автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Метод статистической стабилизации частоты независимо работающих генераторов в инфокоммуникационных системах

Сафарьян Ольга Александровна

Метод статистической стабилизации частоты независимо работающих генераторов в инфокоммуникационных системах

Специальность: 12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2015

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Кибербезопасность информационных систем» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)

Научный руководитель: Габриэльян Дмитрий Давидович

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Соколов Сергей Викторович,

Заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор СКФ ФГОБУ ВПО «Московский технический университет связи и информатики», заведующий кафедрой систем передачи и обработки информации Кульбикаян Баграт Хачересович, кандидат физико-математических наук, доцент ФГБОУ ВПО РГУПС «Ростовского государственного университета путей сообщения», начальник управления информатизации

Ведущая организация Открытое акционерное общество «КБ «Связь»

Защита состоится 23 апреля 2015 г. в 14.00 часов в ауд. Д-406 на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Южный федеральный университет» по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: ул. Зорге 21 Ж, г. Ростов-на-Дону, Ростовская область, 344103.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять в двух экземплярах по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовской обл., ГСП-ПА, пер. Некрасовский, 44, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.20

Автореферат разослан дЫЛДггЛ 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.20 кандидат технических наук, доцент

В.В. Савельев

| РОССИЙСКАЯ

■ • ;:с У/!.", рс * ли ПАЯ

! г,И:;.'"|110'ГКА

7.0 1ч ___

----- ---------------- ' 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Расширение круга задач, решаемых современными инфокоммуникационными системами, внедрение новых технологий и достижение принципиально новых возможностей при их создании стимулировали в последние десятилетия интенсивное развитие способов и методов стабилизации частоты генераторов. Такое внимание к данному направлению в значительной степени определяется тем влиянием, которое оказывает стабильность формируемых в радиотехнических системах и устройствах частот на качественные показатели инфокоммуникационных систем. Основные области использования данных систем является оказание услуг по передаче данных и определение положения объектов на местности. Кроме того, радиотехнические системы и устройства находят широкое применение в радиолокации и радионавигации. Во многих случаях, например синтезатор частоты на основе прямого синтеза, фрагмент системы сотовой связи, включающий базовые станции и центр коммутации, пи-лотажно-навигационный комплекс самолета, фупповые меры частоты и времени, в данных системах и устройствах имеется наличие большого числа одновременно и независимо работающих генераторов.

Целью диссертации является повышение качества предоставляемых услуг в современных инфокоммуникационных и радиотехнических системах, в частности уменьшение битовой ошибки при передаче сообщений, повышение точности определения местоположения объектов, повышение точности задания временных интервалов без использования дополнительно вводимых высокостабильных генераторов.

Научная задача, решение которой направлено на достижение данной цели, заключается в разработке метода, обеспечивающего получение несмещенных, асимптотически эффективных и состоятельных оценок длительности формируемого временного интервала и частоты одновременно и независимо работающих с различными номинальными частотами и нестабильностями генераторов на основе статистической обработки результатов измерений фаз формируемых ими сигналов.

Указанная научная задача может быть декомпозирована на следующие частные научные задачи:

1. Разработать метод оценивания длительности формируемого временного интервала и частоты одновременно и независимо функционирующих с различными номинальными частотами и нестабильностями генераторов на основе статистической обработки данных об отклонениях фаз колебаний данных генераторов от номинальных значений.

2. Провести анализ потенциально достижимой точности оценивания длительности формируемого временного интервала и частот сигналов в системе одновременно и независимо функционирующих генераторов, а также свойств получаемых оценок.

3. Разработать устройство, реализующее метод повышения точности оценивания частот одновременно и независимо работающих с различными номинальными частотами и нестабильностями генераторов.

4. Провести анализ повышения эффективности функционирования инфокоммуникационных и радиотехнических систем различного назначения, включающих совокупность одновременно и независимо функционирующих генераторов, при использовании разработанного метода.

Объектом исследования являются системы одновременно и независимо работающих генераторов сигналов инфокоммуникационных и радиотехнических систем и устройств различного назначения.

Предметом исследования является метод повышения точности оценивания длительности формируемого временного интервала и частоты сигналов одновременно и независимо работающих в составе системы с различными частотами и неста-бильностями генераторов.

Методы исследований основаны на теории обработки случайных сигналов и процессов. Использованы методы компьютерного моделирования, цифровой обработки сигналов. Численные расчеты и компьютерное моделирование выполнены в программной среде МАТНСАИ с использованием разработанных автором компьютерных программ.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1 Предложен метод оценивания длительности временного интервала измерений и частоты сигналов, формируемых работающими с различной номинальной частотой и нестабильностью генераторами, на основе совместной взвешенной обработки измеренных значений фаз колебаний данных генераторов при известных значениях номинальных частот и стабильностей данных генераторов.

2 Получены аналитические соотношения, определяющие при использовании предлагаемого метода потенциальную точность оценивания длительности временного интервала и частоты сигналов, формируемых генераторами. Отмечено, что в случае использования генераторов с одинаковыми относительными нестабильностями и номинальными частотами получаемые оценки совпадают с результатами равноточных независимых измерений.

3 Исследованы основные закономерности, связывающие свойства получаемых при использовании предлагаемого метода оценок длительности формируемых группой одновременно и независимо функционирующих генераторов временного интервала и частоты сигналов. В частности показано, что использование разработанного метода обеспечивает относительную дисперсию оценки длительности временного интервала, частоты и вариацию Аллана частоты сигналов меньше, чем соответствующие значения нестабильности частоты и вариации Аллана частоты каждого из используемых в данной |руппе генераторов.

4 Проанализированы методические ошибки при использовании предлагаемого метода, связанные с предположениями о точно известных значениях номинальной частоты и стабильности каждого из используемых для получения оценок генераторов. В частности, получены аналитические соотношения, определяющие изменение дисперсии оценок длительности временного интервала и частот сигналов генераторов с дисперсиями отклонений частот сигналов и нестабильностей каждого из используемых генераторов.

Практическая значимость работы

1. Техническое решение по построению устройства стабилизации частоты одновременно и независимо работающих с различными номинальными частотами и стабильностями генераторов на основе разработанного метода, отличающееся дополнительно введенным устройством формирования корректирующих коэффициентов, что обеспечивает возможность учета изменения с течением времени средних частот генераторов и их относительных нестабильностей.

2. Программное обеспечение для моделирования статистической обработки сигналов, обеспечивающей получение оценок длительности временного интервала и частот генераторов и их статистических характеристик.

3. Оценки повышения эффективности инфокоммуникационных и радиотехнических систем и устройств на основе применения разработанного метода:

- для синтезатора частоты по методу прямого синтеза, включающего в свой состав двенадцать генераторов, функционирующих на различных частотах с одинаковой относительной нестабильностью частоты, достигается повышение стабильности частоты формируемых сигналов и соответственно точности определения радионавигационных параметров не менее, чем в 2,9 раза;

- для системы сотовой связи в каналах передачи информации между базовыми станциями и центром коммутации при объединении девяти БС на один центр коммутации достигается повышение стабильности частоты генераторов базовых станций и снижение вероятности битовой ошибки при передаче цифровых сигналов на два порядка;

- для радиотехнических систем, входящих в состав пилотажно-навигационного комплекса, минимальное достигаемое снижение нестабильности частоты составит от 1-Ю-7 до 6,5■ 10~6. Указанное повышение стабильности частоты генераторов позволит повысить тактико-технические характеристики пилотажно-навигационного комплекса. В частности, уменьшение дисперсии в 1,6 раза позволяет снизить ошибку определения координат самолета по наклонной дальности и по азимуту с 300 м и 4° до 190 м и 2,5° соответственно. Более точное определение местоположения самолета, которое может быть достигнуто при использовании данного метода стабилизации частот формируемых сигналов, дает возможность повысить безопасность и экономичность полетов;

- для групповой меры частоты и времени с использованием системы из шести генераторов, один из которых имеет относительную нестабильность 0,2 Ю-6, а остальные МО-6 достигается уменьшение относительной нестабильности формируемых частот и длительности временных интервалов с 0,2-Ю-6 до 0,13 Ю-6. При увеличении числа используемых генераторов относительная нестабильность формируемых частот и временных интервалов будет уменьшаться.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование функции правдоподобия, определяемой для совокупности одновременно и независимо работающих с различными номинальными частотами и нестабильностями генераторов с использованием статистических законов отклонения частоты колебаний от номинальных значений, позволяет разработать метод, обеспечивающий при известных значениях указанных параметров более точную оценку временного интервала измерений и частоты генераторов по сравнению со стабильностью любого генератора, входящего в данную совокупность. Кроме того, путем проведения численного моделирования показано, что управление частотой генераторов с использованием данного метода позволяет уменьшить вариацию Аллана частоты входящих в систему стабилизации генераторов.

2. Анализ основных результатов исследований показывает, что эффективность применения метода повышается с увеличением количества и повышением частот одновременно функционирующих генераторов, для которых проводится статистическая обработка отклонений фаз колебаний от номинальных значений.

3. Введение весовых коэффициентов при формировании функции правдоподобия на основе отклонений фаз колебаний генераторов от номинальных значений позволяет учитывать изменение относительных нестабильностей генераторов в течение длительного периода эксплуатации и соответственно повысить точность оценивания частот генераторов.

Внедрение результатов работы.

Сведения о публикации результатов исследований. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 4 научных работах [1-4] общим объемом 1,6 печатных листов, в том числе в 3 статьях [1-3] объемом 1,25 печатных листов в научных журналах, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций. По материалам диссертации получен патент на полезную модель [5] и три свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ [6-8]. Результаты исследований также опубликованы в материалах 17 докладов [9-25] международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежат постановка задачи, результаты проведенных исследований и интерпретация полученных результатов. >

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа написана на русском языке и состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованной литературы и приложения. Диссертация изложена на 151 страницах, включая 26 рисунков, 11 таблиц и списка литературы из 161 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи, указаны научная новизна и практическая значимость, описаны объекты и предмет исследования.

В первом разделе диссертации проанализировано влияние отклонения частоты сигналов на характеристики инфокоммуникационных систем. В частности, влияние отклонения частоты колебаний на точность определения положения абонента на местности с использованием услуг сотовой системы связи связано с ошибками определения расстояний от абонента до базовых станций из-за неточности измерения временного интервала. Влияние отклонения частоты в системах связи с шумоподобными сигналами проанализировано через изменение уровня автокорреляционной функции.

Выполненный также в первом разделе анализ существующих методов стабилизации частоты показал, что существующие методы, включая метод ФАГТЧ, не реализуют возможности стабилизации частоты, обусловленные наличием в данных системах большого числа независимо работающих генераторов. Все выше сказанное определяет аюуальность исследований, связанных с решением научно-технических вопросов стабилизации частоты совокупности одновременно и независимо работающих генераторов.

Во втором разделе рассмотрен новый метод стабилизации частот независимо работающих генераторов. Рассмотрим систему из К +1 генераторов, соединенных как показано на рисунке 1. Формируемые каждым генератором сигналы подаются не только на функциональные элементы, определяемые назначением устройств инфокоммуникационных систем, но и дополнительно на вход измерительного устройства И. Один из генераторов, который в дальнейшем обозначается как задает вре-

менной интервал измерений с номинальной длительностью *о> в течение которого происходит измерение фаз сигналов (числа импульсов) остальных К генераторов. При этом к стабильности данного генератора не предъявляются более высокие требования по сравнению с остальными генераторами из рассматриваемой совокупности. В силу отклонения частоты Х + 1-го генератора от номинального значения длительность временного интервала измерений отличается от номинальной и составляет величину /.

ФБ ИКС (РТС)

Г, - - ■ I ■ г2 --Г Гк -1- Гк+1

ф!(0

¡Фг(0

¡Фк(0

И

Рисунок 1 - Предлагаемая схема соединения генераторов в инфокоммуникационных и радиотехнических системах (устройствах)

Измеряемая фаза сигнала каждого генератора определяется соотношением

<Рк =<Р0к +&<Рк + ДР*> С)

где д>оК - номинальное значение фазы сигнала к -го генератора колебаний

Отклонение фазы сигнала от номинального значения включает две составляющие: Ь<р'К - составляющая отклонение фазы колебаний к -го генератора от номинального значения, обусловленная нестабильностью самого к -го генератора и А<р'к - составляющая отклонение фазы колебаний к -го генератора, обусловленная отклонением длительности временного интервала измерений от номинального значения.

В случае ФАПЧ генератор ГК+\ является высокостабильным. При этом Д<р'к «Д<р'х, и второй составляющей отклонения Д<рк можно пренебречь. В рассматриваемой постановке Ь<р'к « Д<р'К. Для разделения этих составляющих необходимо определить отклонение Д/ временного интервала измерений от номинального значения. В основу построения метода положен учет статистического закона распределения отклонений частот генераторов от номинальных значений. Учтем, что

А/к^А<рк-/окЫ (2)

'о

Отклонения частот генераторов от номинальных значений подчиняются нормальному закону распределения. Составим взвешенную функцию правдоподобия

щф/)=£

*=1

(- тк (1п <т* + 0.51п 2т))-

Ъя 0к/ок1о

в выражении для которой коэффициенты тк> 0 (к = \,...,к).

Для нахождения искомой оценки значения Д/ наложим условие максимума на функцию (3), что позволяет записать

к

,-2 г-\ о*

(4)

-2лУ0к10)сгк2Г1

к к=1

После получения оценки Д£ отклонения частот генераторов от номинальных значений определяются формулой

К

Xтк(Л<% -2™¥ок<о)&к2Як

-р----

Д/,=-

X т^сг^ 2 _

А/*2 ='

дл-

'о

К

X щ{Ьфк - ^Лк'о^/ок

Д«>2 - 2л/о2 —-£-----

__

'о К

X ^ (Д^ - 2лД/"о*'о К'/о* Ь<рК-2#0К ы--------

_¿-1_

'о

(5)

Как следует из формулы (5), точность определения и статистические характеристики отклонения частоты генератора связанны с точностью определения и статистическими характеристиками отклонения длительности временного интервала Д/. Выражения (6) и (7) определяют соответственно математическое ожидание и дисперсию оценки д£

-2

лф'}="X (^Д/ой^/о*)4] £ Щ°к

*=1 и=1

* К

(6)

(7)

А=1р=1

Из последней формулы следует, что при увеличении числа генераторов дисперсия оценки Д£ уменьшается. Наиболее хорошо это видно в случае, когда все К гене-

раторов, имеют одинаковые стабильности и номинальные частоты. При этом дисперсия оценки Aß убывает с увеличение числа К, что совпадает с известными результатами. Таким образом, предлагаемый метод позволяет повысить стабильность независимо функционирующих генераторов, а достигаемое повышение стабильности независимо от параметров генераторов возрастает с увеличением числа генераторов, включенных в систему стабилизации.

На основе соотношений (6) и (7) показано, что получаемые оценки являются несмещенными, асимптотически эффективными

lim £>{д$=0, (8)

К-нв

и состоятельными

(9)

, 1 4 п2еК

В третьем разделе выполнены численные исследования, позволяющие оценить повышение стабильности формирования временных интервалов и частот генераторов. В качестве этих характеристик рассматривались:

- ошибка определения длительности временного интервала, как разность между отклонением длительности временного интервала от номинального значения и оценкой этого отклонения;

- ошибка определения частоты генератора, как разность между отклонением частоты генератора от номинального значения и оценкой этого отклонения;

- вариация Алана ошибок определения частоты генераторов.

При проведении исследований рассматривались различные случаи соотношений частот генераторов и их относительных нестабильностей. В автореферате приведены результаты исследований только для случая генераторов с одинаковыми частотами и одинаковыми нестабильностями, что определяется наиболее простой интерпретацией полученных закономерностей и ограниченным объемом автореферата.

Таблица 1 - Ошибка определения отклонения длительности временного интервала

от номинального значения при одинаковых параметрах __стабилизируемых генераторов___

ак+\ МО"6 2-10-6 3-Ю"6 410~6 5 • Ю-6

и 4.389 •Ю-10 8.779-КГ10 1.317 Ю-9 1.756-Ю-9 2.195 - Ю-9

3.663 10"10 4.052 Ю-10 1.244 10"9 1.683 10"9 2.122 10"9

St 7.271 ■ Ю-11 7.271- Ю-11 7.271 Ю-11 7.27110"" 7.271 Ю-11

Из приведенных результатов следует, что независимо от стабильности задающего временной интервал измерений генератора ошибка определения данного интервала не меняется. Этот вывод остается справедливым и при других сочетаниях параметров стабилизируемых генераторов.

В таблице 2 представлены результаты, иллюстрирующие алгоритм оценивания частоты системы генераторов. В первом и втором столбцах приведены номинальные значения частот и фаз сигналов генераторов, в третьем и четвертом столбцах - действительные (моделируемые) значения частот генераторов и измеряемых фаз сигналов с учетом отклонения длительности временного интервала измерений, в пятом столбце - вычисляемые значения отклонений фаз сигналов для всех генераторов

и в последнем столбце - оценка отклонения частоты генератора рот номинального значения. 1

Таблица 2 - Оценки отклонений частот генераторов с одинаковыми значениями номинальных частот и нестабильностей

Номинальные значения Действительные значения Измеряемые значения Вычисляемые параметры Ошибка определения частоты генератора

/о* > Гц Ф0*хЮ4 Л. Гц Фк хЮ4 ЛФ* 3/к,Гц

10000000 6,28318531 6,28319426 0,08947955 -0,72707192

10000000 6,28318531 9999992,77 6,28318352 -0,017851521 -0,72706442

10000000 6,28318531 УУУУУ /ид/ 6,28316984 -0,15468588 -0,72705486

10000000 6,28318531 6,28318549 0,001874026 -0,72706581

10000000 6,28318531 1,0.0000043 6,28319076 0,05450226 -0,72706948

10000000 6,28318531 >999998,12 6,28318794 0,02636728 -0,72706751

10000000 6,28318531 10000001,4 6,28318897 0,03661329 -0,72706823

10000000 6,28318531 10000005,4 6,28319145 0,06145629 -0,72706996

10000000 6,28318531 10000007,9 6,28319304 0,07728968 -0,72707107

10000000 6,28318531 10000004,4 6,28319082 0,05508533 -0,72706952

В радиотехнике широкое использование для оценки стабильности генераторов находит вариация Алана, определяемая для к -го генератора соотношением

. М-1

/к,т и /к,т+1 " средние значения частоты к- го генератора'(£ = 1,—на т- ми (т + 1)-м отрезках длительностью г соответственно; М - число отрезков на временном интервале измерений /о •

На рисунке 2 приведена зависимость от г отношения вариации Аллана ошибок оценивания частоты генераторов к вариации Аллана самих отклонений частоты этих генераторов.

я|-'-----

0,4

0.2

ОлЦ--,--

1<Г 10- НГ1 10' т,с

Рисунок 2-Зависимость отношения Н(т) для случая генераторов с одинаковыми номинальными частотами и относительными нестабильностями

Как видно из графика вариация Аллана снижается в 4к . Для подтверждения этого было проведено аналогичное исследование для случая К = 20. При этом вариация Аллана уменьшилась еще в л/2. Данный результат может быть объяснен еле-

дующим образом. Величина вариации Аллана частоты для генераторов монотонно снижается при увеличении длительности интервала усреднения, что соответствует уменьшению дисперсии измерений при многократных измерениях. В то же время в предлагаемом методе аналогом многократных измерений во временной области является однократное измерение отклонения длительности временного интервала с помощью системы одновременно и независимо работающих генераторов. В соответствии с этим независимо от длительности интервала измерения при ограниченном количестве К генераторов отношение Л(т) будет приблизительно равно -¿К .

Представляет интерес сравнение данного метода стабилизации с методом ФАПЧ. На рисунке 3 приведена зависимость ошибки оценки отклонения длительности временного интервала от номинального значения при различном числе генераторов. При проведении исследований стабильность одного из генераторов принималась равной ст0 (линия • «•»), 0,1ст0 (линия *«-•) и 0,01ст0 (линия Относительные нестабильности остальных генераторов приняты равными сто.

Рисунок 3 - Зависимость ошибки оценки отклонения длительности временного интервала от номинального значения при различном числе генераторов

Приведенные результаты подтверждают, что для совокупности генераторов с одинаковыми нестабильностями и номинальными частотами увеличение числа генераторов приводит к уменьшению дисперсии оценки отклонения длительности временного интервала от номинального значения. При наличии в совокупности К генераторов одного генератора с нестабильностью много меньшей, чем у остальных (на порядок и более) на графике могут быть выделены два участка (кривая **-"). Первый участок при небольшом числе К генераторов, на котором оценка отклонения длительности временного интервала от номинального значения практически остается постоянной. На данном участке вклад генераторов с невысокой стабильностью частоты является незначительным. Второй участок графика характеризуется уменьшением дисперсии при увеличении числа генераторов. При этом добавление большого числа генераторов (более 100) даже с меньшей стабильностью позволяет существенно уменьшить ошибку в оценке отклонения длительности временного интервала от номинального значения. При повышении стабильности одного из генераторов длина первого участка графика увеличивается (кривая -*-*-*-*). Дальнейшее повышение стабильности одного из генераторов приводит к еще большему увеличению первого участка. В этом случае точность задания длительности временного интервала измерений, точность оценивания отклонения частоты генераторов от номинальных значений и соответственно воз-

можность повышения их стабильности определяются высокостабильным генератором. Это соответствует переходу рассматриваемого метода стабилизации частоты фактически в метод ФАПЧ.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы практической реализации и применения разработанного метода. Проанализированы составляющие методической погрешности, связанной со сделанными допущениями. К этим допущениям относятся:

- предположение о точно известной номинальной частоте генератора (первая составляющая методической погрешности);

- предположение о точно известной относительной стабильности колебаний генератора (вторая составляющая методической погрешности);

- предположение о постоянном значении отклонения частоты на интервале измерений (третья составляющая методической погрешности).

Первая и вторая составляющие методической погрешности могут быть получены на основе дифференцирования выражения (4) по переменным /м и а\, что определяется вклад к -го из совокупности генераторов в первую и вторую составляющие методической погрешности соответственно. Полные значения данных составляющих методической ошибки определяются как сумма вкладов всех К генераторов. Для представления третьей составляющей методической погрешности учтем, что данная составляющая складывается из отклонения частоты генератора и ошибок округления при подсчете числа импульсов Л^, формируемых при измерении фазы сигнала к-го генератора. Полное значение третьей составляющей определяется из условия

минимизации этой составляющей на временного интервале измерений 'о .

На рисунке 4 приведена структурная схема устройства, реализующего рассмотренный метод стабилизации частот генераторов. Данное устройство содержит совокупность стабилизируемых генераторов £],...,опорный генератор , задающий временной интервал измерений и измеритель И, представленный блоками - блок 2 измерения полных фаз выходных сигналов стабилизируемых генераторов, устройство 3 управления, устройство 4 формирования корректирующих коэффициентов, постоянное запоминающее устройство 5, арифметико-логическое устройство 6 и устройство 7 управления частотами стабилизируемых генераторов.1

Рисунок 4 - Структурная схема устройства стабилизации частоты

Для анализа эффективности применения разработанного метода рассмотрен ряд устройств, содержащих совокупность независимо работающих генераторов, стабилизируемых с использованием предложенного метода, в частности, синтезатор частоты, включающий 12 генераторов, фрагмент системы сотовой связи, включающий базовые станции и центр коммутации, пилотажно-навигационный комплекс современного самолета и устройство групповой меры частоты и времени.

Эффективность применения разработанного метода определяется из усредненного отношения квадратов отклонений частот генераторов к некомпенсированным отклонениям частот этих генераторов.

Э Основные результаты работы

В результате проведенных в диссертации исследований получены следующие новые научные и практические результаты:

1. На основе использования функции правдоподобия, определяемой с использованием статистических законов отклонения частот колебаний генераторов от номинальных значений, разработан метод, позволяющий получить более точную оценку временного интервала измерений по сравнению со стабильностью любого генератора, входящего в данную совокупность. Метод основан на совместной обработке результатов измерений фаз сигналов, формируемых данными генераторами в течение временного интервала измерений. При этом относительные стабильности длительности временного интервала измерений и генераторов являются соизмеримыми.

Исследованы составляющие методической ошибки, связанные с применением данного метода.

Разработаны три программы в среде МаШСа<1, обеспечивающие получение оценок отклонения длительности временного интервала и частоты генераторов от номинальных значений с использованием данного метода.

2. В работе получены аналитические соотношения, связывающие число и параметры генераторов с потенциально достижимым значением относительной стабильности генераторов. Анализ основных результатов исследований показывает, что эффективность применения метода повышается с увеличением количества одновременно функционирующих генераторов, для которых проводится статистическая обработка отклонений фаз колебаний от номинальных значений.

3. Разработано устройство, реализующее метод повышения точности оценивания частот одновременно и независимо работающих с различными номинальными частотами и несгабильностями генераторов.

Введение блока хранения весовых коэффициентов, используемых при оценивании отклонений частот генераторов от номинальных значений, позволяет учитывать изменение стабильностей генераторов в течение длительного периода эксплуатации и диапазона изменения условий эксплуатации радиотехнической системы.

4. На примере ряда инфокоммуникационных и радиотехнических устройств и систем, таких как синтезатор частоты, система сотовой связи, пилотажно-навигационный комплекс самолета и групповая мера частоты и времени проведен анализ повышения эффективности их применения при использовании разработанного метода.

Полученные результаты показали, что:

- для синтезатора частоты по методу прямого синтеза, включающего в свой состав двенадцать генераторов, функционирующих на различных частотах с одинаковой относительной нестабильностью частоты, достигается повышение стабильности

частоты формируемых сигналов и соответственно точности определения радионавигационных параметров не менее, чем в 2,9 раза;

- для системы сотовой связи в каналах передачи информации между базовыми станциями и центром коммутации при объединении девяти БС на один центр коммутации достигается повышение стабильности частоты генераторов базовых станций и снижение вероятности битовой ошибки при передаче цифровых сигналов на два порядка;

- для радиотехнических систем, входящих в состав пилотажно-навигационного комплекса, минимальное достигаемое снижение нестабильности частоты составит от 1 - Ю-7 до 6,5-Ю-6. Указанное повышение стабильности частоты генераторов позволит повысить тактико-технические характеристики пилотажно-навигационного комплекса. В частности, уменьшение дисперсии в 1,6 раза позволяет снизить ошибку определения координат самолета по наклонной дальности и по азимуту с 300 м и 4° до 190 м и 2,5° соответственно. Более точное определение местоположения самолета, которое может быть достигнуто при использовании данного метода стабилизации частот формируемых сигналов, дает возможность повысить безопасность и экономичность полетов;

- для групповой меры частоты и времени с использованием системы из шести генераторов, один из которых имеет относительную нестабильность 0,2-Ю-6, а остальные МО-6 достигается уменьшение относительной нестабильности формируемых частот и длительности временных интервалов с 0,2 Ю-6 до 0,13 • 10-6. При увеличении числа используемых генераторов относительная нестабильность формируемых частот и временных интервалов будет уменьшаться.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации результатов диссертаций

1. Сафарьян О.А.Оценивание частот генераторов на основе совместной обработки фаз формируемых сигналов /Габриэльян Д.Д., Енгибарян И.А. // Ростов-на-Дону: «Инженерный вестник Дона» №4/1 2012г. ПИ № ФС77-27308 ISSN 2073-8633.

2. Сафарьян O.A. Погрешность оценки частот генераторов в нестационарном случае при использовании статистического метода стабилизации частот / Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 4;, URL: www.science-education.ru/l 10-9904.

3. Сафарьян O.A. Метод оценки частоты генераторов в условиях непрогнозируемого изменения длительности интервала измерений/ Журнал «Вестник ДГТУ».

Патенты на полезные модели и свидетельства о государственной регистрации

программ для ЭВМ

4. Сафарьян O.A. Пат. на полезную модель № 144228 Российская Федерация, МПК H03L 7/00 Устройство стабилизации частоты генераторов / Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В. // Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет». - №2014111456/08; заявл. 25.03.2014 г.; опубл. 10.08.2014 г. Бюл. № 22.

5. Сафарьян O.A. Моделирование метода стабилизации частот генераторов / Габриэльян Д.Д. // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ

№2013661291. Заявка № 2013619498. Дата поступления 21.10.2013 г. Правообладатель: ДГТУ. Дата регистрации 5.12.13 г.

6. Сафарьян O.A. Управление устройством стабилизации частот генераторов Габриэльян Д.Д. // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2014660828 Заявка № 2014618604. Дата поступления 27.08.2014 г. Правообладатель: ДГТУ. Дата регистрации 16.10.14 г.

7. Сафарьян O.A. Обработка экспериментальных данных на основе линейной регрессионной модели Звездина М.Ю., Звездина Ю.А., Петров A.A. // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2010612929 Заявка № 2010611253. Дата поступления 12.03.2010 г. Правообладатели: Звездина М.Ю., Звездина Ю.А., Петров A.A., Сафарьян O.A. Дата регистрации 29.04.10 г.

Другие научные статьи и материалы конференций

8. Сафарьян O.A. Метод оценки частот в системе генераторов / Габриэльян Д.Д., Прыгунов A.A., Прыгунов А.Г // Москва: Физические основы приборостроения 2012. Том 1. № 2. - 108 С. 72-79с

9. Сафарьян O.A. Алгоритм стабилизации частот генераторов в системах теле-коммуникацийСоциально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг. Сборник научных трудов. Вып. 8. 4.2. - Ростов-на-Дону: Изд-во РАС ЮРГУЭС 2009.-388 с. С.304-312

10. Сафарьян O.A. Оценка методической погрешности измерения частот генераторов при нестационарньгх процессах/ Габриэльян Д.Д.,Егорочкин О.Г.,Михалин А.И. // Сб. мат-лов III МНК «Совр. проблемы радиоэлектроники», Ростов-на-Дону, РТИСТ ЮРГУЭС, 2010г. -420 с. С.27-28.

11. Сафарьян O.A. Алгоритм оценки частот генераторов в системах телекоммуникаций / Габриэльян Д.Д., Егорочкин О.Г., Михалин А.И. // Сб. мат-лов III МНК «Совр. проблемы радиоэлектроники», Ростов-на-Дону, РТИСТ ЮРГУЭС, 2010г. -420 с. С.29-31.

12. Сафарьян O.A. Метод статистической стабилизации частот генераторов в системах телекоммуникаций / Габриэльян Д.Д., Егорочкин О.Г., Дранишников Е.Ю.// Сб. мат-лов III МНК «Совр. проблемы радиоэлектроники», Ростов-на-Дону, РТИСТ ЮРГУЭС, 2010г. - 420 с. С.32-34.

13.Сафарьян O.A. Взаимосвязь стабильности генераторов и качества предоставляемых услуг сотовой связи / Ростов-на-Дону: Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг. Сборник научных трудов. Вып. 9. 4.2. Изд-во РТИСТ ЮРГУЭС 2010.-420 с. С.369-375.

14. Сафарьян O.A. Теоретические исследования стабильности частот генераторов / Ставрополь: XIV региональная научно-техническая конференция «ВУЗОВСКАЯ НАУКА-СЕВЕРО-КАВКАЗСКОМУ РЕГИОНУ». Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. СевКавГТУ, 2010. 219с. С. 91-93.

15. Сафарьян O.A. Влияние стабильности частот генераторов на качество функционирования инфокоммуникационных систем / Ставрополь: XIV региональная научно-техническая конференция «ВУЗОВСКАЯ НАУКА-СЕВЕРОКАВКАЗСКОМУ РЕГИОНУ». Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. СевКавГТУ, 2010. 219с. С. 91-93.

16. Сафарьян O.A. Влияние стабильности частот генераторов на качества информационного обмена / Ростов-на-Дону: Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг. Сборник научных трудов. Вып. 10. 4.2. Изд-во РТИСТ ЮРГУЭС 2011.-420 с.

17. Сафарьян O.A. Взаимосвязь стабильности генераторов и точности определения координат объекта на плоскости ) Ставрополь: XV региональная научно-техническая конференция «ВУЗОВСКАЯ НАУКА-СЕВЕРО-КАВКАЗСКОМУ РЕГИОНУ». Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. СевКавГТУ, 2011.178с. С. 36-38.

18. Сафарьян O.A. Повышение точности измерения временных интервалов с использованием системы генераторов / Ростов-на-Дону: Сборник научных трудов. IV МНК «Совр. проблемы радиоэлектроники», РИО РТИСТ ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2012г.-414 стр. С.138-141.

19. Сафарьян O.A. Дисперсия оценки длительности временного интервала при многократных неравноточных измерениях / Ростов-на-Дону: Сборник научных трудов. IV МНК «Совр. проблемы радиоэлектроники», РИО РТИСТ ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2012г.-414 стр. С.141-144.

20. Сафарьян O.A. Взаимосвязь параметров генераторов и дисперсии оценки измерений временного интервала / Габриэльян Д.Д. Радиоэлектронные средства передачи и приема сигналов и визуализации информации // Москва-Таганрог: Материалы Второй Всероссийской конференции. Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - 124с. 26-29с.

21. Сафарьян O.A. Необходимость и метод повышения точности определения частот совокупности генераторов / Ростов-на-Дону: Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг. Сборник научных трудов. Вып. 10. 4.2. - Изд-во РТИСТ ЮРГУЭС 2012.

22. Сафарьян O.A. Алгоритм оценивания длительности временного интервала с использованием совокупности генераторов / Сафарьян А.Ю.// Тамбов: «Наука и образование в жизни современного общества» октябрь 2сб. науч. тр. по мат-лам Между-нар. научн.-практ. Конф. 29 октября 2012г. в 12 частях. Часть 6: М-во обр. и науки РВ. изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2012 -163с.136-137с.

23. Сафарьян O.A. Повышение стабильности генераторов путем совместной обработки отклонений фаз колебаний от номинальных значений / Таганрог: Материалы Всероссийской научной конференции «Инновационные процессы в гуманитарных, естественных и технических системах» - Часть 3 -Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - 76 с. 53-57с.

24. Сафарьян O.A. Новый метод стабилизации частоты генераторов / Габриэльян Д.Д., Епгибарян И.А. // Москва: Международная конференция «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий - РЭУС-2014», доклады, 2014. С 451.30-34с.

25. Сафарьян O.A. Взаимосвязь стабильности генераторов и точности определения координат объекта на плоскости / Габриэльян Д.Д., Енгибарян И.А., Резничен-ко H.A. // Ростов-на-Дону: Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников и обучающихся, май 2014.

В печать 16.02.2015 г. Формат 60><84/16. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,11. Тираж ЮОэкз. Заказ№41.

Издательский центр ДГТУ Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

15--

2U2

2014270301

2014270301