В настоящее время особое место принадлежит динамическим системам связи. Необходимость создания динамических систем определяется задачами повышения эффективности систем связи в условиях РЭП, переходом к системам с незакрепленными каналами.

Для функционирования динамических систем связи, как правило, необходимо осуществлять наблюдение за текущим состоянием системы (контроль за помеховой обстановкой, контроль функционирования системы и т.д.). Для осуществления наблюдения в систему вводятся соответствующие анализаторы и каналы обратной связи, по которым передается информация о состоянии объектов управления. В настоящее время в основном создаются цифровые каналы обратной связи. Преимущества создания цифровых каналов обратной связи освещены в работах.

Известно, что эффективность функционирования любой динамической системы зависит от того, какова точность информации, поступающей от объекта управления. В свою очередь точность передачи этой информации зависит от статических характеристик измеряемых параметров системы, алгоритма и параметров кодирования и декодирования информации, вида используемых радиосигналов, алгоритма их обработки, статистических свойств каналов связи.

Упрощенная структурная схема канала обратной связи может быть представлена в виде Рис.1.

Наиболее эффективным путем повышения помехозащищенности является использование помехозащищенных методов модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов, а также использование пространственно-поляризованных методов борьбы с помехами. Однако, учитывая, что при передаче сигналов ТУ-ТС используется часть энергетического частотно-временного ресурса оперативных трактов, модемные методы повышения помехозащищенности в данной задаче имеют ограниченную применимость. В связи с этим представляет интерес рассмотрение методов повышения помехозащищенности за счет выбора параметров кодирующих и декодирующих устройств. Действительно, известно, что оптимизация параметров кодера и декодера может позволить в значительной мере либо снизить скорость передачи информации при фиксированной помехозащищенности, либо при постоянстве скорости существенно повысить помехозащищенность.

Для выбора того или иного метода кодирования и модуляции сигналов ТУ-ТС необходимо иметь качественный критерий сравнимости различных способов передачи и на основании этого критерия произвести анализ помехоустойчивости различных методов передачи сигналов телесигнализации в военных системах многоканальной радиосвязи.

Этим вопросам и посвящена настоящая дипломная работа.

Обоснование критерия сравнимости различных способов передачи сигналов телеуправления – телесигнализации.

Особенностью перспективных динамических систем связи будет являться наличие автоматизированной системы управления средствами и комплексами связи. Известно, что все системы управления можно разделить на две группы:

---

1). Системы, в которых для формирования управления используются только априорные данные.

2). Системы, в которых для формирования управления используются прямые или косвенные наблюдения за состоянием объекта управления.

Первую группу систем можно назвать программными системами управления. Вторую группу – позиционными системами управления. Из того факта, что в позиционных системах используются наблюдения за состоянием объекта управления при выработке решения субъектом управления, должен существовать канал измерений.

Будем считать, что всякая позиционная система является замкнутой (т.е. фактически определяем замкнутую систему управления как систему с каналом измерений, каналом обратной связи). Поведем здесь упрошенное определение характера взаимосвязей показателей качества измерения и показателей качества функционирования системы связи.

На основе анализа этих взаимосвязей будет осуществляться выбор критерия сравнимости функционирования каналов измерения (каналов телесигнализации).

Для установления общих взаимосвязей воспользуемся результатом, полученным в работе, где проведена классификация каналов измерения в замкнутых системах на три группы:

1. Каналы телесигнализации (ТС), обеспечивающие полную обратную связь, т.е. обеспечивается абсолютно точное измерение всех координат вектора состояния объекта управления.

2. Каналы ТС, обеспечивающие неполную обратную связь. В этом случае, часть координат вектора состояния может измеряться с некоторой конечной погрешностью, либо абсолютно точно, а часть координат измеряется с бесконечно большой погрешностью (либо, что тоже самое вообще не измеряться).

3. Каналы ТС, обеспечивающие стохастическую обратную связь, т.е. измерение всех координат вектора состояния (или хотя бы части координат) проводится для случайных шумов (с конечной погрешностью).

Очевидно, что в реальных условиях мы всегда будем иметь дело с каналами ТС третьей и второй групп. Однако анализ систем с каналами первой группы может позволить установить некоторые потенциально достижимые характеристики системы со стохастическими характеристиками.

Учитывая ограниченный объем дипломного проекта, здесь приведены результаты только для линейных стохастических систем. В соответствии с этими работами везде ниже предполагается, что уравнение состояния, описывающее работу объекта управления имеет вид:

dx(t)=(Ax+BU)dt+Fd(t) (1)

где: - матрицы A,B,F не зависящие от x и U;

• x(t) – вектор состояния объекта управления;

• (t) – стандартный винеровский процесс.

В качестве критерия оптимальности выбирается функционал:

Задача минимизации (2) при ограничении (1) в данной работе решается для каналов ТС, указанных выше групп, следующим образом:

а) обеспечена полная обратная связь, т.е. наблюдение z(t)=x(t) (3), тогда оптимальное управление для данной задачи

---

U
(x)= - D^-1 B^T G(t) X(t) (4), а соответствующее среднее значение функционала

б

) обеспечена неполная обратная связь, причем часть наблюдаемых компонент вектора наблюдается на фоне шумов. В этом случае имеется вектор Х наблюдаемых координат. Показатели качества принимают вид:

где: С^(ij) и E^(ij)(i,j=1,2) – блоки матриц С и Е, входящих в выражение (2).

Уравнение состояния и уравнение наблюдения принимают вид:

d

(7).

x(t)=(A₁x+A₂Z+B₁U)dt+Fd(t)

dz(t)=(S₁x+S₂Z+B₂dt+Фd(t)

Тогда оптимальное уравнение для данной задачи принимает вид:

U(t)= -D^-1B^TG(t)y(t) (8),

а соответствующее среднее значение функционала:

Q(t)=Q₀(t)+1/2y^TG(t)y (9)

где – G(t) – решение уравнения (5)

- y=[m/z];

- [m(t)] – вектор апостериорных математических ожиданий составляющих процесса z(t);

- r(t) – матрица вторых моментов процесса (t);

в) Для случая стохастической обратной связи

dx(t)=(AX+BU)dt+Fd(t) (11)

r(t)=S(t)*x(t)+Фd(t)/dt (12)

Оптимальное уравнение для данной системы принимает вид:

U(t)= -D^-1B^TG(t)m(t) (13),

а среднее значение функционала (2)

Q(t)=Q₀(t)+1/2m^TG(t)m (14)

где –

• m – математическое ожидание процесса (x,t);

• Г – матрица вторых моментов этого процесса;

• N=Ф*Ф^Т;

• G – матрица, определяемая из уравнения (5).

В случаях “б” и “в” моменты “m” и “Г” могут быть найдены из уравнений:

m’ =(f+Am+SГ+P)^T*N^-1(Z-G-Sm) (16);

Г’ =A Г+ ГA^T+F*F^T-(S Г+P)^TN^-1(S Г+P) (17);

Г(t₀)=Г₀; m(t₀)=m₀;

Апостериорное среднее m(t) является решением последних уравнений и представляет собой оптимальную оценку для процесса x(t) (оценка Каимана-Бьюси). Такие оценки получаются в системе измерения, описываемой уравнениями:

x’=f(t)+A(t)x+f(t)d(t)/dt (18)

z(t)=g(t)+S(t)x(t)+Ф(t)d/dt (19).

Из рассмотренного выше можно сделать следующие выводы:

1. Сопоставление выражений для оптимального управления (13),(8),(4) показывает, что для формирования управления во всех трех рассмотренных случаях используются апостериорные средние оценки вектора состояния на выходе канала ТС. Алгоритм управления идентичен во всех трех случаях, причем, что примечательно, в самом оптимальном регуляторе не используется матрица вторых моментов оценки вектора состояния. В силу этого такой регулятор может быть назван детерминированным. Таким образом, если представить детерминированную систему управления бу шумов, значение вектора состояния которой совпадает с вектором апостериорных математических ожиданий стохастической системы, то оптимальные регуляторы и сами управления U(t) в обеих системах будут полностью совпадать.

2. Линейная стохастическая система управления с показателями качества (2) или (6) состоит из двух относительно не зависимых систем: оптимального регулятора, о котором шла речь в пункте 1, и системы оценки первых и вторых моментов вектора состояния, описываемой уравнениями (16), (17), (18), (19).

---

Такая система измерения называется оптимальным линейным фильтром. Возможность разделения линейной оптимальной системы управления на детерминированный оптимальный регулятор и оптимальный линейный фильтр является основным содержанием теоремы разделения. Все отличие трех рассмотренных групп каналов ТС состоит в параметрах оптимального линейного фильтра и в матрицах вторых моментов “Г”.

3. Составление показателей качества функционирования системы управления (4а), (9), (14) показывает, что для всех трех групп каналов ТС при равенстве апостериорных математических ожиданий отличия содержатся в значениях Q(t), которые в свою очередь монотонно зависят от величины следа матрицы вторых моментов t_r Г(t). Учитывая ,что для вычисления следа необходимо предварительно произвести диагонализацию матрицы “Г”, а диагональные элементы имеют смысл дисперсии вектора состояния, можно сделать вывод о том, что качество управления в значительной мере определяется величиной этой дисперсии, т.е. чем больше дисперсия, тем больше значения функционала и тем хуже качество.

Основными факторами, определяющими минимальную величину дисперсии, являются как это следует из уравнения (17), параметры системы измерения и статистические свойства процесса (t). Учитывая, что систему измерения мы должны разделить на две последовательно-соединенные части – собственно измеритель и канал ТС, удобно от величины t_rГ перейти к энтропии оценок вектора состояния системы , которая определяется из соотношения:

Н_изм=1/2t_rlnГ (20).

Переход к энтропии позволяет аддитивно разделить ее на энтропию собственно линейного фильтра и энтропию канала ТС, причем:

Н_изм=Н_лф+Н_ТС (21).

Как уже отмечалось, матрица вторых моментов, а следовательно, и энтропия линейного фильтра при фиксированных входных воздействиях на систему управления определяется параметрами линейного фильтра.

В свою очередь энтропия канала ТС зависит от шумов в этом канале и параметров системы модуляции и кодирования. В связи с этим возникает вопрос, можно ли осуществлять оптимизацию параметров линейного фильтра и систем модуляции и кодирования не зависимо друг от друга. Учитывая замкнутость системы управления, это в общем случае делать нельзя, т.к. выбор того или иного способа кодирования изменяет дисперсию процесса «Х», что в свою очередь влияет на выбор оптимальных параметров устройства оценки процесса «Х». Однако, в случае, когда рассматривается линейная система, причем все операторы, а также матрица «Е», входящая в выражение для функционала качества являются диагональными, оказывается, что оптимизацию параметров линейного фильтра и параметров системы кодирования и декодирования можно осуществлять независимо.

---

Очевидно, наличие нелинейной системы кодирования декодирования не позволяет говорить о том, что наша задача является линейной. Здесь мы рассматриваем упрощенный вариант задачи, когда предполагается, что выбор показателя качества и пространства состояний «Х» осуществлен так, чтобы се нелинейные операторы физической системы были представлены как линейные операторы ее математической модели.

С учетом всего вышеизложенного можно сделать вывод о том, что для оптимизации замкнутой системы управления за счет выбора системы кодирования и модуляции достаточно минимизировать только энтропию канала ТС, т.е. min Н_ТС. Наконец учитывая, что в одномерном случае Н_ТС=1/2ln² (22), где ² дисперсия шумов в канале ТС, может ставиться задача по минимизации шумов передачи в каналах ТС. Если представить , что ² в свою очередь является суммой шумов квантования и шумов, возникающих из-за искажения сигналов в канале связи, т.е. ²=P_z=Р_кв+Р_кан (23),то можно утверждать, что минимизация выражения «Р_» за счет выбора систем кодирования и модуляции будет достаточной для минимизации показателей качества (4), (8), (13). И, таким образом , выражение (23) может быть выбрано как критерий сравнимости различных способов передачи каналов ТС.

БИТТУ

Факультет: Инженерно - строительный.

Кафедра: УИТ.

Отчет по практике .

Утверждено Выполнил:ст. гр. УИТ-51 зав.кафедрой УИТ Жалилина Ю.А.

Академик МАН ВШ, профессор Руководитель дипломного Власов В.В. проекта

«______» ___________ 2001 Хречков Н.Г.

«______» ______________ 2001г

Балаково 2001

---

Смотрите также файлы

• спич.doc

• help.doc

• Content.doc

• spich.doc

• вопросы1.doc