учбовому процесі Київського інституту зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова, що підтверджується актами впровадження, наведеними в додатку до дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто автором проведені наступні дослідження: розробка та дослідження нових структур розімкнених систем ФАП; запропоновані нові структури ЕКП та систем ФАП з ЕКП; виконано аналіз перехідних процесів і стійкість систем ФАП з ЕКП та запропонована методика аналізу характеристик точності систем ФАП з ЕКП на основі неперервних еквівалентних структур; дослідження впливу параметричних збурень систем ФАП з ЕКП та запропоновані засоби усунення негативного впливу нелінійностей типу зони нечутливості та насичення на точність шляхом їх технічної компенсації за допомогою ЕКП.

Зв'язок роботи з науковими програмами. планами, темами. Вибране направлення наукових досліджень безпосередньо зв'язано з направленням науково-дослідних робіт, які виконувались на протязі 1995-2002 років, в Київському інституті зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова та Українського науково-дослідного інституту зв'язку по впровадженню локальних пристроїв в зв'язку, зокрема систем фазового автопідстроювання та синхронізації (державні реєстр. №01010002658; 01970013223; 01010000513).

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи доповідались на науково-технічних семінарах професорсько-викладацького складу та наукових співробітників Київського інституту зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова (Київ, 1998-2002р.р.); на науково-методичному семінарі "Нові інформаційні технології та сучасне обладнання" (Київ, КІЗ УДАЗ ім. О.С. Попова, 2000р.); на V Міжнародній НТК по телекомунікаціям (Одеса, 2001р.); на III Міжнародній науково-практичній конференції. "Системи и засоби передачі та обробки інформації" - Одеса, 2001 "ССПОИ - 2001"; на ювілейній Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні і майбутні інформаційні технології", присвяченій 70-річчю УДАЗ ім. О.С. Попова (Київ, 2000р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 наукових праць і один навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів за напрямком "Телекомунікації".

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 161 сторінок друкарського тексту, у тому числі містить 37 с. рисунків та таблиць, 9 с. списку використаних джерел та 5с. додатків.

Положення, що виносяться на захист:

1. Нові структури неперервних та цифрових розімкнених систем ФАП та результати їх дослідження;

2. Нові структури ЕКП для підвищення точності систем ФАП і нові структури систем ФАП с ЕКП та результати їх дослідження;

3. Результати дослідження систем ФАП з ЕКП на основі еквівалентних неперервних структур;

4. Засоби усунення за допомогою ЕКП негативного впливу нелінійностей типу зони нечутливості та насичення на точність та швидкодію систем ФАП з ЕКП.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ розкриває сутність наукової задачі побудови систем ФАП з ЕКП високої точності та швидкодії, обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи; сформульовані мета, завдання і методи дослідження; перелічені основні наукові результати, показане їх наукове і практичне значення.

У першому розділі досліджується структура розімкненої системи ФАП з різними видами фільтрів нижніх частот при вхідних сигналах з кінцевим числом похідних. Розглянуті особливості побудови цифрових розімкнених систем ФАП, запропоновані структури оптимальних по швидкодії розімкнених систем ФАП. Система ФАП підстроює фазу керованої напруги

за фазою напруги

.

Різниця фаз напруг і (задавальне діяння)

.

При східчастій зміні задавального діяння усталене значення фазової похибки визначається виразом:

,

де - коефіцієнт передачі розімкненої системи ФАП.

При значення усталеної фазової похибки і статична розімкнена система ФАП перетворюється в астатичну з порядком астатизму, рівним одиниці. При

і значення усталеної фазової похибки має значення

,

де - стала часу фільтра. Таким чином, усталена фазова похибка розімкненої системи ФАП дорівнює величині, що залежить від та швидкості зміни різниці фаз напруг і .

У розділі досліджена точність розімкненої системи ФАП при різних видах фільтрів і запропоновані структури розімкнених цифрових систем ФАП на основі цифрових фазових дискримінаторів, цифрових фільтрів та цифрових фазообертачів. Запропоновано структуру оптимальної за швидкодією розімкненої системи фазового автопідстроювання. На основі принципу максимуму Понтрягіна сигнал управління генерується пристроєм управління, послідовно включеним з функціонально необхідними елементами, максимально можливої амплітуди і моменти його переключення залежать від початкової неузгодженості фаз і сталих часу.

Другий розділ присвячений розробці багатоцільових імпульсних екстраполюючих коригуючих пристроїв (ЕКП), їхньому структурному синтезу і корекції систем ФАП за допомогою ЕКП. Функціональна схема ЕКП зображена на рис. 1.а, де - вхідний і вихідний сигнали й екстраполюючий сигнал відповідно. Формування сигналу в екстраполюючому накопичувачі здійснюється в такий спосіб. У момент першого тактового імпульсу , що надходить з генератора тактових імпульсів ГТІ виміряється і фіксується на фіксуючому елементі ФЕ 1 сигнал, пропорційний вхідному сигналу , після того ланцюг вимірювання розмикається і сигнал з виходу ФЕ 1 надходить на вхід суматора С, де підсумовується з вхідним сигналом і у виді сигналу надходить на вихід пристрою. У момент другого і наступних тактових імпульсів вимірюється і фіксується сумарний сигнал, що складається із сигналу, який був зафіксований у момент першого чи попереднього тактового імпульсу, і поточного вхідного сигналу. Передаточна функція фіксатора нульового порядку визначається виразом

.

Неперервний сигнал, пропорційний інтегралу від вхідного впливу, на виході накопичувача апроксимується східчастим сигналом, площа під ним може бути представлена у виді суми прямокутників. У багатьох випадках точність інтегрування за допомогою таких пристроїв недостатня. У розділі на основі ЕКП запропонована структура інтегруючого пристрою, що дозволяє усунути недоліки неперервного інтегратора, яким є: неоднакова точність формування інтеграла на всьому інтервалі інтегрування; обмежений час інтегрування, обумовлений лінійною зоною; постійною часу і нелінійністю вихідної характеристики. У запропонованому пристрої поєднується неперервне і імпульсне інтегрування. Сутність полягає в розділенні часу інтегрування на окремі ділянки, у межах кожної з яких здійснюють інтегрування й обнуління проінтегрованого сигналу. Відмінною рисою способу є те, що в момент закінчення кожного поточного періоду інтегрування, фіксується сумарний сигнал, що складається з сигналу, зафіксованого в момент закінчення кожного попереднього періоду, і сигнал інтегрування в момент закінчення поточного періоду, при цьому зафіксований сумарний сигнал підсумовується з поточним сигналом інтегрування наступного періоду.

В розділі пропонується структура ЕКП з двома замкненими екстраполюючими каналами. Один з них формує прямокутний екстраполюючий, а другий формує екстраполюючий сигнали, у яких швидкість на даному часовому інтервалі постійна і пропорційна похибці від сигналу в момент вимірювання. Вихідний сигнал двоканального ЕКП дорівнює сумі вихідних сигналів першого й другого каналів.

Розроблені ЕКП використовуються для корекції систем ФАП з метою підвищення їхньої точності в усталених режимах. На рис. 1.б, зображена структурна схема системи ФАП з ЕКП з одним екстраполюючим каналом, де ЕП - елемент порівняння; - зображення задавального діяння, керованої величини (різниця фаз вхідної та вихідної напруг керованого фазообертача), фазової похибки відповідно; - передаточна функція системи ФАП без ЕКП в розімкненому стані; - передаточна функція фіксатора нульового порядку. На відміну від імпульсних систем ФАП, де в каналі управління є імпульсний елемент і фіксатор, що перетворюють імпульсний сигнал у неперервний. У розглянутій структурі імпульсний елемент і фіксатор винесені з прямого ланцюга замкненого контуру і призначені для екстраполяції коригуючого сигналу.

Сутність запропонованого способу корекції систем ФАП полягає в тому, що в момент короткого імпульсу вимірюється і фіксується сигнал, пропорційний амплітуді фазової похибки, після чого ланцюг вимірювання розмикається і на інтервалі часу екстраполюється прямокутний коригуючий сигнал.

Рис. 1

Отриманий у такий спосіб коригуючий сигнал підсумовується із сигналом прямого ланцюга замкненого контуру. У момент наступного імпульсу вимірюється і фіксується сумарний сигнал, що складається з коригувального сигналу, сформованого в момент попереднього імпульсу , і значення сигналу похибки, отриманої після завершення перехідного процесу від попереднього східчастого сигналу. Графіки зміни перемінних у системі ФАП з ЕКП зображені на рис. 1.в. З графіків випливає, що похибка в системі ФАП з ЕКП зменшується: , де - похибка в системі ФАП без ЕКП.

У розділі також вирішена задача підвищення точності систем ФАП з ЕКП, коли ЕКП розташований в ланцюзі місцевого зворотного зв'язку.

У третьому розділі вирішується завдання дослідження стійкості систем ФАП з ЕКП, аналіз характеристик їх точності та перехідного процесу. Показано, що для системи першого порядку ФАП з ЕКП стійкість забезпечується при виконані умов та , де - період імпульсного зв'язку; - коефіцієнт передачі системи ФАП у розімкненому стані. Для коригуємої системи ФАП другого порядку показано, що якщо період імпульсного зв'язку ЕКП з прямим контуром системи ФАП більше тривалості перехідного процесу, викликаного коригуючим сигналом, то стійкість систем ФАП другого порядку визначається тільки виразом , Т - стала часу.

Для систем ФАП з ЕКП третього порядку показано, що при періоді імпульсного зв'язку, рівному тривалості перехідного процесу коригуємої системи, викликаного задавальним діянням, ЕКП не впливає на стійкість коригуємої системи ФАП. Те ж має місце й у випадку, коли період імпульсного зв'язку більше і дорівнює тривалості перехідного процесу, викликаного коригуючим сигналом. Висновки справедливі і для систем більш високого порядку.

В розділі наведено результати дослідження для систем ФАП з ЕКП, розташованим у ланцюзі місцевого зворотного зв'язку. Для системи ФАП першого порядку з ЕКП в зворотному зв'язку умова стійкості має вид

,

де - коефіцієнт зворотного зв'язку.

Показано, що при тривалості періоду імпульсного зв'язку більше тривалості перехідного процесу, викликаного коригуючим сигналом, система ФАП з ЕКП в колі місцевого зворотного зв'язку стійка.

В розділі досліджується точність систем ФАП з ЕКП. При досліджені використовується метод коефіцієнтів похибок. Показано, що як у системі ФАП з одним екстраполюючим каналом, так і у системі з двома каналами порядок астатизму збільшується тільки на одиницю. При цьому другий екстраполюючий канал коригує зміни швидкісної складової фазової похибки в проміжку між тактовими імпульсами.

У розділі показано, що перехідний процес системи ФАП з ЕКП залежить від величини часового зсуву між моментом включення імпульсного зв'язку і початком перехідного процесу системи ФАП при східчастому задавальному діянні. Для усунення впливу екстраполюючого коригуючого сигналу на перехідний процес, обумовлений задавальним діянням, коригуємої системи запропонована система ФАП з ЕКП, у якій у момент початку перехідного процесу відбувається скидання коригувального сигналу з одночасним відключенням імпульсного зв'язку.

Четвертий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці методики аналізу характеристик точності систем ФАП в усталених режимах за допомогою еквівалентних неперервних структур допоміжних систем, аналізу впливу параметричних збурювань на точність і компенсації типових нелінійностей.

Аналіз характеристик точності систем ФАП з ЕКП, використовуючи z - перетворення, для систем ФАП із двома екстраполюючими каналами являє собою складну задачу, при цьому складність тим більше, чим вище порядок передаточної функції . Тому найбільш перспективний спосіб аналізу дискретної структурної схеми системи ФАП з ЕКП полягає в заміні її еквівалентною неперервною системою, динаміка якої в усталеному режимі близька до динаміки системи ФАП з ЕКП. Показано, що використовуючи два екстраполюючих канали для підвищення точності в усталених режимах, можна підвищити порядок астатизму на два порядки (з до ). При цьому усуваються складові похибки, обумовлені швидкістю та прискоренням задавального діяння.

Практична реалізація неперервних систем ФАП з ЕКП поряд з вимогами підвищення порядку астатизму і стійкості ставить задачі визначення допусків на параметри елементів системи ФАП чи, навпаки, оцінки складових фазової похибки при відомих можливих відхиленнях параметрів. У розділі показано, що поряд зі збільшенням точності ЕКП зменшує чутливість системи ФАП до відхилень параметрів її елементів від їхніх номінальних значень. Зокрема, для конкретного приклада, приведеного в розділі, вплив на точність у сталому режимі в 50 разів менше, ніж у системі ФАП без ЕКП. У ряді випадків досягається параметрична інваріантність.

У розділі виконаний аналіз впливу нелінійності типу зони нечутливості при різних місцях розташування ЕКП в замкненому контурі системи ФАП відносно інтегруючої ланки на точність. Запропонована структур нелінійної системи ФАП з ЕКП, в який забезпечується компенсація зони нечутливості.

У системах ФАП пред'являються жорсткі вимоги до лінійності характеристик попереднього підсилювача. Це пояснюється тим, що на вхідний корисний сигнал часто накладається квадратурна завада, що зменшує коефіцієнт підсилення на виході за зону лінійності статистичної характеристики попереднього підсилювача. Крім того, на вхідний корисний сигнал можуть бути накладені різні завади. Для збереження коефіцієнта підсилення підсилювача незмінним при великих рівнях шуму, що перевищують лінійну зону характеристики підсилювача з насиченням, потрібно розширення цієї лінійної зони. Необхідність розширення лінійної зони попереднього підсилювача викладається не тільки наявністю різного роду перешкод, але і тим, що на виході попереднього підсилювача, звичайно включаються лінійні коригуючі ланцюги, ефективність яких також залежить від ширини лінійної зони статичних характеристик попередніх елементів. Таким чином, тільки компенсація нелінійності може привести до поліпшення показників якості системи ФАП з насиченням. Застосування ЕКП для корекції фазової похибки системи ФАП вирішує одночасно задачу компенсації нелінійності типу насичення, що еквівалентно розширенню лінійної зони статичної характеристики підсилювача замкненої системи ФАП.

Показано, що розширення лінійної зони статичної характеристика нелінійності типу насичення може бути здійснене за допомогою ЕКП не тільки в два рази, але в загальному випадку, і в n раз. Необхідною умовою для цього повинна бути відповідною лінійна зона статичної характеристики суматора, на вхід якого надходить сигнал з виходу попереднього підсилювача і сигнал з виходу ЕКП.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній роботі містить вирішення задачі підвищення точності та швидкодії систем ФАП в класі систем з екстраполюючими коригуючими пристроями, призначених для фільтрації несучої та кутової демодуляції в когерентних системах зв'язку, а також в апаратурі зв'язку для реалізації пристроїв тактової синхронізації і усунення фазових зсувів в підсилювачах та інших в пристроях.

Основними результатами дисертаційної роботи є розробка нових структур систем ФАП з ЕКП, методик їх синтезу і аналіз систем ФАП високої точності та швидкодії.

В дисертації отримані наступні теоретичні і практичні результати:

1. Запропоновані і досліджені структури аналогових і цифрових розімкнених систем ФАП. Одержані умови, за яких статична система ФАП перетворюється в астатичну систему з порядком астатизму, дорівнюючим одиниці.

2. Вирішена задача побудови оптимальної за швидкодією розімкненої системи ФАП з різними типами фільтрів нижніх частот.

3. Одержані нові структури ЕКП, які використовуються для підвищення точності систем ФАП, та спосіб інтегрування, який містить неперервне та імпульсне інтегрування і дозволяє усунути неоднакову точність формування інтегралу на всьому інтервалі інтегрування та збільшити його час.

4. Запропонована структура систем ФАП з ЕКП при імпульсному зв'язку ЕКП з прямим (основним) замкненим контуром системи ФАП, де імпульсний елемент та фіксатор винесені із прямого ланцюга, і досліджена її точність в усталених режимах. Показано, що за допомогою ЕКП підвищується порядок астатизму системи ФАП на одиницю.

5. Запропонована структура систем ФАП з двома ЕКП при прямому зв'язку з замкненим контуром та проведені дослідження її точності в усталених режимах.

6. Запропоновані структури систем ФАП з ЕКП в колі місцевого зворотного зв'язку і показано доцільність застосування ЕКП в колі місцевого зворотного зв'язку для підвищення точності в усталених режимах.

7. Запропонована структура системи ФАП з двома екстраполюючими каналами в колі місцевого зворотного зв'язку, які дозволяють підвищити її точність в усталених динамічних режимах. Одержані результати дослідження стійкості та точності запропонованих структур.

8. На основі аналізу перехідних процесів в системі ФАП з ЕКП показано, що перехідний процес залежить від величини часового зсуву між моментом прикладення сигналу імпульсного зв'язку і початком задавального діяння. Для усунення впливу вихідного сигналу ЕКП на перехідний процес системи запропонована структура системи ФАП, в якій в момент початку перехідного процесу здійснюється скидання сигналу корекції з одночасним відключенням імпульсного зв'язку від замкненого контуру.

9. Запропонована методика аналізу характеристик точності, при якій імпульсна структура системи ФАП з ЕКП замінюється еквівалентною їй неперервною структурною схемою, динаміка якої в усталених режимах аналогічна динаміці системи ФАП з ЕКП.

10. Одержані нові результати дослідження впливу відхилень параметрів замкненої системи ФАП з ЕКП та точність в усталених режимах за допомогою функцій чутливості при повільно змінюваних діяннях. Показано, що в окремих конкретних випадках чутливість завдяки ЕКП зменшується в 50 разів. В деяких випадках досягається параметрична інваріантність.

11. Запропоновані способи усунення за допомогою ЕКП впливу нелінійностей типу зони нечутливості та насиченості на точність системи ФАП шляхом їх технічної компенсації. При цьому повністю усувається статична складова фазової похибки, обумовленою зоною нечутливості. При розширені лінійної зони статичної характеристики нелінійності типу насичення підвищується точність та швидкодія.

12. Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в розробках Українського науково-дослідного інституту зв'язку і в проваджені в учбовий процес Київського зв'язку Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова.

СПИСОК ОСНОВНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Охтень О.И. Системы фазовой автоподстройки с экстраполирующими корректирующими устройствами: Учебное пособие. - К.: УНИИС, 1999. - 82 c.

2. Охтень О.И., Стеклов В.К. Оптимальная по быстродействию разомкнутая система фазовой автоподстройки // Труды Международной научно-практической конференции "Системы и средства передачи и обработки информации" - Одесса. - 2001. - С. 45-49.

3. Охтень О.И., Охрущак Д.В., Андреев А.И. Цифровая разомкнутая система фазовой автоподстройки // Труды V Международной научно-технической конференции "Достижения в телекоммуникациях за 10 лет независимости Украины". - Часть 1. - Одесса. - 2001. - С. 169-171.

4. Охтень О.И., Стеклов В.К., Бирюков Н.Л. Система фазовой автоподстройки с двумя экстраполирующими каналами // Одеса: Праці ОНАЗ ім. О.С. Попова, №2. - 2001. - С. 44-47.

5. Охтень О.И., Охрущак Д.В., Трухан Т.В. Повышение точности систем фазовой автоподстройки с помощью экстраполирующего корректирующего устройства в цепи обратной связи // Зв'язок. - 2001. - №1. - С. 62-63.

6. Стеклов В.К., Охтень О.И., Трухан Т.В. Анализ точностных характеристик разомкнутой системы фазовой автоподстройки // Зв'язок. - 2001. - №6. - С. 51-54.

7. Охтень О.И. Уменьшение фазовой ошибки системы фазовой автоподстройки с помощью экстраполирующих корректирующих устройств // Харьков: ХТУРЭ, Радиотехника, вып.123. - 2001. - С. 211-214.

8. Охтень О.И., Варфоломеева О.Г., Недашковский А.Л. Компенсация нелинейности типа насыщения в системе фазовой автоподстройки с экстраполирующим корректирующим устройством // Харьков: ХТУРЭ, Радиотехника, вып.125. - 2002. - С. 191-195.

9. Охтень О.И., Стеклов В.К. Компенсация нелинейности типа зоны нечувствительности в системе фазовой автоподстройки с помощью экстраполирующего корректирующего устройства // Харьков: ХТУРЭ, Радиотехника, вып.125. - 2002. - С. 143-147.

10. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Охтень О.И. Переходные процессы в системе фазовой автоподстройки с экстраполирующим корректирующим устройством // Зв'язок. - 2002. - №3, - С. 59-60.

11. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Охтень О.И. Точность в установившихся режимах систем фазовой автоподстройки с экстраполирующим корректирующим устройством // Донецьк: Наукові праці ДонНТУ, вып.38. - 2002. - С. 72-79.

12. Охтень О.І., Чумак О.І. Підвищення порядку астатизму системи ФАП з екстраполюючими коригувальними пристроями // Збірник наукових праць КВІУЗ. - №2. - 2002. - С. 81-87.

13. Охтень О.И. Анализ точностных характеристик системы фазовой автоподстройки с экстраполирующим корректирующим устройством в цепи местной обратной связи // Донецьк: Наукові праці ДонНТУ, вип.38. - 2002. - С. 65-67.

14. Чумак О.І., Недашківський О.Л., Охтень О.І., Трухан Т.В. Система управління сучасними різнорідними телекомунікаційними мережами // Науково-практичний семінар "Проблеми вищої освіти в галузі зв'язку та досягнення сучасних телекомунікаційних технологій". - Чернівці, 27-29 листопада. - 2001. - С. 14.

АНОТАЦІЯ

Охтень О.І. Підвищення точності фазового автопідстроювання за допомогою екстраполюючих коригуючих пристроїв. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 - радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій.

Український науково-дослідний інститут зв'язку, м. Київ, 2002 р.

Дисертація присвячена підвищенню точності та швидкодії систем фазового автопідстроювання за допомогою екстраполюючих коригуючих пристроїв (ЕКП).

Запропоновані та досліджені структури аналогових і цифрових розімкнених систем ФАП, структура оптимальної за швидкодією розімкненої системи ФАП з різними типами фільтрів. Одержано нові структури ЕКП для підвищення точності системи ФАП. Запропоновані структури системи ФАП з двома ЕКП та наведені результати дослідження стійкості таких систем. Розглянуті різні способи дослідження характеристик точності систем ФАП з ЕКП та виконаний аналіз перехідних процесів. Проведено аналіз чутливості систем ФАП до параметричних збурень при застосуванні ЕКП. Запропоновані способи усунення за допомогою ЕКП впливу нелінійностей типу зони нечутливості і насичення на точність системи ФАП шляхом їх технічної компенсації. При цьому повністю усувається статична складова фазової похибки, викликана зоною нечутливості. При розширенні лінійної зони статичної характеристики нелінійності типу насичення підвищується точність та швидкодія.

Одержані результати знайшли практичне застосування в конкретних розробках та в навчальному процесі.

Ключові слова: фаза, автопідстроювання, корекція, процес, стійкість, похибка.

ANNOTATION

Оkhten O.I. Increase of accuracy of automatic phase control systems with the extrapolation corrective devices. - Manuscript.

The dissertation on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science on the specialty of 05.12.13 - radio engineering devices and telecommunications facilities.

The Ukrainian research institute of communication, Kyiv, 2002.

The dissertation is devoted to increase of accuracy and speed of automatic phase control systems with the extrapolation corrective devices (ECD).

Frames of analog and digital opened of systems, frame of on speed open automatic phase control system with different types of filters are proposed and investigated. The new ECD frame for increasing accuracy of automatic phase control system are received. The proposed frames of automatic phase control systems with two ECD and given results of research of fastness of such systems. The various ways of research of the characteristics of accuracy of automatic phase control systems with ECD are considered and the analysis of transients is executed. The analysis of sensitivity of automatic phase control systems to parametrical indignation is carried out at application ECD. The ways of elimination with the ECD of influence non-linearity both zone of insusceptibility and saturation on accuracy of automatic phase control system are offered by their technical indemnification. Thus is completely eliminated static amounting a phase mistake caused by a zone of insusceptibility. At expansion of a linear zone of the static characteristic of nonlinearity of a type, the saturation raises accuracy and speed.

The received results have found practical application in concrete development and in educational process.

Key words: a phase, automatic phase control, correction, process, stability, error.

АННОТАЦИЯ

Охтень О.И. Повышение точности фазовой автоподстройки с помощью экстраполирующих корректирующих устройств. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций.

Украинский научно-исследовательский институт связи, г. Киев, 2002 г.

Диссертация посвящена повышению точности и быстродействия систем фазовой автоподстройки с помощью экстраполирующих корректирующих устройств (ЭКУ).

Предложены и исследованы структуры аналоговых и цифровых разомкнутых систем ФАП, показано, что при определенных значениях коэффициента передачи статическая система ФАП преобразуется в астатическую с порядком астатизма, равным единице. Предложена структура оптимальной по быстродействию разомкнутой системы ФАП с различными типами фильтров. Получены новые структуры ЭКУ для повышения точности систем ФАП и предложен способ интегрирования, сочетающий непрерывное и импульсное интегрирование, позволяющий устранить неодинаковую точность формирования интеграла на всем интервале интегрирования и увеличить его время. Предложены структуры систем ФАП с ЭКУ при различных местоположениях ЭКУ в замкнутом контуре. Предложены структуры систем ФАП с двумя ЭКУ: при прямой связи с замкнутым контуром; при включении ЭКУ в цепь местной обратной связи. Приведены результаты исследования устойчивости систем ФАП с ЭКУ.

Исследование устойчивости систем ФАП с ЭКУ производится аналитическим методом Шур - Кона. Применение билинейного преобразования позволяет отобразить круг единичного радиуса на левую половину плоскости W, что позволило использовать критерий Гурвица. Исследование устойчивости систем ФАП различных порядков с ЭКУ показали, что система ФАП с ЭКУ устойчива, если период импульсной связи больше или равен длительности переходного процесса, вызванного корректирующим сигналом. Рассмотрены различные способы анализа точностных характеристик систем ФАП с ЭКУ, основанные на структурных преобразованиях таких систем. Показано, что систему ФАП с ЭКУ можно исследовать при помощи импульсной эквивалентной системы, представленной как одноканальная. Суммарную ошибку системы ФАП с ЭКУ можно определить, как разность между составляющими ошибки, обусловленными непрерывной и импульсной частей, что позволяет использовать для анализа точностных характеристик систем ФАП с ЭКУ метод коэффициентов ошибок. На основании анализа переходных процессов в системе ФАП с ЭКУ, показано, что переходный процесс зависит от величины временного сдвига между моментом приложения импульсной связи и началом задающего воздействия. Для исключения влияния сигнала ЭКУ на переходный процесс корректируемой системы предложена структура системы ФАП с ЭКУ, в которой в момент начала переходного процесса происходит сброс корректирующего сигнала с одновременным отключением импульсной связи от прямой цепи замкнутого контура. Предложена методика анализа точностных характеристик, при которой импульсная схема системы ФАП с ЭКУ заменяется эквивалентной ей непрерывной структурой. Получены новые результаты исследования влияния отклонений параметров замкнутой системы с ЭКУ на точность в установившихся режимах при медленно меняющихся задающих воздействиях. Показано, что ЭКУ уменьшает чувствительность систем ФАП к отклонениям параметров элементов от их номинальных значений. В ряде случаев достигается параметрическая инвариантность.

Предложены способы устранения с помощью ЭКУ влияния нелинейностей типа зоны нечувствительности и насыщения на точность системы ФАП путем их технической компенсации. При этом полностью устраняется статическая составляющая фазовой ошибки, обусловленная зоной нечувствительности. При рассмотрении линейной зоны статической характеристики нелинейности типа насыщения повышаются точность и быстродействие.

Полученные результаты нашли практическое применение в конкретных разработках и в учебном процессе.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений.

Ключевые слова: фаза, автоподстройка, коррекция, процесс, устойчивость, ошибка.

Размещено на Allbest.ru