Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Диссертационная работа:

Львов, Пётр Алексеевич. Разработка методов, алгоритмов и программ для СВЧ-преобразователей информации в системах управления техническими объектами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.05 / Львов Пётр Алексеевич; [Место защиты: Сарат. гос. техн. ун-т].- Саратов, 2011.- 136 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2430

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. Эффективность ряда систем управления в современных телекоммуникационных комплексах, в военной и космической технике во многом определяется характеристиками контуров обратной связи, одним из основных элементов которых являются СВЧ-преобразователи информации (СПИ). В настоящее время при построении этих преобразователей обычно используется метод векторного вольтметра. Он требует применения дорогостоящего СВЧ оборудования, ориентировочная стоимость которого составляет 50 100 тысяч долларов США, что существенно ограничивает его использование в прикладных областях.

В 1972 году Г. Энген и К. Хоэр предложили альтернативный векторному вольтметру метод многополюсного рефлектометра. Однако этот способ не нашёл широкого применения из-за сложности процедуры калибровки преобразователя и отсутствия у большинства исследователей нагрузок с достаточно точно известными параметрами в широком диапазоне частот. Поэтому созданные экспериментальные образцы автоматических СПИ, основанные на многополюсниках и описанные в зарубежной литературе (Т. Якабе, М. Киношита, Х. Ябе, Ф. Ганнучи, К. Ивамото, К. Фуджи, Х.С. Лю, Т.Х. Чу, А. Штельцер, С. Дискус, К. Любке, Х. Тим), оказались неудачными из-за высокой их стоимости и низкой точности проводимых измерений.

В конце прошлого века группой отечественных исследователей (А.А. Львов, А.А. Моржаков, К.В. Семёнов, Д.В. Ковалёв, Б.М. Кац) разработан СПИ в виде комбинированного многополюсного рефлектометра, часть датчиков которого слабо связана с полем внутри тракта и является многозондовой измерительной линией. Это устройство может быть откалибровано по набору нагрузок с неточно известными параметрами отражения, если достаточно точно известны расстояния от плоскости подсоединения исследуемого объекта до датчиков многозондовой линии, что его существенно упрощает и удешевляет. Однако в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн относительные ошибки в определении расположения датчиков вдоль СВЧ тракта линии становятся значительными, что снижает точность калибровки многополюсного рефлектометра и измерения исследуемых параметров состояния управляемого объекта.

В связи с этим целью настоящей работы является повышение точности калибровки, а также удешевление конструкции СПИ на основе многополюсных рефлектометров за счет применения оптимальных статистических методов и алгоритмов цифровой обработки получаемой информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Анализ существующих СПИ, основанных на многополюсных рефлектометрах, в условиях случайных внешних воздействий и выявление основных недостатков, препятствующих достижению высокой точности измерений.

2. Разработка методов и алгоритмов калибровки комбинированных многополюсных рефлектометров на основе полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора оцениваемых расстояний от плоскости подсоединения исследуемой СВЧ цепи до датчиков многозондовой измерительной линии.

3. Модернизация существующих автоматических СПИ на основе многополюсного рефлектометра использованием комбинированного многополюсника, что позволит значительно повысить их точность и технологичность, а также существенно упростить конструкции приборов.

4. Разработка новых алгоритмов оценки коэффициентов передачи комбинированного многополюсника и неизвестных характеристик исследуемого объекта управления на основе применения оптимальных методов определения параметров в различных технических приложениях.

5. Создание пакетов прикладных программ, реализующих разработанные методы и алгоритмы, и проведение имитационного моделирования для оценки эксплуатационных характеристик предлагаемых анализаторов.

Предметом исследования являются теоретические, методические и практические аспекты построения СПИ систем управления на базе комбинированных многополюсников, а также применение оптимальных статистических методов цифровой обработки информации, получаемой с их выходов.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе используется аппарат теорий вероятностей и оптимального оценивания, в частности, методы максимального правдоподобия и наименьших квадратов. Достоверность полученных научных положений и результатов доказана теоретическими выводами и подтверждена результатами модельных экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан универсальный СПИ, основанный на многополюсном рефлектометре, отличающийся использованием в качестве преобразователя сигналов комбинированного многополюсника, что позволяет существенно повысить его точность и снизить себестоимость.

2. Разработан новый алгоритм калибровки комбинированного многополюсного рефлектометра, отличительной особенностью которого является уточнение расстояний от плоскости подсоединения измеряемого объекта до датчиков многозондовой линии и длины волны в тракте многополюсника на основе оценивания с использованием полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора неизвестных параметров, что позволило снизить основные систематические ошибки калибровки рефлектометра.

3. Построены оптимальные алгоритмы обработки данных с выходов многополюсника, позволяющие получать эффективные оценки определяемых параметров при его применении в различных технических приложениях: а) в системе построения разнесённых СВЧ изображений; б) в измерителе расстояния до плоской поверхности; в) в измерителе угла прихода радиолокационного сигнала; г) в доплеровском радаре измерения скорости объекта.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение комбинированного многополюсника позволяет модернизировать известные конструкции СПИ, при этом существенно упрощается их изготовление и повышается точность измерения оптимизацией процедур измерения и калибровки. На основе предложенного метода повышения точности СПИ разработаны принципиально новые, которые могут быть откалиброваны по набору неизвестных нагрузок. Предложенные алгоритмы реализованы в виде программ математического обеспечения соответствующих преобразователей, которое может быть использовано при создании макетных образцов систем управления на их основе.

Реализация результатов. Полученные в работе теоретические результаты использовались при разработке алгоритмического и программного обеспечения для системы определения угла прихода телевизионного сигнала в Саратовском областном радиотелевизионном передающем центре и при разработке программного комплекса, предназначенного для проведения лабораторных работ и внедренного в учебный процесс на кафедре «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского ГТУ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на международных конференциях: «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006; Ярославль, 2007; Саратов 2008, 2010), «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007), «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008), «Проблемы управления, передачи и обработки информации» (Саратов, 2009), а также на научных семинарах факультета электронной техники и приборостроения СГТУ в г. Саратове.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, 3 из которых в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 174 наименования, и приложения. Общий объем работы составляет 128 страниц, включая 26 рисунков и 8 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net