Файл: Информационно-измерительная техника [сборник]..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.08.2024

Просмотров: 86

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство Высшего и Среднего Специального Образования РСФСР

ЛЕНИНЕ!1АДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

имени В.И.Ульянова(Ленине)

ШФОРМАЩЮННО-ИЭМЕРИШЬНАЯ ТЕХНИКА

Под редакцией профессора?; А.В.Фремке

И з д а т е л ь с т в о Ленинградского университета-

1973

Рекомендуется к изданию Ленинградским ордена Ленина электротехническим институтом имени В.И.Ульянова/ Ленина /

В сборнике рассматриваются вопросы определений, научных классификаций, основных характеристик, оптимизации построения измерительных информационных систем и приборов; рассматривают­ ся вопросы практической реализации систем для измерения тем­ пературного поля объектов; рассматриваются вопросы измерения магнитных величин современными методами.

Сборник рассчитан на научных работников и инженеров, ра­ ботающих в области информационно-измерительной техники, а так­ же на аспирантов и студентбв старших курсов соответствующих специальностей.

Р е д а к ц и о н н а я

к о л л е г и я :

А.В.Фремке / отв.редактор/, Е.М.Душин, Ш.Ю.Исмаилов, А.А.Преображенский, Е.М.Антонюк / секретарь /

Гос. публичная iV4HO-7'-;..i".. о с к

•лиг. • " " I1

с

i T ? u i ^ - ; o r o

ЗАЛА

Inf ormation-measuring technique

E d i t o r i a l b o a r d : A.V.Fi-emke (managing editor), E.M.Dushin,

Sh.Yu.lamailov, A.A.Preobratzensky,

E.M.Antonyuk (secreyary)

И 3814 -

053

Г86 " ?3

(С) Издательство Ленин­

076(02)

- 73

 

градского университе­

 

 

 

та, 1973 г.

Б.Я.Авдеев. Е.М.Антонюк. Л.Г.Куравин.

 

 

 

 

Д.Н.Мокиенко.. Е.И.Семенов.А.В.Фремке

j j

^~^Ц

 

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ СОКРАЩЕНИЯ ОБЪЕМА

 

 

 

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СООБЩЕНИЯ

 

 

 

 

Проблема сокращения объема измерительного сообщения является

 

одной из наиболее актуальных проблем информационно-измеритель

-

ной техники. За последнее время появилось много работ,

посвящен­

ных отдельным, чаще всего частным вопросам этой проблемы,но

до

 

настоящего времени нет единого мнения о качественной оценке

си

-

стем с сокращением избыточности сообщения. В данной работе

пред­

лагается ввести оценку методов сокращения избыточности по тем из менениям, которые вносит применение этих методов в основные ха^- рактеристики информационно-измерительных ^истем /ИИС /.

Поскольку одной из основных характеристик ИИС является точ­ ность,то все системы с сокращением избыто^ой информации можно разделить на системы без дополнительной погрешности и системы с дополнительной, погрешностью от введения сжатия.

Рассмотрим несколько подробнее данный вопрос. В настоящее вре мя все большее применение на практике находит дискретное пред - ставление измерительной информации. Чаще всего дискретизация по времени сводится к выборке отсчетов сигнала через равные проме­ жутки времени, величина которых определяется выбранной моделью сигнала и видом аппроксимирующей функции. Если период дискрети­ зации выбирается с учетом экстремальных динамических свойств сигнала за все время его существования,то максимальная /она же допустимая / погрешность дискретности будет встречаться только в экстремальных точках.

При однопараметрической адаптивной дискретизации увеличением интервалов между опросами добиваются увеличения максимальной по­

грешности

аппроксимации 6 м а к с на всех участках до допустимой

величины

б

. В идеальном случае закон распределения максималь-

_ 4 -

ной погрешности аппроксимации перерождается в дельта-функцию. В данном случае происходит сокращение количества отсчетов сигнала, т.е.сокращение объема измерительного сообщения. Рассматривая данный метод с точки зрения равномерного приближения аппроксимирующей функции, убеждаемся, что адаптивная дискретизация не дает дополни­

тельной погрешности аппроксимации. При этом необходимо отметить

,

что адаптивная

дискретизация не позволяет получить сжатия

по

поло­

се частот линии

связи.

 

 

 

В последние

годы широко развиваются многоканальные системы,

 

о с ­

нованные на программной и адаптивной коммутации датчиков ИИС.

В

этих системах в

соответствии с заданной программой или с

какими

-

то характеристиками сообщений меняется частота опроса датчиков или при постоянной тактовой частоте меняется последовательность опра - шиваемых датчиков , сигнал которых передается в линию связи. При таком алгоритме работы системы существует вероятность превышения погрешности аппроксимации над заданной величиной. Поскольку данная система имеет вероятность превышения погрешности над заданной ве - личиной,то она относится к системам с дополнительной погрешностью.

Системы

сжатия

данных

уменьшают среднее количество

 

двоичных

 

знаков

на

символ сообщения и поэтому менее помехоустойчивы,

чем

 

обычные ИИС. Для иллюстрации этого найдем зависимость ньжду мак

-

симальной и среднеквадратической погрешностями аппроксимации для

 

некоторых

случаев

дискретизации измерительного

сигнала.

 

 

 

I . И д е а л ь н о е

у с т р а н е н и е

и э б ы т о ч

-

 

н о с т и

и з м е р и т е л ь н о г о

с о о б щ е н и я .

П о ­

грешность

в каждой точке-восстановленного сигнала достигает

макси­

мально

допустимой

t g M a K C

, что соответствует закону распределения

где

 

- импульсная

 

функция Дирака.

 

 

 

 

 

Среднеквадратическая погрешность равна максимальной:

в ^ е м а к

с ,

 

2 . А д а п т и в н а я

д и с к р е т и з а ц и я

с

п о ­

м о щ ь ю и н т е р п о л я т о р а

п е р в о г о

п о р я д к а .

Если

реальные процессы на интервалах

между отсчетами

аппроксими

-

руются параболой, то и погрешность в интервале изменяется по закону параболы, достигая максимума ± в середине интервала. Такой

 

 

- 5 -

 

 

 

 

 

процесс имеет распределение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И Г

 

 

 

 

Средне квадрат и че екая погрешность

составляет

6"2 =0,73 6 M

W

3. А д а п т и в н а я

д и с к р е т и з а ц и я

с п о ­

м о щ ь ю э к с т р а п о л я т о р а

н у л е в о г о

п о ­

р я д к а

. Погрешность в интервалах между отсчетами при уело

-

вии ё м а к

с / б х <зс1 /случай

"точных"

измерений/ имеет распреде

-

лепие, близкое к равномерному /погрешность квантования по уров­

ню/ те 3 (е)=|/2 ё м а

к

с

со среднеквадратической погрешностью

5 3 = 0 , 5 7 7 6 м а к

с

•

 

 

 

4 . Р а в н о м е р н а я

д и с к р е т и з а ц и я .

Если

в предыдущих случалх

вид функции распределения погрешности

не

зависел:, от конкретных динамических характеристик сигнала / для "гладких" сигналов/, то теперь следует конкретизировать входной

процесс и требуемую

точность

измерения

6М акс •• Зададим процесо

автокорреляц

чтой функцией

р л ( < с ) =

е ~ Л ' ' Г '

 

соответствующей

дифференцируемому широкополосному процессу,

и пусть eM a w ./66J C =0,Ot

где

-

дисперсия входного сигнала.

 

 

 

 

Граничную частоту

примем равной

шг р =50 си ,

что вызовет не -

значительную дополнительную погрешность

60

P J

 

 

 

со

 

 

 

о°

 

 

 

 

 

u ) P P

 

 

 

w r p

 

 

 

где

5],. (со)

-спектральная

плотность

входного

сигнала.

 

В нашем случае 0,036% =ssб 0 /б - х

а=0,0б27о.

 

 

При линейной интерполяции

с точностью 1% синусоидального

сигнала с частотой

со г р

 

нужен интервал между отсчетами

 

 

 

i

jf*

гр

7

 

 

 

 

.где

77.р =2з1/боГ р •

 

 

 

 

 

этом составит [2J

Среднеквадратичеекая

погрешность

при

 

 

б « < W

1,5-9х(7/2)-0.5

9х[Т)

 

 

- 6 -

 

 

После преобразований и отнесения

к диапазону

б ffj. получим

ец = 0,0825

бцякс-

 

Как показывают расчеты, при переходе от равномерной дискрети­ зации к идеальному сжатию существенно возрастает среднеквадратическая погрешность, что резко повышает требования к надежнос­ ти передачи отсчета.

Далее системы сжатия данных следует делить на системы, ра­ ботающие в натуральном и в ненатуральном масштабах времени. К первым относятся системы, использующие методы рационального ко­ дирования, программной и адаптивной коммутации. Несмотря на теоретическую разработанность методов рационального кодирования, эти методы не нашли широкого применения в информационноизме - рительной технике из-за сложности технической реализации, осо - бенно в многоканальных системах. Отметим,что методы рациональ­ ного кодирования в принципе являются методами преобразования

измерительных

сообщений без дополнительной погрешности.

К системам,

работающим в ненатуральном масштабе времени, от­

носятся системы с буферной памятью /3/. В них может производить­ ся предварительное сокращение измерительного сообщения метода­ ми,например, адаптивной дискретизации. Эти системы работают без дополнительной погрешности до переполнения „памяти", в последнем случае неизбежна дополнительная погрешность.

Проектирование ШС со сжатием данных приводит к структурно­ му усложнении систем. В А / указывается, что нецелесообразно строить систему с сокращением избыточной информации, не имея сведений о характере'входных сигналов. Эти сведения определяют наилучший метод сокращения избыточной информации и возможную эффективность работы системы» Поэтому следует делить все систе­ мы со сжатием данных на сиотемн для некоррелированных сигналов и системы для коррелированных сигналов. Примером системы для некоррелированных сигналов является система с адаптивной комму­ тацией.

Примером системы для ансамбля коррелированных сигналов мо

-

жет

быть устройство сокращения объема

измерительной инфэрма

-

ции,

описанное в /57, в котором

частота

опроса датчиков выбира­

ется

автоматически по^оамому

активному"датчику.

 

-7 -

Таким образом, уменьшение объема измерительной информации связано с усложнением структуры уменьшением помехозащищенности ИИС, во многих случаях о появлением дополнительной погрешности и иногда невозможность!) работы в натуральном масштабе времени,

что необходимо учитывать при проектировании

 

 

таких систем,

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

 

 

 

1 . И. Т. Т у р б о в и ч

, Радиотехника,

* 4 ,

1 9 5 6 .

2 . Г. И. К а в а л е р о в , С. М. М а н д е л ь ш т а м ,

 

ACTA IMEK0,

Варшава,1967. .

 

 

 

 

3 . В о э д у и н о-к о с м и ч е с к а я

 

т е л е м е т ­

 

р и я . Пер.с

англ.,под

редакцией К.Н.Трофимова. Воениа -

 

дат, 1 9 6 8 .

 

 

 

 

 

 

4 .

1 , 1 , G а г

d е n h i

г е, Proceedings

of

tne 196*

 

National Telemetring

Conference,

т.I,Los

Angelee,I964.

 

 

 

 

о

 

 

5 .

A . B . Ф р е м к е , E. M. А Н Т О Н

Е

к,

Изв. вузов, прибо­

 

ростроение,

№6, 1 9 6 9 .

 

 

 

 

 

Смотрите также файлы