автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методов повышения эффективности гидрофизических информационно-измерительных систем

донецкий государственный технический университет

pre ОД

" " 'пг>7

'.'.If

На правах рукописи

xj1amob михаил георгиевич

разработка методов повышения

эффективности гидрофизических информационно-измерительных систем

Специальность 05.11.16 - "Информационно - измерительные системы"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк - 1997

Диссертация! является рукописью.

Работа выполнена в Донецком государственном техническо) университете на кафедре " Промышленная электроника "

Научный руководитель - доктор технических наук, профессо] Зори Анатолий Анатольевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Володарский Евгений Тимофеевич ; кандидат технических нау! Сагайда Павел Иванович.

Ведущая организация - научно-исследовательские институт комплексной автоматизации (НИИКА , г. Донецк)

Защита состоится "29" мая 1997г. в !4 час на заседании специализизованного совета К06.04.01 при Донецком государственном техническом университете по адресу : г. Донецк , ул. Артема , 58 , корп. 1 . ауд. 201.

Отзывы на автореферат направлять по адресу : 340000 , г. Донецк , ул . Артема , 58 , ученому секретарю ДГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан " 25 " апреля 1997г.

Ученый секретарь специализированного совета К.Т.Н., доц.

Мокрый Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и степень исследованности тематики диссертации.

Современные комплексные исследования в области контроля и охраны кружающей среды в том числе и научные исследования в разрезе юниторинга Мирового океана и интенсификация его освоения тесно вязано с проблемой сбора, хранения и обработки значительных объемов нформации о состоянии его гидрофизических полей. Одним из путей ешения этих проблем является создание автономных гидрофизических нформационно - измерительных систем (АГИИС), включающих одсистемы регистрации данных на магнитный носитель. В ряде случаев меет место проблема уникальности данных, повторное получение которых евозможно. В первую очередь это можно отнести к подсистемам контроля араметров окружающей среды. К информационно - измерительным «ггемам, получения таких данных, ставятся высокие требования точности, остоверности, надежности. Особенно повышенные требования редьявлятотся к подсистемам регистрации данных автономных нформационно - измерительных систем. В последнем случае, кроме гречисленных, добавляются требования, экономичности, максимального :сурса работы, значительной информационной емкости.

Основу подсистемы регистрации АГИИС составляет аппаратура >чной магнитной записи (АТМЗ). Существенное повышение ^формационной емкости АТМЗ при существующих способах цифровой мтштной записи достигается за счет повышения информационной тотности. Неизбежным следствием повышения плотности является гижение достоверности.

В связи с этим возникает задача обнаружения и коррекции [ецифических ошибок, возникающих в канале цифровой магнитной записи, так же учета их влияния на метрологические характеристики АГИИС. >адиционные подходы повышения достоверности данных в канале гфровой магнитной записи с использованием корректирующих кодов и ¡хода участков магнитного носителя с неудовлетворительными рактеристиками существенно снижают пропускную способность канала и метно влияют на энергопотребление, надежность и точностные параметры тономного информационно - измерительного комплекса.

Современные методы цифровой обработки сигналов позволяют щественно упростить процессы подготовки экспериментальных данных, ссмотрение процессов цифровой фильтрации обнаруживает их недостатки: акция фильтра на искаженный отсчет эквивалентна импульсной реходной функции, которая суммируется с реакциями на последующие искаженные отсчеты и заметно изменяет их, что ведет к размножению шбок.

Современным направлением исследования метрологических харак-)истик информационно - измерительных систем является имитационное делирование. Его применение позволяет значительно сократить объем :ледований сложных систем по сравнению с аналитическим и

экспериментальным методами, повысить точность оценок метрологически; характеристик, учесть широкий диапазон условий применена информационно - измерительных систем. Учитывая, что АГИИС подсистемами цифровой магнитной записи получили широко распространение, разработка методов исследования метрологически: характеристик таких систем на основе имитационного моделирована является важной и весьма актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности автономны: гидрофизических информационно - измерительных систем.

Идея работы состоит в разработке методов и средств повышени точности подсистемы цифровой магнитной записи, выборе, на основ установленных зависимостей, параметров подсистемы, обеспечивающи: максимизацию показателя эффективности.

Для реализации идеи и достижения цели поставлены следующи основные задачи:

разработать критерии оценки эффективности АГИИС,принципы 1 методы повышения эффективности подсистемы цифровой магнитной запис! путем повышения точности данных и плотности цифровой магнитно! записи;

разработать математическую модель канала цифровой магнитно! записи для исследования параметров искажений данных эксперимента обусловленных воздействием дестабилизирующих факторов;

разработать имитационную модель передачи стохастических данны: по каналу цифровой магнитной записи;

установить зависимости показателя эффективности от плотност! записи, дополнительной погрешности канала, размера информационноп кадра и определить их оптимальные значения, обеспечивающи максимизацию показателя эффективности;

разработать аппаратные и программые средства для реализаци! подсистемы цифровой магнитной записи.

Методы исследований. В работе использованы метода матетатического анализа , теории вероятностей и математическо] статистики, теории измерений и погрешности, методы имитационное моделирования и цифровой обработки сигналов.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту и их новизна.

Положения.

1. Принцип и методы повышения эффективности гидрофизически: информационно-измерительных систем отличаются использованием модели прогноза и кадровой синхронизации с целью обнаружения статистическо) неоднородности данных, вызванных искажениями в канале цифрово! магнитной записи, их локализацией и заменой статистически однородно! по следов ательностью.

2. Модель канала цифровой магнитной записи, в отличие о известных, учитывает аналоговые преобразования данных в цифрово! канале под воздействием основных возмущающих факторов.

3. Методика оценки метрологических характеристик подсистемы ифровой магнитной записи обеспечивает учет характера возмущающих акторов и данных, передаваемых по каналу цифровой магнитной записи.

Результаты.

1. Разработана новая математическая модель канала цифровой агнитной записи, позволяющая в аналитическом виде установить араметры искажений цифровых данных.

2. Разработана имитационная модель преобразования данных в канале ифропой магнитной записи, учитывающая их стохастический характер и озволяющая оценить метрологические характеристики подсистемы ифровой магнитной записи.

3. Разработаны программно-аппаратные средства, реализующие редложенный метод повышения точности данных, обнаружения, окализации и коррекции искажений данных эксперимента, при их передачи о каналу цифровой магнитной записи, обеспечивающие погрешность 0.6% ри плотности записи 150 бит/мм.

4. Получены зависимости влияния дестабилизирующих факторов и араметров данных эксперимента на показатели точности их передачи о каналу цифровой магнитной записи , установлены оптимальные качения параметров канала цифровой магнитной записи , беспечивающих максимум показателя эффективности.

Обоснованность и достоверность научных положений . выводов и екомендаций подтверждается адекватностью разработанных моделей, роверенных в ходе вычислительных экспериментов, корректностью спользования математического аппарата, совпадением результатов оделирования и данных испытаний с погрешностью не более 15%, пробации работы на научных конференциях, положительными езультатами внедрения.

Научное значение работы состоит в развитии принципов и методов бнаружения и коррекции искажений стохастических данных, возникающих ри их передачи по каналу цифровой магнитной записи, позволяющих овысить эффективность подсистем цифровой магнитной записи.

Практическая значимость работы состоит в разработке и определении :

математических и иммитационных моделей канала цифровой агнитной записи и возмущающих факторов, приводящих к искажениям змерительной информации;

алгоритмов, программ и технических средств обнаружения, окализации и коррекции искажений данных в канале цифровой магнитной шиси;

зависимости показателя эффективности от параметров подсистемы ифровой магнитной записи и установлении значений этих араметров.оптимизирующих показатель эффективности;

уменьшении дополнительной погрешности канала цифровой агнитной записи до 0.6% при плотности записи на магнитный носитель 30-150 бит/мм на основе разработанных научных положений, методов и

средств повышения точности и эффективности подсистем цифров< магнитной записи для гидрофизических, гидравлических и экологичесю информационно-измерительных систем с техническим, алгоритмическим программным обеспечением.

Декларация личного вклада. Автором лично разработаны принцип методы увеличения объема канала (показателя эффективности), мет< обнаружения, локализации и коррекции искажений данных в кана цифровой магнитной записи, а также математическая модель кана: цифровой магнитной записи, имитационная модель прохождеш стохастических сигналов по каналу цифровой магнитной записи.

Реализация и внедрение результатов работы.

Основное содержание диссертационной работы составляют результат исследований, которые выполнялись на кафедрах "Автоматизированнь системы управления" и "Промышленная электроника" Донецко1 государственного технического университета (ДПИ) в течение 1982-1997 г. Результаты диссертационной работы использованы в автономнь гидрофизических информационно-измерительных системах выполненных соответсвии с планами Минвуза УССР по темам Донецког политехнического института "Метрика - УВО - ДПИ" (х\т 82-292), "Марал УВО - ДПИ" (х\т 85-292), а так же постановления СМ СССР по НИ "Зрелище" (х\т 86-290). Автор принимал участие в выполнении указаннь: тем в качестве ответственного исполнителя. Результаты работы так я используются в учебном процессе ДонГТУ и научных исследованиях в СКТ "Турбулентность".

Апробация работы. Основные теоретические и практически результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получил одобрение на следующих научных совещаниях, семинарах и международны конференциях : V Всесоюзной школе "Автоматизация научны исследований морей и океанов" (Севастополь, 1980 г.); IV Всесоюзно совещании "Экспериментальные методы и аппаратура для исследовани турбулентности" (Новосибирск, 1981 г.); 5 и б конференции по гидравлике пневматике (Магдебург, 1983 г. и 1985 г.); И конференция по жидкостны механизмам (Брно, 1985 г.); 4 конференция "Применение микропроцессоро в измерительной технике и автоматизации" (Магдебург, 1986 г.); научнс технической конференциях преподавателей и научных сотруднике Донецкого политехнического института (Донецк, 1986, 1990, 1992 г.г.); Г международной научно-технической конференции "Экологи промышленного региона" (Донецк, 1995 г.); расширенном семинаре кафедр] "Промышленная электроника" Донецкого государственного техническог университета (Донецк, 1997г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в печатных работах и 5 авторских свидетельствах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пят! разделов и заключения, изложенных на 161 страницах машинописное

текста, иллюстрированного 34 рисунками. Работа содержит 20 таблиц, список использованных источников из 132 наименований и 3 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, сформулированы цель, идея и основные задачи исследований, определены научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения о реализации и апробации результатов работы.

В первом разделе проведен обзор требований к системам автоматизации гидрофизических исследований, проведен анализ существующих подсистем регистрации данных гидрофизического эксперимента на магнитный носитель. Па основании проведенного анализа построена укрупненная структурная схема ГИИС и сформулированы требования к автономной ГИИС (АГИИС) исследования мелкомасштабной турбулентности верхнего слоя океана. Исследованы пути повышения эффективности подсистемы цифровой магнитной записи (ПТМЗ). Установлена зависимость пропускной способности канала магнитной записи от погрешности, вносимой конечной точностью алгоритма обнаружения и коррекции искажений, которые возникают в канале магнитной записи, при передаче по нему данных эксперимента.

Относительное изменение объема канала при повышении плотности ¡аписи выражено соотношением:

ук2

= к,

1--

Л

■к ^

(I)

иг

ч

де Уы, Уи - объемы канала магнитной записи при двух значениях

[ЛОТНОСТИР! II Р2;

р2=ргк|; ип=а-к!ь;

к| , а и Ь - эмпирические коэффициенты.

Определив, таким образом, величины, входящие в формулу (I) станавливается, что существует оптимальное значение плотности :агнитной записи, обеспечивающее максимальный объем канала (рис.1 а и ). За счет оптимизации плотности записи и применения предлагаемых пгоритмов обнаружения и коррекции ошибок, возникающих в канале агнитной записи, объем канала может быть увеличен на 50-60% без зменения основных конструктивных параметров подсистемы.

Формулируются задачи исследования возможности использования етодов автоматического редактирования для обнаружения, локализации и эррекции искажений, возникающих в стохастических сообщениях, при их рохождении по каналу магнитной записи.

1.5

0.5

а)

1.5

0.5 б)

и п

\3 2

1 VI 2 3 4 5 с

1 Ь =1.5

ч. 2

ю,

1.5

0.5

В)

Ь = 2.58 а = 0.68

К,

Рисунок 1 - Относительное изменение объёма канала :

а) в функции от параметра Ь (1->Ь=1.5; 2-»Ъ=2.0; 3-*Ь=3);

б) в функции от отношения сигпал/помеха(1->30; 2-»20; 3—>10);

в) полученное по результатам моделирования.

Показано, что результаты исследований могут быть получены методом (итационного моделирования. В связи с чем сформулированы основные дачи, решаемые в диссертационной работе.

Во втором разделе решается задача построения модели и на ее основе следований канала магнитной записи. Экспериментальные исследования правлены на выявление основных факторов снижения достоверности редачи данных по каналу магнитной записи. К таким факторам отнесены бственные шумы канала, а также выпадения сигналов. Анализ выпадений казан, что они вызываются рядом факторов: дефектами рабочего слоя шштного носителя, попаданием инородных частиц (частицы псрошенной основы и рабочего слоя носителя, частицы пыли) между ловкой и магнитным носителем в процессах как записи, так и ^произведения. Для анализа процесса выпадений предложены их тематические модели. Основными параметрами моделей являются размер фекта и его положение относительно оси магнитной дорожки.

Дефекты рабочего слоя представлены в виде немагнитных включений в >рме шарового слоя. Проявление дефекта выражено в уменьшении личины магнитного потока и, соответственно, уровня сигнала, считанного магнитного носителя. Попадание инородных частиц между магнитной ловкой и лентой ведет к изменению неконтакта. Текущее значение контакта в точке над рабочим магнитным зазором аппроксимировано коном:

Г 1-х

(1- х) - R- sin arctg-

. . у } К R+ap y(x,z) =-7-:-^--ехр|

sinj^arctg

—)

(z-zoУ

0.22l|

1-х

(2)

;е R - радиус рабочей поверхности магнитной головки;

Ii, h - длины главных осей эллипса области деформаций;

Ii = 2-(R + dlOT)'Sin(arccos(R+ao)/(R+dum» ;

Ь = 0.751i ;

1 - длина продольной оси области деформаций, проходящей через точку с ^ординатой х.

Результатом локальных изменений величины неконтакта является (еньшсние уровня воспроизведенного сигнала. Степень уменьшения уровня гнала зависит от размера инородного тела dum и его положения носительно оси магнитной дорожки.

Используя полученные модели выпадений и результаты спериментальных исследований, расчитаны вероятности появления цибок. Расчеты выполнены на примере АТМЗ со способом записи с ■носителыюй фазовой манипуляцией сигнала несущей. Вероятность иибки определяется соотношением уровней сигнала и помехи. Уровень гналов в зонах выпадений существенно снижается, что ведет к

уменьшению отношения сигнал-помеха и росту вероятности появлеш ошибок.

Глубокие выпадения, уменьшающие уровень сигнала менее уров> порогов формирователей, ведут к стиранию части сообщений. Появляют< специфические ошибки канала магнитной записи. Важным вомущающи фактором является нестабильность движения магнитного носителя. Пр превышении суммарного набега фазы за интервал магнитной записи, имек место нарушения в системе синхронизации, что проявляется в смещени тактовой последовательности относительно информационной на один более разрядов. Это порождает цепочку ошибок. Для ограничения цепоче ошибок предложено устройство синхронизации процессов передачи данны по каналу магнитной записи контрольными кодовыми комбинациям! выполняющими функции элементов циклической синхронизации.

Процесс измерений представлен в виде последовательности операции каждая из которых описывается соответствующим оператором.Уравнени измерения принимает вид:

= (3)

где ХИзм,Х - результат измерений и измеряемый гидрофизически! параметер;

К(Д2ДзД4 - операторы соответственно аналоговых преобразований 1 первичном измерительном преобразователе, оператор аналогово-цифровы: преобразований в канале магнитной записи и оператор преобразована; данных в канале магнитной записи в цифровом виде.

При моделировании принято допущение о том , что операто] аналоговых преобразований равен 1 , что соответствует идеальном] аналоговому преобразованию в первичном измерительном преобразователе. Преобразование данных в канале магнитной записи ведет к появления дополнительной погрешности.Дополнительная погрешность, обусловлешш искажениями группы из Б двоичных разрядов.

При ОФМ каждый сбой ведет к искажению двух соседних разряда кодовой комбинации. Это обстоятельство учтено удвоением числе искаженных сисмволов. Стираиие части сообщения ведет к появлении: второй составляющей дополнительной погрешности Д11.

Цепочки ошибок, связанные с нарушениями синхронизации, приводя! к смещению цифровой последовательности на один или более разрядов вправо или влево, что ведет к изменению значений осчетов на величину Дх'11.

Осредняя значения составляющих погрешности по всем номерам разрядов и группам деления , для различных плотностей записи Хдоп лежит в диапазоне от 13 до 17 единиц младшего разряда двоичного кода, а СКО - от 1102 до 1106 единиц младшего разряда.Таким образом, процесс передачи стохастических сообщений по каналу магнитной записи с повышением плотности сопровождается увеличением вероятности ошибок,

а ОКО дополнительной относительной погрешности, приведенной к протяженности участка искажений, достигает 27%.

В третьем разделе предложены программно-аппаратные средства автоматического редактирования данных гидрофизического эксперимента. Предложена структурная схема устройства синхронизации контрольными кодовыми комбинациями процессов записи данных на магнитный носитель (рис. 2). Она содержит информационные регистры Рг1 и Рг2, схемы совпадения СС1 иСС2, триггер контроля ТрК, датчик контрольных кодовых комбинаций ДККК, сумматор М2, блок магнитных гологшк и носитель БМГ, усилитель воспроизведения УВ, устройство формирования кода УФК, ;хему выявления синхроимпульсов СВСИ, устройство синхронизации УС. процесс записи синхронизируется сигналами СИ1, СИ2, СИЗ. Устройством обеспечивается запись информации и контрольных кодовых комбинаций КК), их уникальность и ликвидация нарушений синхронизации при ¡читывании информации.

На основе анализа методов редактирования данных , в качестве шгоритма обнаружения искажений данных эксперимента в канале цифровой 1агнитной записи предложен метод адаптивного прогноза. Искажения (анных приводят к нарушению их статистической однородности , которые выявляются моделью адаптивного прогноза. Рассмотрено два алгоритма 'птимального прогнозирования , удовлетворяющих требованиям перативности обработки данных. В качестве моделей прогноза ^пользуются прогнозирующие фильтры , описываемые разностными равнениями вида :

(4)

Y2[i +1] = (1 ~ «)2 • X[i]+2а- Y[i -1] - а2 • Y[i - 2], (5)

хе Y,,Y2 - прогнозируемые значения временного ряда;

Х,У - значения членов временных рядов на входе и выходе фильтров; а - параметр фильтра.

Адаптация моделей выполняется с привлечением контрольных зогнозов , алгоритмы которых совпадают с основными алгоритмами , а фаметры сглаживания определяются соотношениями:

а, =а+Ла;

а2 = а-Да, ^

е Да- малое приращение параметра, Aaá0.05.

Адаптация фильтров производится в соответствии с критерием шшума среднеквадратичной ошибки прогноза. Погрешность прогнозов еднеквадратично осредняется по группе из к последовательных значений енов временного ряда. Устанавливается алгоритм (основной или контрль-

Рисунок 2 - Структурная схема устройства синхронизации контрольными комбинациями

ый) с минимальной среднеквадратичной ошибкой. На последующие к гагов прогноза, в качестве параметра сглаживания основного прогноза ринимается то , которое дало минимальную среднеквадратичную ошибку.

Критерием распознавания неоднородности данных принят гроятностно-зональный. Неоднородность данных не нарушена , если чередной член ряда лежит в зоне доверительного интервала прогноза, и арушена , если он лежит вне этого интервала.

Разработана структура алгоритма автоматического обнаружения жажений. Чувствительность метода определяется шириной доверительного нтервала погрешности прогноза. Алгоритм локализации искажений снован на свойстве обратимости временных рядов. Обнаружение левой заницы области искажений данных обеспечивается алгоритмом энаружения искажений. Правая граница области искажений зтанавливается с использованием контрольных кодовых комбинаций и рогнозирования временного ряда методом "назад". По выпадению тчений ряда за пределы доверительного интервала устанавливается равая граница зоны искажений. При просмотре всего отрезка ряда и ^обнаружении искажений ситуация классифицируется как "ложная тревога" данные признаются не искаженными.

Коррекция искажений выполняется с привлечением прогнозов "вперед" "назад", по которым определяется взвешенное значение по формуле :

"УТЛ - Р' ' Г' + Цт-1+1 ' Гт-1+1

--—-, (7)

Ч + хт-1+1

ю Р;=Ж1;

Япы+1 ="$[тЧ+1];

т - число искаженных членов ряда; Гпй+ I - коэффициенты корреляции прогнозируемых значений относительно >аниц области искажений при прогнозе методом "вперед" и "назад".

Повышение точности данных при коррекции искажений достигается жменением дополнительно аппроксимации участка искажений кубическим тайном. С целью исключения явления маскирования частот, оценка жаженных членов ряда устанавливается как среднеарифметическое от вешенного прогноза и кубического сплайна. Предусмотрена итерационная юцедура формирования оценок.

Применение разработанных методов ограничивает класс исследуемых щрофизических параметров, требуя их дифференцируемое™.

Четвертый раздел посвящен анализу эффективности разработанных юграммно-аппаратных средств. В связи со сложностью получения оценок шолнительной погрешности АГИИС, обусловленной функционированием 1нала цифровой магнитной записи, было проведено имитационное эделирование прохождения стохастических сигналов по этому каналу.

С этой целью разработаны имитационные модели измеритель^ сигналов. На основе математических моделей приведенных в разделе построена имитационная модель канала цифровой магнитной записи (рис. и выполнено моделирование возмущающих факторов. Операторами Р1-Р5, также логическими операторами реализуется процесс преобразован: цифровой последовательности в канале магнитной записи во вс рассматриваемых во втором разделе аспектах: искажения двоичных данш вследствие уменьшения отношения сигнал/помеха; стирания двоичш разрядов, покрывающих одно или несколько информационных кодовых сл< , без нарушения и с нарушением синхронизации. Мультиплексорами МХ МХ2 реализуется порядок обслуживания измерительных каналов АГИИ' ЛЗ моделирует линейные преобразования сигналов в сообщения.

Исследования выполнеы в соответствии с разработанной методике оценки метрологических характеристик АГИИС с подсистемами цифровс магнитной записи. Получены оценки эффективности рассмотреннь вариантов алгоритмов редактирования данных в зависимости от плотност магнитной записи, параметров измерительных сигналов и характернее погрешности. Установлены границы применения разработаннь алгоритмов. Размер информационного кадра, ограничиваемо! контрольными кодовыми комбинациями , не должен превышать период корреляции мелкомасштабной составляющей исследуемых процессов. П итогам моделирования установлено, что наибольшее значен! дополнительной погрешности информационно-измерительной систем! обусловленной функционированием канала цифровой магнитной запио при восстановлении участков искажений не превышает 0.6 %. Установлен значения эмпирических коэффициентов формулы (1): а= 0.68 , Ъ= 2.58 , пр этом достигается увеличение объема канала на 60% (рисЛв).

В пятом разделе приведены описание и экспериментальная проверк созданного варианта цифровой подсистемы магнитной записи, вкточающе АТМЗ и микро-ЭВМ. Приведены технические характеристики АТМ' Описаны процедуры предварительной обработки данных эксперимента н микро-ЭВМ. Исследования подсистемы цифровой магнитной запис включают лабораторные проверки и определение основных ее технически характеристик, а также проверку функционирования программных средст на тестовых сигналах.

В результате проверки ПТМЗ, в соответствии с разработанно методикой, установлены вероятности искажения двоичных символов канале магнитной записи. Совпадение расчетных значений экспериментальными подтверждает адекватность разработанных моделе: реальным процессам. Проверка функционирования программных средств н тестовых сигналах показала работоспособность и подтвердила ожидаемы результаты.

х2

кк ти

МХ1

-»

--------»

X

|С,ВЫП стир

I»

Евып Ш У'

лз у и М2

Г

У"

у*'»

МХ2-

V

И,

& Твьп Тем

•рг рг

Г

Рисунок 3 - Структурная схема модели канала цифровой магнитной записи

заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальных зад повышения точности и эффективности автоматных гидрофизическ информационно - измерительных систем на основе разработанных пр< раммно - технических средств обнаружения, локализации и коррекц: искажений, возникающих в канале цифровой магнитной записи, а так математических и имитационных моделей функционирован: информационных систем.

Основные научные выводы и результаты работы заключаются следующем:

1. Установлена закономерность воздействия дестабилизирующих фактор» на функционирование канала цифровой магнитной записи, входящего состав АГИИС: получены зависимости протяженности зоны искажени выраженной через число искаженных двоичных символов, от параметре возмущающих факторов - размера немагнитных включений в рабочем сл< магнитного носителя и размера инородных тел в виде выкрышенной основ магнитного носителя и пыли в промежутке лента-магнитная головк. зависимость параметров представлена в табличной форме.

2. Разработана новая модель преобразования измерительной информации канале цифровой магнитной записи, учитывающая условия функциош рования автономных гидрофизических зондов.

3. На основе разработанных математических моделей канала и дестабг лизирующих факторов получены количественные оценки влияни дестабилизирующих факторов на функционирование канала цифрово магнитной записи.

4. Разработаны адаптивный алгоритм обнаружения и локализацш искажений измерительной информации, обусловленной ее прохождением п< каналу цифровой магнитной записи, а также алгоритм коррекцш искажений на основе метода взвешенного прогноза, позволяющие уменьшить величину дополнительной погрешности канала до 0.6% исследованы характеристики этой составляющей погрешности обусловленной конечной точностью алгоритмов обнаружения и коррекции.

5. На базе разработанных методов построено устройство цифрово! магнитной записи информации с синхронизацией контрольными кодовым*: комбинациями. Показано, что его применение позволяет снизить объем служебной информации до 1,5% от объема экспериментальных данных.

6. Разработаны, исследованы и внедрены экспериментальные образцы АГИИС с каналами магнитной записи на основе предложенных методов повышения эффективности, а также разработано и прошло опытную .эксплуатацию специальное программное обеспечение , позволяющее проводить предварительную обработку данных гидрофизического эксперимента и реализующее разработанные в работе методы коррекции ошибок. Результаты работы используются также в учебном процессе ДГТУ и научных исследованиях в СКТБ" Турбулентность" при ДонГУ.

Основные положения и результаты работы содержатся в едующих публикациях :

1. Зори A.A., Хламов М.Г., Макаров Е.В. и др. Четырехканальная 1фровая система магнитной записи данных гидрофизического :сперимента // Автоматизация научных исследований морей и океанов : :з. докл. V Всесоюзной школы.-Севастополь: Изд-во МГИ АН УССР, 1980.211-212.

2. Винниченко Н.Г. и др. Многоканальная цифровая система гистрации данных эксперимента / Винниченко Н.Г., Зори A.A., Ермаков Б., Хламов М.Г. ВИНИТИ, Депонированные рукописи, 1980, № 10.

3. Зори A.A., Хламов М.Г., Ермаков В.Б. и др. Устройство сбора, жопления и ввода данных гидрофизического эксперимента в ЕС ЭВМ // <спериментальные методы и аппаратура для исследования турбулентности: з. докл. IV Всесоюзного совещания. - Новосибирск, 1981. - С. 66 - 69.

4. A.C. № 896681 (СССР). Устройство для записи - воспроизведения 1фровой информации. A.A. Зори, М.Г. Хламов, Н.Г. Винниченко, В.Б. жаков. - Опубл. в Б.И., 1982, № 1.

5. Wiimitschenko N., Zori A., Kuznetzow В., Powell I., Makarow Е., ilamow М. System zur Ermittlung und Zwischenspeichrung von Daten bei 'draulichen Experimenten // 5. Fachtagung Hydraulik und Pneumatik. -resden, 1983.

6. Powch I., Zori A., Goroshankin S., Chlamow M., Winnitschenko N. 'stem zur Erfassung und Beerbeitung der Ergebnisse des hydraulishen eperiments mit Mikrorechern // 6. Fachtagung Hidraulik und Pneumatik. -agdeburg, 1985. - s. 539-544.

7. Povch I.L., Zori A.A., Eremin G.P., Chlamov M.G., Jacenko A.I. System erent a registrace turbulencncich Charakteristik v hydraulickych zarizenich //11. onference o tekutinovych mechanismech.-Bmo,1985. - s.281-286.

8. A.C. №1182530 (СССР). Устройство для ввода информации. .Г. Винниченко, В.Б. Ермаков, A.A. Зори, Е.В. Макаров, М.Г. Хламов, H.A. рошенко. - Опубл. в Б.И., 1985, № 36.

9. A.C. №1188723 (СССР). Устройство для ввода информации. .Г. Винниченко, В.Б. Ермаков, A.A. Зори, Е.В. Макаров, М.Г. Хламов. -публ. в Б.И., 1985, №40.

10. Зори A.A., Охота Д.О., Хламов М.Г. Уменьшение ошибок данных »и использовании цифровых кассетных накопителей на магнитной ленте -<рПИИПТИ, Депонированные рукописи, № 559-86-7к; 13.02.86.

11. A.C. №1460739 (СССР). Устройство для цифровой магнитной писи информации.А.П. Васьковцов, A.B. Зимин, A.A. Зори, Д.О. Охота,

.Г. Хламов.- Опубл. в Б.И., 1989, №7.

12.Васьковцов А.П., Зори A.A., Хламов М.Г. и др. Система гистрации данных эксперимента // Приборы и техника эксперимента. 1989. 6. С. 76-82.

13. A.C. №1778788 (СССР). Устройство воспроизведения с коррекцией убых сбоев. А.П. Васьковцев, М.Г. Хламов.- Опубл. в Б.И., 1992, № 44.

14. Хламов М.Г. Алгоритм редактирования экологических данных // Международная научно - техническая конференция "Экология промыдше ного региона" : Тез.докл. - Донецк, 1995. - С. 53-57.

Личный вклад автора в работы, опубликованные в соавторсп принцип и метод обнаружения ошибок (10,13), локализация ошибок (К синхронизация контрольными кодовыми комбинациями (3,4,6,7, H организация подсистемы цифровой магнитной записи (1,2,5,8,9,11,12).

АНОТАЦ1Я

Хламов М.Г.

Розробка метода пщвищення ефективност! щрофЬичш ¡нформацшно-вимфювальних систем.

Робота е рукопис на здобуття вченого ступеня кандидата техшчш наук за фахом 05.11.16 " шформацШно-вим1рювальн1 системи", Донецьки державний техшчний yHi верситет, Донецьк, 1997р.

Б дисертаци розроблено метода пщвищення ефективнос-ИдрофЬичних ¡нформацшно-вим1рювальних систем 3 нщсистемам цифрового магштного запису. В га'дсистем! використовуються метод прогнозування та кадрово!' синхроизавд , що забезпечуе пошук похибок, У локагазащю та вщтаорення вим1рювально( ¡нформаца. Розроблено hoi модел1 каналу цифрового магштного запису та процеав перетворення : ньому п!д д'|сго дестабшзацШних чинник1в вим!рювально'| ¡нформаци, , також техмчне та алгоршмчне забезпечення, що застосовуе метод! шдвищення ефективностк

ANNOTATION

M. Khlamov

The development of methods to improve the effectiveness ol hydrophysical informational-measurement systems.

This scientific work is a manuscript to submit candidates scientific degree in tehnical scientific specialization 05.11.16-întormational-measurement systems.

The methods to improve the effectiveness of hydrophysical informational-measurement systems , which contain the digital magnetic type sybsysterns was developed. Subsystems use forecast methods and fame-synchronization methods for discoverment, localization and substitution for distorted datas.

New models of the channel of the digital magnetic type was received. The models considerate the processes of transformation of the measurement information and obstacles in the channel.

Technical and algorithmical means , which realize the methods to imrove the effectiveness, was developed.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА цифровий магнпний запис, ефективн)сть, метода прогнозування, алгоритми пошуку, локал)'зацн та ввдгворення, xexniiHi засоби.