Используя данный подход, сравним между собой нехудшие цифровые и дискретно-аналоговые радиолинии с сигналами, например, КИМа-ЧМ и АИМ-ЧМ, соответственно. Данные радиолинии наиболее полно отвечают требованиям адекватности модели сравнения:
Дискретный характер сигналов, то есть использование единого метода разделения сигналов – ВРК.
Общий метод модуляции в радиоканале – ЧМ.
Использование сигналов с большей базой (Б = Δ f · Тk >>1):
Б = а – в многоосновной радиолинии КИМа-ЧМ;
Б = Δ f · Тk = α fи = 2β· mf ·α k – в радиолинии АИМ-ЧМ.
Общие закономерности в характере проявления аномальных погрешностей, а также погрешностей γн, γ k. Тогда правомерность такого сравнения обоснована.
Воспользуемся результатами расчетов удельных расходов энергии и полосы частот для аналоговых радиолиний, представленных в виде графиков зависимостей β2 n = β2 n (γн, γ k) и α fn = α fn (γн, Р А), приведенных на рис. 5.1 и построенных в двойном логарифмическом масштабе.
Рис. 5.1. Графики зависимостей β2 n = β2 n (γ n, γ k) и α fn = α fn (γ n, Р А)
|
|
Из рис. 5.1 видно, что в широком диапазоне изменения нормальных погрешностей удельный расход полосы частот α fn обратно пропорционален γ n и мало зависит от вероятности аномальной погрешности РА.
С другой стороны, требуемый расход энергии имеет противоположную тенденцию: в меньшей степени зависит от погрешностей γ n и в большей степени – от вероятности РА.
Полученные с помощью рассмотренного выше алгоритма результаты вычисления , для пяти семейств (М = 4; 16; 64; 256; 1024) цифровых радиолиний с ортогональными сигналами приведены в табл. 5.1 и нанесены на график, показанный на рис. 5.2.
Таблица 5.1.
Параметры | а | n | α | α n | |
М = 1024 | 2 | 10 | 2 | 20 | 95 |
γ n = 0,0282% | 4 | 5 | 2 | 20 | 54 |
32 | 2 | 6,4 | 64 | 24,6 | |
РА = 10–2 | 1024 | 1 | 102,4 | 1024 | 20 |
Таблица 5.1. (Продолжение)
Параметры | а | n | α | α n | |
М = 256 | 2 | 8 | 2 | 16 | 73,0 |
γ n = 0,113% | 4 | 4 | 2 | 16 | 39,0 |
16 | 2 | 4 | 32 | 22,2 | |
РА = 10–2 | 256 | 1 | 32 | 256 | 14,4 |
Аналоговая радиолиния 53,7 14,0 | |||||
Параметры | а | n | α | α n | |
М = 64 | 2 | 6 | 2 | 12 | 51,3 |
γ n = 0,45% | 4 | 3 | 2 | 12 | 27,9 |
64 | 1 | 10,7 | 64 | 12,3 | |
РА = 10–2 | Аналоговая радиолиния 15,06 11,8 | ||||
М = 16 | 2 | 4 | 2 | 8 | 31,6 |
γ n = 1,8% | 4 | 2 | 2 | 8 | 20,6 |
16 | 1 | 4 | 16 | 10 | |
РА = 10–2 | Аналоговая радиолиния 4,5 9,4 | ||||
М = 4 | 2 | 2 | 2 | 4 | 13,2 |
γ n = 7,2% | 4 | 1 | 2 | 4 | 7,2 |
РА = 10–2 | Аналоговая радиолиния 1,7 7,0 |
Рис. 5.2. Результаты вычисления , для пяти семейств
(М = 4; 16; 64; 256; 1024)
Точки, принадлежащие к каждому семейству, соединены сплошными линиями. В каждое семейство входят радиолинии с одинаковыми точностными характеристиками: вероятность аномальной ошибки составляет Р АЦ = 10–2, шумы квантования для всех радиолиний каждого семейства одинаковы, поскольку М фиксировано.
|
|
На рис. 5.2 в виде точек в кружке нанесены удельные показатели пяти аналоговых радиолиний, имеющих те же точностные характеристики, что и цифровые радиолинии упомянутых пяти семейств:
Р А = Р АЦ = 10–2. (5.2)
Анализ приведенных на рис. 5.2 результатов сравнения радиолиний позволяет сделать следующие выводы:
Двоичные радиолинии относятся к худшим системам по энергетике и к лучшим по расходу полосы частот при точностях, определяемых
γн ≤ 1%. При невысоких требованиях к точности они проигрывают аналоговым радиолиниям в расходе полосы примерно в два раза.
Четверичные радиолинии, не уступая двоичным радиолиниям в расходе полосы частот, выигрывают в энергетике примерно в два раза, что составляет 3 дБ.
Наилучшей в энергетическом плане среди цифровых радиолиний в каждом семействе является радиолиния с высоким основанием кода
Аналоговые радиолинии экономичнее цифровых радиолиний своих семейств примерно в m раз, то есть при т = 1 (независимо от основания a) они не имеют преимуществ в расходе энергии перед радиолиниями с одноразрядными словами. В то же время аналоговые радиолинии экономичнее одноразрядных цифровых радиолиний по использованию полосы частот. Выигрыш колеблется от 3 до 5 раз.
При высоких точностях измерений (М = 256, 1024) аналоговые радиолинии во всех случаях, кроме а = М, проигрывают цифровым в использовании полосы частот.
При средних точностях (М = 64) аналоговые радиолинии сравнимы с цифровыми радиолиниями по расходу полосы частот (кроме случаев
а = М).
При низких требованиях к точности измерений (М = 4, 16) аналоговые радиолинии превосходят цифровые как по энергетическому, так и по частотному показателю (кроме случаев а = М). Применение при этом цифровых радиолиний нецелесообразно.
Таким образом, в теоретическом плане аналоговые радиолинии, в частности дискретные, не уступают цифровым по энергетической и частотной эффектности, даже при высоких требованиях к точности измерений. Однако, из-за технических трудностей реализации оптимального приема широкополосных аналоговых сигналов они не нашли широкого применения в высокоточных радиолиниях.
6. Телеметрические датчики и их классификация
Устройство, преобразующее физический (телеметрируемый) параметр (ТМП) в первичный электрический сигнал s (обычно напряжение, ток или импеданс), называется датчиком. Датчик, в свою очередь, называют также измерительным преобразователем, поскольку он представляет собой средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и/или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя. Таким образом, здесь сигнал измерительной информации – это сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной или ТМП.
Совокупность операций, направленных на установление численного значения ТМП, составляет процесс телеизмерения. Если при измерении используются электронные средства обработки сигнала, необходимо сначала преобразовать измеряемый параметр λ в эквивалентную электрическую величину s (первичный сигнал), причем как можно точнее. Это значит, что полученная электрическая величина должна содержать всю информацию об измеряемом параметре s = f (λ).
Для всех датчиков характеристика преобразования – соотношение s = f (λ) – в численной форме определяется экспериментально в результате градуировки, при проведении которой для ряда точно известных значений λ измеряют соответствующие значения s, что позволяет построить градуировочную кривую s = f (λ). Из этой кривой для всех полученных в результате измерений значений s можно найти соответствующие значения искомой величины λ.
|
|
Изменение условий функционирования датчика (температуры, давления, перегрузки и т. д.) приводите изменению f (λ). Это отражается в паспортных данных, где приводятся характеристики с учетом условий работы датчика.
Различают характеристики датчиков для статического и динамического режимов их работы.
Статическими характеристиками датчика являются:
s = f (λ), имеющая вид графика или таблицы. Эта характеристика называется градуировочной или тарировочной;
коэффициент преобразования или чувствительность,
где Δ s и Δλ – приращение сигнала и параметра соответственно;
порог чувствительности (разрешающая способность) датчика, под которым понимается минимальное изменение параметра λ, вызывающее изменение выходного сигнала и превышающее уровень собственных шумов датчика.
Для удобства измерений датчик стараются построить или, по крайней мере, использовать таким образом, чтобы существовала линейная зависимость между малыми приращениями выходной Δ s и входной Δλ величин. Δ s = k Δλ.
Большое значение имеют динамические свойства датчика, которые характеризуются инерционностью. Для экспериментального определения динамических свойств датчика применяются стандартные типовые входные воздействия. По реакции на выходе датчика судят о его инерционных свойствах. Чаще всего применяются входные воздействия типа функций включения или гармонические сигналы. Важными параметрами датчика являются амплитудно-частотная А(ω) и фазочастотная φ(ω) характеристики.
Характеристиками датчиков являются также диапазон измерений, надежность, габариты и масса, потребляемая мощность и др. Выбирая тип датчика, нельзя забывать об условиях его работы; диапазоне изменений окружающей температуры, механических воздействиях (вибрациях, перегрузках), действии электрических и магнитных полей и радиации, диапазоне изменений атмосферного давления и др.
|
|