Способ определения положения отражённого импульса
METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF REFLECTED PULSE

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области электроэнергетики, где локационные методы определения дальности до объекта используются для определения расстояния до повреждений на линиях электропередачи.
Известен «Способ определения дальности и скорости удаленного объекта» (патент РФ RU 2562148 C1, от 09.06.2014), принятый за прототип, который включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных. При этом производят серию зондирований способом некогерентного накопления, если принятый сигнал меньше порогового значения, которое определяется заданной вероятностью F ложного срабатывания. И если принятый сигал больше порогового значения, то зондирование производят в моноимпульсном режиме измерения дальности и скорости. По окончании процесса накопления, то есть по достижении накопленной суммы необходимого значения хотя бы в одной ячейке дальности, анализируют массив накопленных данных, определяя положение накопленного массива относительно временной шкалы по установленному критерию, например по максимуму корреляционной функции.
Недостатком данного метода определения дальности является невысокая точность определения дальности ввиду того, что точность измерений зависит от размера ячейки дальности, кроме того, отсутствует критерий ложного определения положения отраженного сигнала.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа определения положения отраженного импульса, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности определения положения отраженного импульса в локационных методах, а также добавление критерия ложного определения отражённого сигнала.
Технический результат достигается тем, что в способе определения положения отраженного импульса, который заключается в многократном зондировании линии электропередачи одиночными электромагнитными импульсами, приеме и регистрации отраженного линией электропередачи сигнала, составляющего рефлектограмму из точек Vi, где индекс i лежит в интервале от 0 до N, согласно изобретению задается несколько интервалов поиска внутри рефлектограммы, которые состоят из точек Vj, где индекс j лежит в интервале от B≥0, где B представляет собой начальный индекс интервала поиска, до C≤N, где C представляет собой конечный индекс интервала поиска, для каждого интервала поиска задается массив точек эталонного отраженного импульса En, форма которого определяется ожидаемой формой отраженного импульса, где индекс n лежит в интервале от 0 до M, внутри каждого массива точек эталонного импульса En задается индекс z0 центра эталонного импульса, который является центром ожидаемой формы отраженного импульса, для повышения надежности определения отражённого импульса предлагается использовать такое свойство, как уменьшение корреляционной функции в стороне от истинного положения отраженного импульса, для этого с двух сторон от максимального значения корреляционной функции добавляются защитные интервалы, на которых корреляционная функция должна спадать, таким образом задается первый защитный интервал с индексами точек от 0 до z1, где z1< z0, задается второй защитный интервал с индексами точек от z2 до M, где z2> z0, внутри каждого интервала поиска Vj подсчитывается массив точек коэффициента корреляции Rq,
,
где Rq – массив точек коэффициента корреляции;
индекс q изменяется от B до С;
индекс n лежит в интервале от 0 до M;
z0 – центр эталонного отраженного импульса En;
Vn+q-z0 – массив точек рефлектограммы Vi;
VS – среднее арифметическое массива Vn+q-z0;
En – массив точек эталонного отраженного импульса;
ES – среднее арифметическое массива En,
среди всех Rq определяется максимальное значение Rqmax, при значении индекса q=qmax определяется центр отраженного импульса в данном интервале поиска Vj, внутри первого защитного интервала в массиве коэффициентов корреляции Rq с индексами от (qmax-z0) до (qmax-z0+z1) определяется максимальное значение Rq1max при значении индекса q1=q1max, внутри второго защитного интервала в массиве коэффициентов корреляции Rq с индексами от (qmax-z0+z2) до (qmax-z0+M) определяется максимальное значение Rq2max при значении индекса q2=q2max, для каждого интервала поиска Vj задаем коэффициенты W1 и W2, которые определяют, во сколько раз коэффициенты корреляции Rq1max, Rq2max в стороне от центра 4 импульса 5 должны быть меньше, чем коэффициент корреляции Rqmax в центре импульса, при выполнении условий (Rqmax / Rq1max)>W1 и (Rqmax / Rq2max)>W2, определенный центр отраженного импульса в данном интервале поиска Vj считается достоверным, в противном случае определенный центр отраженного импульса отвергается как недостоверный.
Предлагаемый способ определения положения отраженного импульса иллюстрируется на фиг. 1, где ось А – амплитуда импульсов, ось t – время от начала зондирования, от момента посылки зондирующего импульса, цифрами обозначены:
1 – отраженный линией электропередачи сигнал, составляющий рефлектограмму из точек Vi;
2 – массив точек эталонного отраженног импульса En;
3 – график изменения массива точек коэффициента корреляции Rq;
4 – центр отраженного импульса 5 на рефлектограмме 1;
5 – отраженный импульс;
6 – края графика массива точек коэффициента корреляции Rq, на которых коэффициент корреляции Rq уменьшается, по сравнению с максимальным значением при индексе qmax;
7, 8 – положения массива точек эталонного отраженного импульса En немного в стороне от центра 4 отраженного импульса 5 на рефлектограмме 1, при которых массив коэффициентов корреляции Rq имеет примерно половинное значение, по сравнению с максимальным значением при индексе qmax;
9 – положение массива точек эталонного отраженного импульса En далеко в стороне от центра 4 отраженного импульса 5 на рефлектограмме 1, при котором массив коэффициентов корреляции Rq имеет примерно нулевое значение.
Способ определения положения отраженного импульса работает следующим образом.
Производится многократное зондирование линии электропередачи одиночными электромагнитными импульсами, прием и регистрация отраженного линией электропередачи сигнала, составляющего рефлектограмму из (N+1) точек Vi (1 на фиг.1), где индекс i лежит в интервале от 0 до N, где N – это длина рефлектограммы, точки Vi являются измерениями АЦП, отраженного линией электропередачи сигнала.
На данной рефлектограмме, состоящей из точек Vi, условия приема отраженного импульса могут изменяться, поэтому задается несколько интервалов поиска внутри рефлектограммы, которые состоят из точек Vj, где индекс j лежит в интервале от B≥0, где B представляет собой начальный индекс интервала поиска, до C≤N, где C представляет собой конечный индекс интервала поиска. Заданный индексами B и C интервал поиска характеризуется тем, что условия приема отраженного импульса внутри интервала поиска остаются неизменными.
Для каждого интервала поиска задается массив (M+1) точек, составляющих массив точек эталонного отраженного импульса En (2 на фиг.1), где индекс n лежит в интервале от 0 до M, число M связано с длительностью отраженного (и зондирующего) импульса. Эталонный отраженный импульс En задает форму, которую приблизительно должен иметь отраженный импульс 5 на рефлектограмме Vi, который может появится в любом месте внутри интервала поиска Vj, и может отличаться от эталонного отраженного импульса En амплитудой. Эталонный отраженный импульс 2 на фиг.1 задан прямоугольным, как самая простая форма импульса, удобная для объяснения принципа работы предлагаемого способа определения положения отраженного импульса.
Внутри каждого интервала поиска Vj подсчитывается массив точек коэффициента корреляции Rq,
,
где Rq – массив точек коэффициента корреляции;
индекс q изменяется от B до С;
индекс n лежит в интервале от 0 до M;
z0 – центр массива точек эталонного отраженного импульса En;
Vn+q-z0 – массив точек рефлектограммы Vi;
VS – среднее арифметическое массива Vn+q-z0;
En – массив точек эталонного отраженного импульса;
ES – среднее арифметическое массива En,
средние значения VS и ES используются для того, чтобы убрать влияние постоянных составляющих массивов точек Vn+q-z0 и En на массив точек коэффициента корреляции Rq.
Для прямоугольного эталонного отраженного импульса En (2 на фиг.1) и аналогичного по форме отраженного импульса 5 на рефлектограмме Vi (1 на фиг.1), изменение массива точек коэффициента корреляции Rq от времени представляет собой треугольную форму 3. Максимум коэффициента корреляции Rqmax, при значении индекса q=qmax, наблюдается при совпадении 4 центра отраженного импульса 5 на интервале поиска Vj и положения эталонного отраженного импульса En (2 на фиг.1), таким образом индекс qmax является центром обнаруженного отраженного импульса на интервале поиска Vj. При этом точность определения центром отраженного импульса максимальна, и определяется временным отрезком между двумя измерениями АЦП, или интервалом времени между двумя измеренными точками массива Vj.
Если положения 7, 8 эталонного отраженного импульса En немного в стороне от центра 4 отраженного импульса 5 на рефлектограмме 1, при котором только половина длительности эталонного отраженного импульса En 7, 8 пересекается с импульсом 5 на рефлектограмме 1, тогда коэффициент корреляции Rq будет иметь примерно половинное значение, по сравнению с максимальным значением при индексе qmax.
Если положение эталонного отраженного импульса 2 далеко в стороне 9 от импульса 5 на рефлектограмме 1, эталонный отраженный импульс 2 совсем не пересекается с импульсом 5 на рефлектограмме 1, тогда значение коэффициента корреляции Rq будет вблизи нуля 6.
Таким образом, график изменения коэффициента корреляции Rq 3 характеризуется двумя факторами: 1) имеется максимум коэффициента корреляции Rqmax, при значении индекса q=qmax, который наблюдается при совпадении при совпадении 4 центра отраженного импульса 5 на интервале поиска Vj и положения эталонного отраженного импульса En (2 на фиг.1), выделенный внутри рефлектограммы Vi (1 на фиг.1); 2) график 3 изменения коэффициента корреляции Rq спадает при отклонении индекса от qmax, коэффициент корреляции Rq уменьшается, по сравнению с максимальным значением Rqmax.
Первый фактор был учтен при нахождении максимума коэффициента корреляции Rqmax, при значении индекса q=qmax.
Второй фактор поможет для достоверного обнаружения положения импульса 5 на рефлектограмме Vi (1 на фиг.1): внутри каждого эталонного импульса 2 En задается первый защитный интервал с индексами точек от 0 до z1, где z1< z0, задается второй защитный интервал с индексами точек от z2 до M, где z2> z0. Внутри первого защитного интервала в массиве коэффициентов корреляции Rq с индексами от (qmax-z0) до (qmax-z0+z1) определяется максимальное значение Rq1max при значении индекса q1=q1max, внутри второго защитного интервала в массиве коэффициентов корреляции Rq с индексами от (qmax-z0+z2) до (qmax-z0+M) определяется максимальное значение Rq2max при значении индекса q2=q2max.
Для реального отраженного импульса 5 график 3 изменения коэффициента корреляции Rq должен спадать при отклонении индекса от qmax, то есть значения Rq1max и Rq2max, найденные в стороне от точки максимального значения коэффициента корреляции Rqmax, должны быть меньше данного максимального значения Rqmax.
Для каждого интервала поиска Vj зададим коэффициенты W1 и W2, которые определяют, во сколько раз коэффициенты корреляции Rq1max, Rq2max в стороне от центра 4 импульса 5 должны быть меньше, чем коэффициент корреляции Rqmax в центре импульса. При выполнении условий (Rqmax / Rq1max)>W1 и (Rqmax / Rq2max)>W2, где W1 и W2 заданные для данного интервала поиска Vj коэффициенты, определенный центр отраженного импульса при индексе qmax в данном интервале поиска Vj считается достоверным, в противном случае определенный центр отраженного импульса отвергается как недостоверный. Коэффициенты W1 и W2 определяют, во сколько раз максимальный коэффициент корреляции Rqmax должен быть больше коэффициентов корреляции в защитных интервалах Rq1max и Rq2max, найденные в стороне от точки максимального значения коэффициента корреляции Rqmax.
Таким образом, способ определения положения отраженного импульса позволяет повысить точность и надежность определения положения отраженного импульса в локационных методах, с добавлением критерия ложного определения отражённого сигнала.