Способ оценки качества приёма и акустического воспроизведения радиосистем транспортных средств
ASSESSING QUALITY METHOD OF RECEPTION AND ACOUSTIC REPRODUCTION OF RADIO SYSTEMS OF VEHICLES

Изобретение относится к испытаниям радио, в первую очередь, приемных систем транспортных средств (ТС); обеспечивает интегральную оценку качества приема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации, в том числе и в условиях воздействия электромагнитных помех.
Из ГОСТ Р 51318.25-2012 известен способ испытаний радиоприемных систем ТС, имеющих в своем составе антенно-фидерные системы, на уровень наведенных в антенно-фидерных системах электромагнитных помех, в котором испытуемое ТС располагают в, защищенной от внешних факторов области / зоне, преимущественно в безэховой камере, отключают антенно-фидерные системы от радиоприемных систем ТС, подключают их к измерительному приёмнику, а затем включают в штатном режиме всё электрооборудование ТС и производят измерения уровней электромагнитных помех, наведенных работающим электрооборудованием ТС на упомянутые антенно-фидерные системы.
Оценка соответствия радиоприемных систем нормативным требованиям заключается в сравнении зарегистрированных в процессе испытаний величин наведенных на выходах антенно-фидерных систем электромагнитных помех с регламентируемыми, в заданном частотном диапазоне, уровнями.
Недостатком данного способа является невозможность оценки акустического тракта радиоприемных систем на устойчивость к электромагнитному воздействию.
Из патента RU 2570217, МПК H04R 5/04, опубл. 10.12.2015, известен способ контроля громкоговорителей и компенсации проблем качества воспроизведения звука, содержащий ряд последовательных этапов включающих подачу первого тестового сигнала на громкоговоритель, в захвате измерительным микрофоном отклика громкоговорителя на первый тестовый сигнал, в определении инверсии отклика для последующей выработки корректированного тестового сигнала, в подаче первого корректированного тестового сигнала на громкоговоритель и захвате микрофоном отклика громкоговорителя на первый корректированный тестовый сигнал, в определении инверсии второго отклика для последующей выработки очередного корректированного сигнала, в подаче на громкоговоритель очередного корректированного тестового сигнала и захвате микрофоном очередного отклика с последующим сравнением полученных параметров отклика с пред заданными пределами, по результатам которого или завершают настройку аудиосистемы, или выводят сообщение о несоответствии аудиосистемы предельным параметрам, или продолжают настройку аудиосистемы последовательным выведением параметров отклика на тестовый сигнал в заданный диапазон.
Среди недостатков данного способа, в контексте возможности его использования для оценки качества работы радиосистем, в том числе систем безопасности, транспортных средств, следует выделить:
- отсутствие метода оценки качества звучания радиосистемы в условиях воздействия внешнего электромагнитного поля.
- отсутствие количественной оценки достоверности воспроизводимой аудио трактом информации.
За прототип предлагаемого изобретения принят известный из книги Николаев П.А. Электромагнитная совместимость автотранспортных средств [Текст] / Николаев П.А., Кечиев Л.Н. / Под ред. Л.Н. Кечиева. – М.: Грифон, 2015. – 424 с. – (Библиотека ЭМС) способ испытаний радиоприемных систем ТС на защищённость к воздействию (помехозащищенность) внешнего электромагнитного поля (ЭМП), в котором ТС, снабжённое испытываемыми радиоприемной и акустической системами (далее радиосистема), располагают в защищенной от внешних факторов камере, преимущественно электромагнитной безэховой, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной и помехозащищённым передатчиком формирователя радиосигнала. В области камеры, характеризующейся минимальным уровнем ЭМП, формируемым устройством создания электромагнитных помех и антенной формирователя радиосигнала, размещают звукоиндикационную аппаратуру. При этом ТС устанавливают на поворотном стенде и оснащают связанным со звукоиндикационной аппаратурой микрофоном, размещаемым в кабине/салоне/кокпите (далее кабина) ТС в регламентированной нормативной документацией контрольной точке. Затем включают радиосистему ТС, формирователь радиосигнала и подвергают ТС воздействию электромагнитных полей, формируемых устройством создания электромагнитных помех и антенной формирователя радиосигнала.
Оценка радиоприемных систем на соответствие регламентированным требованиям заключается в субъективной акустической оценке качества воспроизводимого радио системой ТС звука, ретранслируемого размещённым в кабине ТС микрофоном и звукоиндикационной аппаратурой камеры, в период воздействия на ТС электромагнитных помех.
Примечание: Индикатор (лат. Indicator - указатель) - информационная система, устройство, прибор, отображающие изменения параметра контролируемого процесса в интерпретируемой человеком форме. В способе по прототипу в качестве звукоиндикационной аппаратуры использована акустическая звуковоспроизводящая аппаратура.
Недостатком данного способа является субъективность оценки качества звучания акустической системы ТС, а также невозможность количественной оценки достоверности информации, транслируемой радиосистемой (радиоприёмником).
Задачей изобретения является создание способа интегральной оценки качества радиоприема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации, в том числе в условиях воздействия электромагнитных помех, исключающего субъективность оценки, обеспечивающего объективную количественную оценку достоверности информации, транслируемой радиоприёмником.
Указанная задача решается в способе оценки качества приёма и акустического воспроизведения радиосистем ТС, заключающемся в размещении ТС, оснащенного испытываемой радио системой, на поворотном стенде в защищенной от внешних факторов камере, снабжённой устройством создания электромагнитных помех, антенной и помехозащищённым передатчиком формирователя радиосигнала, а также помехозащищённой звукоиндикационной аппаратурой и микрофоном, размещённым в кабине испытываемого ТС, во включении радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу, и в осуществлении опосредованной микрофоном и звукоиндикационной аппаратурой оценки качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем.
Указанная задача решается тем, что
-в качестве звукоиндикационной аппаратуры используют компьютер, посредством которого осуществляют формирование заданного регламентом испытаний исходного символьного, в том числе словесного сообщения, сформированного на основе букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации, трансформацию данного сообщения в импульсный код, где каждый из знаков алфавита, знаков пунктуации, паузы между знаками и словами заданы импульсами и паузами нормируемой длительности, передачу импульсного кода, с нормируемой условиями испытаний скоростью, на формирователь радиосигнала, а также декодирование принятого микрофоном акустического сигнала в символьное сообщение.
- оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения осуществляют сравнением декодированного и исходного словесных сообщений.
Количественная оценка качества работы испытываемой радиосистемы определяется из неравенства:
N
k
≥ , где
– критерий соответствия, определяемый в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;
N
– Параметр качества, характеризующий работу акустического и радио каналов радиоприемной системы ТС, определяемый из выражения:
, где
, где
–
Δα, градугол поворота ТС относительно внешнего радиопередатчика в азимутальной плоскости;
C
– бинарная функция:
, где
А
– событие, соответствующее закодированному исходному сообщению;
В
– событие, соответствующее декодированному сообщению;
– вероятность правильного воспроизведения события В, по отношению к событию А, определяемая в соответствии с указаниями/рекомендациями регламентирующей документации;
S
j
– параметр, определяющий конкретное условие общей конфигурации испытательных настроек, например, расстояние между внешним радиопередатчиком и ТС;
j
= 1, 2, 3 …
Задача также может решаться тем, что после включения радиосистемы на приём, а формирователя радиосигнала на передачу, включают устройство создания электромагнитных помех, при этом оценку качества реализуемого радиосистемой акустического воспроизведения радиосигнала формирователя осуществляют с учётом одновременной оценки радиосистемы ТС на устойчивость к электромагнитным помехам для заданного поворотным стендом положения ТС относительно полеобразующих систем.
Изобретение поясняется следующими чертежами, иллюстрирующими принцип оценки качества воспроизведения радиоприемных систем ТС:
Фиг. 1, где схематично показаны: 1 – испытательная камера (электромагнитная безэховая камера); 2 – ТС; 3 – поворотный стенд; 4 – испытываемая радиосистема ТС; 5 – передатчик формирователя радиосигнала; 6 – антенна формирователя радиосигнала; 7 – микрофон; 8 – звукоиндикационная аппаратура; 9 – устройство создания электромагнитных помех.
А
На фиг. 2 показано: 10 – условное изображение кодированного исходного сообщения, соответствующеесобытию.
В
На фиг. 3 показаны: 11 – условное изображение сообщения, озвученного акустическим трактом радиосистемы и принятого микрофоном (декодированное сообщение (не показано) будет соответствовать событию ), 12 – акустические шумы.
Изобретение может быть реализовано в испытательной электромагнитной безэховой камере 1, содержащей в своем составе поворотный стенд 3, устройство создания электромагнитных помех 9, передающую антенну 6 и передатчик 5 формирователя радиосигнала, звукоиндикационную аппаратуру 8 и микрофон 7. Где, звукоиндикационная аппаратура 8 и передатчик 5 формирователя радиосигнала выполнены размещёнными в области камеры 1 с минимальным уровнем ЭМП, создаваемым полеобразующими системами (устройством создания электромагнитных помех 9 и антенной 6 формирователя радиосигнала), с возможностью помехозащищённого соединения передатчика 5 с антенной 6, звукоиндикационной апаратуры 8 с микрофоном 7 и передатчиком 5. ТС 2, оснащённое испытываемой радиосистемой 4, размещают на поворотном стенде 3, посредством которого обеспечивается вариабельность ориентации ТС 2 относительно полеобразующих систем. При этом микрофон 7 размещают в кабине ТС 2 в одной из контрольных точек (точка задаётся, например, тест-планом испытаний), регламентированных, предпочтительно, ГОСТ33555-2015 «Автомобильные транспортные средства. Шум внутренний. Допустимые уровни и методы испытаний», а именно, п. 5.4 «Требования к местам установки микрофонов».
В качестве звукоиндикационной аппаратуры 8 используют компьютер, посредством которого осуществляют формирование заданного регламентом испытаний исходного символьного, в том числе словесного сообщения, сформированного на основе букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации, трансформацию данного сообщения в импульсный код, где каждый из знаков алфавита, знаков пунктуации, паузы между знаками и словами заданы импульсами и паузами нормируемой длительности, передачу импульсного кода, с нормируемой условиями испытаний скоростью, на формирователь радиосигнала, а также декодирование принятого микрофоном акустического сигнала в символьное сообщение.
В качестве импульсного кода может быть использована азбука (код) Морзе – способ кодирования символов длинными (тире) и/или короткими (точка) сигналами/элементами, где за единицу времени принимается длительность короткого сигнала, длительность длинного сигнала равна длительности трёх коротких, паузы между элементами/сигналами одного символа равны длительности короткого сигнала, паузы между символами равны трём длительностям короткого сигнала, а паузы между словами, в случае передачи/приёма тестового словесного сообщения, равны длительности семи коротких сигналов.
В настоящее время имеется достаточный выбор компьютерных программ, обеспечивающих как машинное кодирование символов (букв и/или цифр заданного алфавита, как вариант, и знаков пунктуации) в импульсный код, так и машинное декодирование импульсного кода в символы.
Скорость передачи импульсно кодированных символов определяется, например, тест-планом испытаний. При этом в целях оценки испытываемой радиосистемы (преимущественно, её приёмного тракта) на устойчивость к электромагнитным помехам скорость передачи импульсно кодированных символов может быть согласована с частотой генератора гетеродина радиосистемы.
Заявляемое техническое решение основано на том, что при сравнении знаков исходного (сформированного звукоиндикационной 8 аппаратурой, передатчиком 5 и антенной 6 формирователя радиосигнала) и декодированного (акустически воспроизведённого радиосистемой 4, принятого микрофоном 7 и трансформированного звукоиндикационной 8 аппаратурой) сообщений однозначно определяется количество правильно распознанных/правдивых/истинных и искаженных/ложных/потерянных символов, что исключает субъективность оценки качества радиоприема и воспроизведения информации. При этом оценка качества производится на основании количественных значений вероятности целостности воспроизведения сообщения.
Импульсно кодированное знаковое сообщение в процессе радиопередачи, приема, демодуляции и акустического воспроизведения претерпевает искажения, которые влияют на целостность конечной информации. Причем на целостность передаваемой информации влияют и электромагнитная обстановка, определяющая параметры электромагнитной совместимости (ЭМС), и параметры радиопередачи, и особенности компоновки/конфигурации ТС, и параметры радиоприемной системы, и параметры ее акустического тракта… Таким образом, чем больше совпадений будет зарегистрировано между исходным и декодированным сообщениями, при заданных исходных условиях, тем выше будет оценка качества радиосистемы ТС.
Радиосистеме присваивается высшая оценка, если параметр качества будет удовлетворять условию N ≥0,98. В данном случае считают, что искажения акустической информации не будут восприниматься при прослушивании.
Если параметр качества будет удовлетворять условию 0,98 ≥ N ≥ 0,8 - качество работы радиосистемы считают приемлемым - искажения акустической информации не будут влиять на достоверность восприятия человеком.
Для реализации изобретения выполняют следующие действия:
k
k
1. Задают критерий соответствия , который выбирают, как правило, из нормативной документации, например, тест-плана на испытания. Для обеспечения оценки приемлемого качества критерий выбирается из условия        ≥ 0,8.
2. Задают вероятность Р правильного воспроизведения события В (выходной последовательности декодированных символов), по отношению к событию А (входной последовательности декодированных символов), которая выбирается, как правило, из нормативной документации, например, из тест-плана на испытания. Для создания радиосистемы с приемлемым качеством её работы вероятность правильного воспроизведения событий задают из условия Р ≥ 0,8.
3. Устанавливают ТС 2 на поворотный стенд 3 электромагнитной безэховой камеры 1 и первично ориентируют в азимутальной плоскости по отношению к антенне 6 формирователя радиосигнала на заданный угол, принимая его ϕ=0.
S
j
4. Задают параметры , определяющие конкретные условия общей конфигурации испытательных настроек, например, расстояние между антенной 6 формирователя радиосигнала и ТС 2, или положение электромагнитно экранированных боковых стёкол (опущены/подняты), или наличие электромагнитной помехи (внешней, заданной устройством создания электромагнитных помех 9, или собственной, определяемой конфигурацией/составом объектов электрооборудования ТС с испытываемой радиосистемой 4).
5. Настраивают радиосистему на прием радиосообщений и их акустическое воспроизведение.
6. В соответствии с рекомендациями п. 5.4 ГОСТ33555-2015 и требованиями задания на испытания в ТС 2 с испытываемой радиосистемой 4 устанавливают микрофон 7 и соединяют его с звукоиндикационной аппаратурой 8. Предпочтительной установкой микрофона является расположение в области расположения головы человека, находящегося на соответствующем посадочном месте ТС. Возможен вариант расположения микрофона непосредственно рядом с динамиком испытываемой радиосистемы 4. Для исключения внешних акустических шумов, возникающих, например, при переключении разного рода реле и/или кнопок при проверке испытываемой радиосистемы 4 на электромагнитную совместимость, возможно размещение динамиков (на чертежах не показаны) радиосистемы и микрофона 7 в акустически изолированном (шумоизоляционном) боксе (не показан).
7. Формируют электромагнитное воздействие с заданными параметрами. Электромагнитное воздействие может создаваться как внешними источниками (например, устройством создания электромагнитных помех 9), так и бортовыми системами ТС 2. Если в программе на испытания оценка электромагнитного воздействия не предусмотрена, то производиться оценка качества работы радиоприемной системой без учета параметров ЭМС.
8. Формируют заданную тест-планом испытаний последовательность буквенных и/или числовых, как вариант, и знаков пунктуации, символов, например, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9, которая является событием «А» и преобразуют ее в код Морзе с созданием аудиофайла.
9. Посредством радиопередатчика 5 и антенны 6 формирователя радиосигнала передают исходный аудиофайл (радиосообщение).
10. Посредством микрофона 7 и звукоиндикационной аппаратуры 8 принимают воспроизводимое акустическим трактом радиосистемы 4 радиосообщение и декодируют его в выходную последовательность символов, которая является событием «В».
C =
.
C =
.
11. Сравнивают событие «А» с событием «В» и определяют вероятность Р. Если событие «В» содержит искаженную информацию по отношению к событию «А», то вероятность Р определяется отношением числа правильно распознанной информации к исходной/истинной. Например, событие «А» состоит из последовательности десяти цифр «0 1 2 3 4 5 6 7 8 9», а декодированное событие «В» содержит 8 правильно распознанных цифр «0 1 _ 3 4 5 6 _ 8 9», тогда отношение А/В = 0,8. Если А/В ≥ Р, то бинарная функция 1 Если А/В < Р, то бинарная функция 0
α
12. Поворачивают ТС по отношению к антенне формирователя радиосигнала на заданный угол Δи повторяют пункты 7 – 11. Испытания, предпочтительно, проводят во всем диапазоне азимутальных углов 360 град.
N
13. Формируют массив бинарных функций в зависимости от азимутальных углов и вычисляют параметр качества.
N
k
N≥
k
N
k
14. По результатам испытаний делают заключение о реализованном радиосистемой качестве воспроизведения. Сравнивают параметр качествас критерием соответствия. Если , то радиосистема ТС считается соответствующей требованиям качества, если  < , то радиосистема ТС считается не соответствующей требованиям качества и производится поиск узлов, влияющих на искажение информации.
По результатам испытаний радиосистемы делают заключение о качестве воспроизведения на основании заданных в нормативной документации критериев. В случае получения отрицательного результата тестирования принимается решение о доработке радиосистемы.
Способ обеспечивает интегральную оценку качества радиоприема, преобразования и акустического воспроизведения передаваемой информации по количественным значениям вероятности целостности воспроизведения сообщения. При этом совершенно очевидно, что предлагаемый способ может быть модифицирован понятным специалисту образом с целью проведения испытаний радиопередающего оборудования или радиопередающей части радиосистемы.