СПОСОБ СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ НА ПРОСТРАНСТВЕННО РАЗНЕСЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВАХ
METHOD FOR COMBINED PROCESSING OF TIME-DIVISION CHANNELLING TELEMETRIC SIGNALS DETECTED AT SPATIALLY SPACED MEASURING MEANS

Изобретение относится к радиотехнике, телеизмерительной технике и может быть использовано при приеме, регистрации и совместной обработке телеметрических сигналов с временным разделением каналов, зарегистрированных на пространственно разнесенных измерительных средствах способом фиксации мгновенных значений квадратурных составляющих сигнала промежуточной частоты.
Известен способ разнесенного приема, заключающийся в троекратном повторении каждого разряда сообщения при передаче и регистрации того разряда, который был принят хотя бы два раза из трех [1].
Наиболее близким техническим решением является способ разнесенного приема, заключающийся в приеме неоднократно повторенного сообщения телеизмерения и регистрации сообщения, принятого большее число раз, чем все другие [2].
Недостатком известных способов совместной обработки телеметрических сигналов с временным разделением каналов является то, что совместная обработка зарегистрированных сигналов осуществляется после выполнения процедур детектирования, синхронизации и демодуляции, что в условиях низких соотношений сигнал-шум на входах приемных устройств приводит к возникновению большого числа аномальных погрешностей в результате некачественной работы решающих устройств (неуверенной работы) на всех измерительных средствах. Такие участки характеризуются большим числом отбраковываемых выборок (участками частичной потери телеметрической информации).
Для устранения указанного недостатка необходима реализация технологии формирования обобщенного массива данных, на основе совместной обработки сигналов принимаемых на пространственно разнесенных измерительных средствах, до решающих устройств, что позволит получить в результате совместной обработки улучшение соотношения сигнал-шум на входе решающего устройства и, как следствие, сокращение потерь телеметрических данных.
Требуемый технический результат заключается в сокращении потерь телеизмерений, связанных с пороговым эффектом приемной аппаратуры, возникающем при неблагоприятных условиях приема на пространственно разнесенных измерительных средствах.
<mrow><msubsup><mi>z</mi><mi>c</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>z</mi><mi>s</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
q
q
q
q
Указанный технический результат достигается тем, что совместная обработка данных, зарегистрированных способом регистрации и обработки телеметрического сигнала с временным разделением каналов на различных измерительных средствах и представляющих дискретные отсчеты синфазной
и квадратурной
, амплитуд принимаемого телеметрического сигнала при достаточно медленных его замираниях, осуществляется путем реализации принципов когерентного сложения, который предполагает выполнение операции компенсации разности фаз Δφ между сигналами, зарегистрированными в разных каналах разнесения, и умножение на весовые коэффициенты µ, которые характеризуют зависимость изменения амплитуды сигнала от изменения коэффициента передачи в каждом q-ом канале. Оценка параметров Δφ и µ, при реализации алгоритма совместной обработки данных, зарегистрированных на различных измерительных средствах, осуществляется на основе обработки совокупности служебных сигналов, используемых при формировании группового телеметрического радиосигнала с временным разделением каналов. Приведение в соответствие данных, зарегистрированных на различных измерительных пунктах и относящихся к одному и тому же сообщению, необходимо осуществлять по правилу максимума функции взаимной корреляции, которая вычисляется на основе совместной обработки данных, полученных в различных каналах разнесения. Максимум полученной функции будет характеризовать момент, соответствующий совпадению данных, зарегистрированных в различных каналах разнесения.
Реализация совместной обработки данных может быть представлена выражением
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>x</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>Q</mi></munderover><mrow><msup><mi>μ</mi><mi>q</mi></msup><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>Q</mi></munderover><mrow><msup><mi>μ</mi><mi>q</mi></msup><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow></msqrt><mtext>                           </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mo>,</mo><msub><mi>s</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow>
q
где
- квадратурные составляющие огибающей корреляционной функции, полученные с учетом компенсации разности фаз Δφ.
Для получения квадратурных составляющих необходимо выполнить следующий алгоритм
<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mtext>n</mtext><mo>=</mo><mtext>1</mtext></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>к</mi><mi>а</mi><mi>н</mi></mrow></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>cos</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>к</mi><mi>а</mi><mi>н</mi></mrow></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>cos</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>,</mo><mtext>  </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
и
<mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup></mrow>
где
- выборка сигнала, соответствующего значению х параметра u;
<mrow><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mo>,</mo><msub><mi>s</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow>
кан
- данные в q-ом канале разнесения, соответствующие дискретным значениям квадратурных составляющих принимаемого сигнала, относящихся к одному и тому же интервалу времени, где n=1,…,N,
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow>
- фазовый сдвиг между 1-ым и q-ым каналом разнесения.
jr
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
Для определения данных, соответствующих одному и тому же временному интервалу Δt (где j - номер кадра, а r - номер канала), в качестве объекта анализа целесообразно использовать последовательность данных
, полученную на основании реализации способа регистрации и обработки телеметрического сигнала с временным разделением каналов при восстановлении временной структуры зарегистрированных данных, отражающих дискретные значения огибающей взаимной корреляционной функции принимаемого сигнала и эталонного синхросигнала. Данная зависимость выражает только энергетические характеристики случайных процессов и не зависит от неопределенности начальных фаз регистрируемых сигналов в каждом канале разнесения.
Для выделения массивов данных, соответствующих одним и тем же интервалам необходимо найти максимум функции взаимной корреляции (ФВК), которая определяется согласно выражения
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>K</mi><mo>−</mo><mi>D</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>K</mi><mo>−</mo><mi>D</mi></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mi>M</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>d</mi></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mi>M</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>d</mi></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>,</mo><mtext>           </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
где
- дискретное представление ФВК между первым и q-ым каналом разнесения;
d=0,1,2,…,D - число ординат ФВК.
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mi>n</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
jr
Максимум корреляционной функции
будет характеризовать сдвиг, при котором данные, зарегистрированные в первом канале, соответствуют данным в q-ом канале разнесения. Это позволит сформировать множества
, соответствующие одному и тому же временному интервалу Δt (канальному интервалу).
При осуществлении предлагаемого способа совместной обработки телеметрических сигналов с временным разделением каналов, зарегистрированных на пространственно разнесенных измерительных средствах, выполняют следующие операции.
<mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
1. Вычисление ФВК, на основании полученных зависимостей
при реализации способа регистрации и обработки телеметрического сигнала с временным разделением каналов при восстановлении временной структуры зарегистрированных данных в каждом канале разнесения q (фиг.1)
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>K</mi><mo>−</mo><mi>D</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>K</mi><mo>−</mo><mi>D</mi></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mi>M</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>k</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>d</mi></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mi>M</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>d</mi></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
где
- дискретное представление ФВК между первым и q каналом разнесения;
d=0,1,2,…,D - число ординат ФВК.
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mi>d</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow>
2. Определение сдвига d при котором ФВК
, имеет максимум, характеризующий соответствие данных зарегистрированных в первом канале разнесения, данным, зарегистрированным в q-ом канале (нулевой сдвиг между сигналами, зарегистрированными в разных каналах) (фиг.2).
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mi>k</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Z</mi><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>j</mi><mi>r</mi></mrow></msub></mrow><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mi>n</mi><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
кан
jr
q
3. Формирование из зарегистрированных данных
с учетом реализации оператора восстановления временной структуры зарегистрированных данных и определения фазовых соотношений между данными, зарегистрированными в различных каналах разнесения q, множеств
, где n=1,2,…N - данные, принадлежащие одному и тому же элементу сообщения в -ом канале разнесения, т.е. соответствующие временному интервалу Δt.
q
q
4. Вычисление, на основании априорных сведений о структуре телеметрического сигнала, оценок фазовых сдвигов Δφ в различных каналах разнесения и весовых коэффициентов µ, характеризующих изменение амплитуды принимаемого сигнала в зависимости от изменения коэффициента передачи.
5. Вычисление функциональных зависимостей (фиг.3), отражающих квадратурные составляющие корреляционного интеграла с компенсацией фазовых сдвигов, в соответствии с выражением
<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>к</mi><mi>а</mi><mi>н</mi></mrow></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup></mrow></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>cos</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> k</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
и
<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>к</mi><mi>а</mi><mi>н</mi></mrow></msub></mrow></munderover><mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup></mrow></mstyle><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> n</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>cos</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> k</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup><mi>sin</mi><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
<mrow><msubsup><mi>s</mi><mi>n</mi><mi>x</mi></msubsup></mrow>
jr
где
- выборка сигнала, соответствующая значению X параметра u;
<mrow><mi>Δ</mi><msubsup><mi>ϕ</mi><mn>0</mn><mi>q</mi></msubsup></mrow>
- фазовый сдвиг между 1-ым и q-ым каналом разнесения.
6. Вычисление зависимости, соответствующей дискретным значениям огибающей функции взаимного корреляционного интеграла между зарегистрированным сигналом и эталонным сигналом,
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>x</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>Q</mi></munderover><mrow><msup><mi>μ</mi><mi>q</mi></msup><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>Q</mi></munderover><mrow><msup><mi>μ</mi><mi>q</mi></msup><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>s</mi><mtext> x</mtext></mrow><mi>q</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
по всем возможным значениям x.
jr
x
7. Определение значение параметра u, соответствующее максимальному значению функции R.
Предлагаемый способ регистрации и обработки телеметрического сигнала с временным разделением каналов обеспечивает получение указанного технического результата - сокращении потерь телеизмерений, связанных с пороговым эффектом приемной аппаратуры, возникающем при неблагоприятных условиях приема на пространственно разнесенных измерительных средствах.
Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- предлагаемый способ предназначен для использования в промышленности, а именно в радиотехнике, в частности, в станциях приема, регистрации и обработки телеметрической информации;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".
ЛИТЕРАТУРА
1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1963, с.340.
2. Мановцев Л.А. Введение в цифровую радиотелеметрию. - М.: Энергия, 1967, с.295.