автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование импульсного метода измерений параметров двухпроводных цепей

На правах рукописи

Былина Мария Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПРОВОДНЫХ ЦЕПЕЙ

Специальность 05.12.13 -Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича на кафедре Линий

связи.

Научный руководитель: кандидат технических наук, с.н.с.

Рудницкий Валерий Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, проф.

Дмитриков Владимир Федорович кандидат технических наук, доцент Виноградов Владимир Валеанович

Ведущая организация: ФГУП «ЛОНИИС»

Защита диссертации состоится «0£у> ШО/'СЛ- 2006 г. в ""на заседании диссертационного Совета К.219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «О?» 2006 г.

/Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент '

В.Х. Харитонов

ДОOCfV ■ÍOS7Z-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Импульсный метод измерения параметров двухпроводных цепей, включающих воздушные и кабельные линии связи и электропередачи, уже давно (более 60 лет) используется для профилактических и аварийных измерений. С его помощью можно осуществлять диагностику кабельных цепей, определять длину кабеля, расстояния до неоднородностей и повреждений, включая обрывы, короисие замыкания, сообщения, разбитости пар, некачественные соединения, замокшие участки, несанкционированные подключения.

Большой вклад в разработку импульсного метода измерений внесли отечественные ученые А.Я. Усиков, Г.В. Демьянченко, Б.П. Богданов, B.JI. Бакинский, А.П. Осадчий, Н.И. Сосфенов, В.К. Спиридонов, Г.М. Шалыт, А.С. Воронцов, П.А. Фролов. В настоящее время эту работу успешно продолжают Н.А. Тарасов, С.М. Стернзат, И. Иванцов, В.М. Горохов и другие. За рубежом этой тематикой занимаются M.L. Westwood, A. Clunie (Англия), Т. Heikkila (Финляндия), M.D. Tilden (США) и другие.

Импульсные приборы (ИП) первого поколения были аналоговыми. В СССР до 1991 г. выпускался широкий спектр таких приборов. Они удовлетворяли всем требованиям того времени. Переход к цифровым методам регистрации сигнала обратного потока позволил не только улучшить основные технические характеристики, расширить функциональные возможности, но и осуществлять последующую компьютерную обработку уже зарегистрированных реф-лектограмм.

В нашей стране эксплуатируется значительное количество ИП производства иностранных фирм Seba КМТ (Германия), Tektronix, Rise Bond, Hewlett Packard (США), Bicotest (Англия) и других. Соответствуют современным требованиям цифровые ИП отечественных предприятий НПП «Стэлл», ЗАО «Эрстед», «Связьприбор».

В настоящее время требования к точности измерений, обнаружительной способности импульсного метода, функциональным возможностям ИП для телекоммуникаций сильно возросли. Это обусловлено внедрением новых методов модуляции и кодирования на традиционных направляющих системах связи, которые предъявляют повышенные требования к однородности линий.

В данной работе предлагаются и исследуются новые функциональные возможности цифровых ИП с обычными и нетрадиционными зондирующими сигналами, способы улучшения основных метрологических характеристик -точности определения расстояния и разрешающей способности, алгоритмы обработки зарегистрированных рефлектограмм, позволяющие получать дополнительную количественную информацию о нсоднородностях или повреждениях. Внедрение результатов работы позволит повысить достоверность и информативность импульсных измерений, что в свою очередь будет способствовать решению актуальной проблемы повышения качества строительства и эксплуатации кабельных линий.

РОС НАЦИОНАЛ!.» ! БНГч ¡ Ии ! Г К \ ! С-Uerepoyfi '

Предмет исследования.

Теоретически и экспериментально исследуются импульсный метод измерения параметров неоднородных двухпроводных цепей, процессы формирования обратного потока от различных неоднородностей при различных зондирующих сигналах, предложенные способы обработки сигнала обратного потока, новые функциональные возможности ИП. Цель и задачи исследований.

Целью исследования является повышение точности, информативности и расширение функциональных возможностей импульсного метода измерения, а также практические рекомендации для разработчиков ИП и программного обеспечения, а также для организаций, занимающихся строительством и эксплуатацией кабельных линий связи.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: разработка и экспериментальная проверка математической модели обратного потока неоднородной двухпроводной цепи при различных зондирующих сигналах,

теоретическое и экспериментальное исследование ряда конкретных предложений по формированию зондирующих сигналов и обработке сигнала обратного потока в реальном масштабе времени, а также в процессе последующей компьютерной обработки зарегистрированной рефлектограммы. Методы исследований.

При решении поставленных в работе задач использовались теоретические методы математического анализа и компьютерного моделирования, математической статистики и цифровой обработки сигналов. Научная новизна.

1. Впервые предложенная универсальная математическая модель сигнала обратного потока любой неоднородной двухпроводной цепи при произвольном зондирующем сигнале, учитывающая многократные отражения и параметры входной цепи ИП, позволяет теоретически исследовать способы повышения точности и информативности измерений, новые функциональные возможности импульсного метода.

2. Получены и использованы в модели сигнала обратного потока новые выражения для коэффициенте огражения и пропускания неоднородностей при прохождении сигнала в двух противоположных направлениях.

3. Предложены и исследованы теоретически и экспериментально две модели сигнала, отраженного от поперечной емкостной неоднородности.

4. Предложено и экспериментально проверено выражение для затухания импульсов в кабельных цепях и проведены расчеты затухания для большинства используемых для связи кабельных цепей.

5. Разработан способ определения расстояния до неоднородностей по локализации вершин отраженных импульсов.

6. Разработан алгоритм амплитудной коррекции зарегистрированных рефлектограмм с целыо получения количественной информации о коэффициенте отражения от неоднородности.

7. Предложен и исследован новый способ повышения разрешения двух близко расположенных неоднородностей, основанный на фильтрации зарегистрированной цифровым ИП рефлектограммы.

8. Предложен и исследован новый способ повышения разрешения двух близко расположенных неоднородностей, основанный на использовании биимпульсного зондирующего сигнала.

Практическая ценность.

Проведенный теоретический и экспериментальный анализ импульсного метода измерения и создание компьютерной программы адекватно описывающей работу любого ИП позволяет разработчикам ИП проверять новые алгоритмы обработки рефлектограмм, новые функциональные возможности ИП. Кроме того, в диссертации содержатся конкретные рекомендации по выбору структурной схемы, ее параметров, программному обеспечению ИП, методике проведения измерений.

Квалифицированные измерители кабельных линейных трактов с помощью компьютерной программы могут проверять свои гипотезы о характере и расположении неоднородностей в измеряемой кабельной цепи, сравнивая зарегистрированную рефлектограмму с моделируемой.

Разработанная компьютерная программа «Универсальный импульсный прибор» используется в учебном процессе кафедры Линий связи СПб ГУТ им. проф. М.Л Бонч-Бруевича для обучения студентов и слушателей факультета подготовки и переподготовки кадров (ФППК) отрасли «связь».

Реализация и внедрение результатов исследований.

Результаты теоретических исследований и математического моделирования могут быть использованы разработчиками ИП в следующих организациях: ЗАО «Эрстед» (г. Санкт-Петербург), ЗАО «Стелл» (г. Брянск), Институт информационных технологий (г. Минск, республика Беларусь), Измерительная техника связи (г. Санкт-Петербург, а также организациями строящими и эксплуатирующими кабельные линии связи: ОАО «Лентелефонстрой» (г. Санкт-Петербург), ЗАО «Связь-электро» (г. Санкт-Петербург).

Предложенные математические модели сигналов обратного потока используются в учебном процессе в виртуальных лабораторных установках, программы для которых разработаны на кафедре Линий связи СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждались:

на конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГУТ в 1998 (2 доклада), 1999 (4 доклада), 2000 (2 доклада), 2003 (1 доклад), 2004 (2 доклада), 2005 (5 докладов) и 2006 (3 доклада) годах,

на 4 и 5 Всероссийских конференциях «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений» в 2005 (2 доклада) и 2006 (1 доклад) годах,

на 6 и 7 Международных конференциях «Современные технологии обучения» в 2000 (1 доклад) и в 2001 (1 доклад) годах,

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 16 научных работах, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и отдельного приложения, изложена на 102 страницах текста, содержит 21 таблицу, иллюстрирована 53 рисунками, список литературы содержит 98 наименований. Отдельное приложение содержит 148 страниц. Основные положения, выносимые на защиту.

1 Предложенная и исследованная модель сигнала обратного потока во временной области с учетом многократных отражений для любых двухпроводных цепей и зондирующих сигналов.

2 Предложенные и исследованные модели сигнала отраженного от поперечной емкостной неоднородности и от емкостной нагрузки.

3. Предложенные и экспериментально проверенные выражения для затухания импульсов в кабельных цепях и результаты расчетов затухания большинства используемых для связи кабельных цепей.

4. Разработанный и исследованный новый способ определения расстояния до неоднородностей путем локализации вершин отраженных импульсов.

5. Предложенный и исследованный новый способ амплитудной коррекции зарегистрированных рефлектограмм, позволяющий получить количественную информацию о коэффициенте отражения от неоднородности.

6. Предложенный и исследованный способ повышения разрешения двух близко расположенных неоднородностей при компьютерной обработке зарегистрированной рефлектограммы.

7. Исследование возможностей повышения разрешающей способности импульсного метода при использовании биимпульсных зондирующих сигналов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы, перечислены ее основные научные результаты, приведены сведения об апробации этих результатов и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены структурная схема ИП и основные принципы импульсных измерений, а также физические процессы, происходящие при распространении электрических импульсов по двухпроводным цепям. В основу математического описания искажений импульсов в двухпроводной цепи была положена предложенная В.А. Андреевым модель, использующая в качестве основных параметров удельную задержку сигнала и удельную конструктивную постоянную. Для проверки используемой модели искажений сигнала проводились экспериментальные исследования, которые подтвердили ее адекватность.

Для построения математической модели потока обратного рассеяния неоднородной цепи были получены коэффициенты отражения и пропускания для стыковых, концевых и различных резистивных неоднородностей, включая ком-

плексные, при распространении импульсов в двух различных направлениях. Некоторые из полученных результатов отсутствуют в известной литературе.

В 1 главе также проведен обзор структурных схем и параметров существующих аналоговых и цифровых ИП отечественного и зарубежного производства.

Во второй главе проанализированы структурные схемы выходных цепей ИП и требования, предъявляемые к их параметрам. Были рассмотрены схемы с совмещенным входом-выходом и с дифференциальной системой. Были рассчитаны коэффициенты передачи от генератора к линии, от линии к усилителю, от генератора к усилителю и коэффициент отражения от входа ИП. Доказано, что для настройки выходной цепи для предотвращения многократных отражений и максимальной эффективности в конкретной кабельной цепи необходимо в схеме с дифференциальной системой иметь 2 независимых регулировки. В схеме с совмещенным входом/ выходом достаточно одной регулировки.

При разработке математической модели обратного потока из неоднородной двухпроводной цепи использовалось представление о том, что реальную цепь можно представить состоящей из к однородных участков (рис. 1а), а отражения возникают в местах стыков однородных участков. Такая модель пригодна для описания неоднородной линии с концевыми резистивными, стыковыми и сосредоточенными продольными и поперечными резистивными неоднород-ностями. Модель обратного потока включает однократные (рис. 16) и многократные (рис. 1 в) отражения.

Рис I Эквивалентная схема неоднородной линии связи (а), состоящая из к однородных участков однократное отражение (б) от I неоднородности трехкратное отражение (в) от I, тип неоднородностей

Было получено выражение для импульсной характеристики неоднородной цепи, учитывающее однократные и многократные отражения до 3 порядка

(Гт Гп+ ^тп И/- 1 ¡глп т=0 л=т+1

+ №г, (1)

где К,, К2, К3 - коэффициенты передачи от I енерагора в линию, от генератора к усилителю и от линии к усилителю, соответственно; у, = ехр(-1/<7, )/[т, |,

М/,и„=схр(-1/^)/1х;^:| нормированные импульсные характеристики однократного отражения от /' стыка и трехкратного отражения от г, т и п сты-

ков, соответственно; Г, = h(l )' = П О - r5+ Xl - )- коэффи-

j-\ s=m+1

циенты пропускания для прямого и обратного потоков /-/ стыков неоднородной цепи и всех стыков на участке от /я-стыка до я-стыка цепи, соответственно (при

п-1<т+1

произведение

равно 1); <7, =

t-2T.hj-lj

7=0

/г,,

<-1 л-1

t- 1.2-toj.lj- 12-l0s ls j=0 s=m

xm„ - нормированное время для однократ-

ного отражения от i стыка и для трехкратного отражения от /, т и п стыков, со/-1 1-1 л-1 ответственно; /, = 2 £ /0;/,, tm„ = 2 £ /0у/, + 2 Х'оЛ - время задержки одно-

у=0 7=0 $=Л7

кратного отражения от /' неоднородности и трехкратного отражения от /, т и п

неоднородностей; г, = 4

<-1 ,— I ^Ojlj

Г = 4> * WMW

1-1

1-1 -- n-l .-

I Vry + ^ Vr. Л

7=0 s=m

по-

стоянная времени однократного отражения от / неоднородности и трехкратного отражения от /', т и п неоднородностей, соответственно; 1(/ - /,) - функция Хе-висайда, 6(1) - дельта функция Дирака.

На рис.2б показана импульсная характеристика неоднородной кабельной цепи (рис. 2а), рассчитанная по выражению (1).

гв

7,-1 во О»

д<

УС

1,-0 »5.

}Ом

/>(» Ом

1,-1?**

.1 Ом

-&СЭ-0-о-,

П f,-0(W«» 1,-О^кя П'

i *iл*. 3 Сим* 3

Кабельная цепь КМ-4

g, 1/ласс

I, км.

Рис 2 Схема неоднородной кабельной цепи(а) и ее импульсная характеристика(б)

Напряжение И«,(0 сигнала обратного потока на входе усилителя при произвольной форме зондирующего импульса и¡(1) можно определить с помощью интеграла свертки

UJt)=i«ifi-r)g(T)dT. о

Для проверки корректности предлагаемой модели проводились экспериментальные исследования, которые показали что формы и длительности теоретически рассчитанных и экспериментально зарегистрированных сигналов хорошо совпадают. Эти и дальнейшие исследования проводились с помощью прибора РИ-Юм. В автореферате приводятся результаты исследований только для кабеля ТПП-0.4.

Для получения количественной характеристики резистивной или стыковой неоднородности удобнее всего анализировать амплитуду отраженного от нее сигнала Затухание отраженного импульса в кабельной цепи а„ зависит от формы и длительности зондирующего импульса ?,„ параметров линии и расстояния до неоднородности /,,. В литературе приводится эмпирическая формула

где V], и2 - амплитуды зондирующего и отраженного импульсов соответственно, М и К - эмпирические коэффициенты.

Были проведены многочисленные расчеты амплитуд отраженных от обрывов импульсов и показано, что аппроксимация по выражению (3) дает значительную погрешность при больших затуханиях в диапазоне от 60 до 100 дБ. Наименьшая погрешность (не более 1 дБ) была получена с новой формулой

где Мо, М\ и 1/2 - коэффициенты аппроксимации, ка - коэффициент, амплитуды учитывающий форму зондирующего импульса.

Проведенные расчеты позволили определить коэффициенты М, К, М0, М\, Мг для большинства современных кабелей связи.

В этой главе также анализируются сигналы от кабельных вставок с волновым сопротивлением, отличающимся от волнового сопротивления основной линии.

Третья глава посвящена моделированию сигналов отраженных от поперечных емкостных неоднородностей. Поперечные емкостные неоднородности могут возникать в местах расположения муфт, при подключении конденсаторов (например, при симметрировании линии), высокоомном подключении каких-либо устройств к линии, в том числе для несанкционированного доступа. Были рассмотрены два подхода. При первом подходе поперечная емкость моделировалась как виртуальная кабельная вставка длиной /„„, эквивалентной длительности зондирующего импульса. При этом предполагалось, чю вставка имеет те же первичные параметры Я, Ь, С, как основная линия, и обладает емкостью, которая превышает исходную погонную емкость С на такую величину, что рабочая емкость вставки возрастает на величину емкостной неоднородности С0.

Были проведены экспериментальные исследования формы сигналов, отраженных от емкостных неоднородностей. Показано, что форма и длительность теоретически рассчитанных импульсов удовлетворительно совпадает с экспериментом. Однако амплитуды теоретически рассчитанных импульсов оказались существенно меньше экспериментальных.

(3)

В основе второго подхода к моделированию одиночной поперечной ем-кос*1ной неоднородности в однородной линии, расположенной на расстоянии /,„ лежит представление о том, что процесс отражения импульсного сигнала от емкости и процесс распространения сигнала в линии длиной, равной удвоенному расстоянию до емкостной неоднородности, могут рассматриваться отдельно. При рассмотрении процесса отражения от емкости линия предполагается идеальной, то есть не имеющей затухания и не искажающей форму проходящего сигнала, с активным волновым сопротивлением Zv. Эквивалентная схема сосредоточенной емкостной неоднородности приведена на рис. За, б.

На рис. Зв показаны временные диаграммы входного u(t), выходного uL(t) и отраженного ur(t) напряжений без учета искажающего действия линии Отраженный сигнал представляет собой два коротких импульса разной полярности (первый - отрицательный), разделенных интервалом времени, равным длительности импульса /„.

При рассмотрении процесса распространения сигнала ur(t) в линии длиной 2/„ учитываются ее реальные параметры. При тс - CZv/2 « 4т01^ форма результирующего сигнала может быть выражена следующим образом (рис. 4а): = T\g{t-tu)-g(t)}. (7)

u(t)

б в

Рис 3 Эквивалентная схема поперечной емкостной неоднородности (а б) и ее реакция на прямоугольный импульс длительностью /„ (в)

На рис 46 приведены теоретически рассчитанные на основании второго подхода и экспериментально зарегистрированные сигналы, отраженные от поперечной емкостной неоднородности.

В

£ , МКС

03 " 02 ■ 0 1 О

-О 1

-0 2 ■ -аз ■

-04 --05 0 25

ч

[

2ч , Г

"л /

Л

■Г

1Г

0 27 0 23 I , КМ

Рис 4 Сигнал отраженный от поперечной емкостной неоднородности С ~ 0 68 нФ, находящейся на расстоянии 254 65 м 1 - рассчитанный, 2 - экспериментально зарегистрированный Расчет проведен для прямоугольного зондирующего импульса длительностью 200 не

Этот же подход может использоваться для моделирования поперечной емкостной неоднородности, находящейся на конце линии (рис. 5).

/

л У

Рис. 5 Рассчитанный (1) и экспериментально зарегистрированный (2) сигнал, отраженный от емкостной неоднородности 680 пФ, находящейся на конце кабельной цепи длиной 254.65м Длительность зондирующего импульса составляет 50 не

О 25 О 26 О 27

0 29 0 30 0 31 0 32

I , КМ

Из рис. 4 и 5 следует, что теоретически рассчитанные и экспериментально зарегистрированные сигналы по форме, длительности и амплитуде хорошо совпадают. Это позволяет рекомендовать предложенную методику для моделирования сигналов, отраженных от емкостных неоднородностей.

Четвертая глава посвящена анализу предлагаемых методов повышения точности, информативности и расширения функциональных возможностей импульсного метода измерений.

Рассмотрены возможности аналоговой и цифровой фильтрации сигнала обратного потока в реальном масштабе времени. В цифровых ИП наиболее эффективна цифровая фильтрация при последующей обработке зарегистрированной рефлектограммы При этом возможна фильтрация каждого участка рефлекто-граммы фильтром с наилучшими для него параметрами. Для выбора параметров фильтра был введен коэффициент эффективности фильтрации:

К.

#

(5)

где и„ V2 - амплитуды, /,„, 1и2 - длительности на уровнях т-^ и т-и2 отраженных импульсов до и после фильтрации.

Проведены расчеты Кец при различных расстояниях до неоднородности, длительностях зондирующих импульсов и параметрах фильтров. К сожалению,

увеличение KeS приводит к появлению отрицательного выброса с амплитудой U_, который может быть истолкован, как отдельная неоднородность.

Также проанализировано использование в качестве зондирующего сигнала биимпульса с целью повышения разрешающей способности. Были проведены расчеты формы сигналов, отраженных от обрывов, для кабельных цепей различной длины при прямоугольном и биимпульсном зондирующих сигналах. При биимпульсном зондирующем сигнале резко уменьшается длительность отраженного сигнала. Для количественной оценки эффективности использования биимпульсного зондирующего сигнала по сравнению с прямоугольным был введен коэффициент: U -t

lur'u2

где U2, Uг - амплитуды, t„2, tur - длительности на уровнях m-li, и m-Ur при использовании прямоугольного и биимпульсного зондирующего сигнала.

Расчеты К^ и UJUr при т = 0 05 показали, что использование биимпульса позволяет существенно повысить Keg по сравнению с фильтрацией, а также, что существует оптимальная для данного расстояния длительность биимпульса (рис. 6).

Для уменьшения отрицательного выброса можно модифицировать биим-пульс, увеличив отношение площадей S,mJS,m. положительной и отрицательной его частей.

Было обнаружено, что зависимости Kejj и U./U, от отношения S,m. / S,m_ при оптимальных длительностях биимпульса для различных расстояний до неоднородности совпадают (рис. 7). С увеличением отношения Sjm, / S,m. быстро уменьшается амплитуда отрицательного выброса и при S,m. / Sm. - 1 19 он исчезает. При этом Keff сохраняет достаточно большое значение— около 9.

jopt - НС

1200 10СС

Рис 6 Зависимость оптимальной длительности биимпульса для / / 1 от расстояния до неоднородности.

Реальная рефлектограмма регистрируется при определенной, выбранной оператором, длительности зондирующего биимпульса. Эта длительность является оптимальной для конкретного расстояния. Для неоднородностей, расположенных ближе этого расстояния, на отраженном сигнале будет наблюдаться отрицательный выброс. Для оптимального и больших расстояний отрицательного выброса не будет.

Рис. 7. Зависимость коэффициента эффективности и отношения иУиг от отношения / 5т при

оптимальной длительности зондирующего импульса

Одной из основных задач ИП является определение расстояния до неоднородности по зарегистрированной рефлектограмме. В описаниях ИП рекомендуется определять расстояние по началу отраженного от неоднородности импульса. Однако локализация с высокой точностью начала отраженного импульса особенно в присутствии шумов и при наличии предшествующих отражений является сложной задачей.

Был предложен новый способ определения расстояний до неоднородно-стей, основанный на локализации вершин отраженных импульсов, и проведены расчеты зависимости смещения вершины отраженного импульса относительно истинного положения одиночной неоднородности от расстояния до данной неоднородности и длительности зондирующего прямоугольного импульса для различных кабельных цепей.

Расчеты показали, что зависимости нормализованного смещения вершины отраженного импульса 6гг = Мг Ни от отношения (¡х = 8т0/^ /3 - смещение вершины импульсной характеристики кабельной цепи) для кабелей ТПП с различным диаметром жил сливаются в одну кривую 1 (рис. 8). На этот график нанесены асимптотические прямые 2.

Была проведена аппроксимация полученной зависимости выражением.

+ (7)

где Q 1 371 - коэффициент, полученный при аппроксимации методом наименьших квадратов. На рис. 8 показана эта функция (кривая 3).

Рис 8 Зависимость нормализованного смещения вершины отраженного импульса от отношения /„

Были проведены экспериментальные исследования по определению расстояния до одиночных неоднородностей при локализации начала и вершины

отраженного импульса. Показано, что предлагаемый способ позволяет уменьшить погрешность.

Проанализированы возможности повышения разрешающей способности импульсною метода, под которой понимают минимальное расстояние между двумя различимыми на рефлектограмме неоднородностями. Отметим, что значительно легче разрешаются две неоднородности, имеющие коэффициенты отражения разного знака. Поэтому в работе основное внимание уделялось локализации близких неоднородностей с коэффициентами отражения одного знака. При этом сигнал на рефлектограмме имеет «провал» между вершинами импульсов, отраженных от разных неоднородностей.

Традиционно расстояние до второй неоднородности определяется по положению нижней ючки «провала». Было проведено сравнение точности определения расстояния до второй неоднородности традиционным и предлагаемым способами. Показано, что предлагаемый способ позволяет существенно увеличить точность Погрешности определения расстояния двумя способами отличаются знаком, что указывает на их систематический характер Поэтому при проведении измерений рекомендуется использовать оба способа и учитывать, чю истинное расстояние находится между результатами двух измерений.

Показано, что последующая обработка рефлектограммы (фильтрация), содержащей две неразличимые (слившиеся) неоднородности, или использование биимпульса в качестве зондирующего сигнала в ряде случаев позволяет выявить вторую неоднородность и определить расстояние до нее.

Были введены два дополняющих друг друга коэффициента разрешения двух неоднородностей:

V ">n i~^2minmax v ^'l^nanmax -L^min)

2mm ^2max max mm max

где lJ2mm - напряжение сигнала обратного потока, соответствующее «провалу» между импульсами, отраженными от близко расположенных неоднородностей, Ihmmmax- напряжение сигнала обратного потока, соответствующее меньшему из двух максимумов, U2max max - напряжение сигнала обратного потока, соответствующее большему из двух максимумов.

Неоднородности можно считать надежно различимыми, если Kmzr\ составляет 1.5 дБ и более. В некоторых случаях знаки l'i„„„ и U2m,nmax не совпадают, тогда расчет KmzrX невозможен. Использование Kra:l2 возможно во всех случаях. Пределу разрешения Кт:г, =1.5 дБ соответствует значение Krazr2 = 0.130.14.

На рис. 9 показаны зависимости разрешающей способности от расстояния до первой неоднородности при использовании и без использования фильтрации. Для каждой пары значений /„, и /„ использовался фильтр с наибольшим коэффициентом эффективности. Видно, что фильтрация позволяет существенно улучшить разрешающую способность.

450 400

350

эоо 250 200 150

1 1 у

— ■

* фильтрат

Рис 9 Зависимости разрешающей способности от расстояния до первой неоднородности при длительностях зондирующего импульса 50 -500 не

О ЗОО 600 900 1200 1500

, М

На рис 10 показаны зависимости разрешающей способности от расстояния до первой неоднородности при использовании зондирующего прямоугольного импульса и биимпульса оптимальной длительности при S,m / Sm. = 1 19.

Видно, что использование фильтрации или зондирующего биимпульса позволяет улучшить разрешающую способность Преимуществом использования биимпульса отрицательного выброса отраженного сигнала.

примерно является

в 2 раза, отсутствие

ТЭОО 2000

Рис 10 Зависимости разрешающей способности от расстояния до первой неоднородности при использовании в качестве зондирующего сигнала биимпульса оптимальной длительности (1) и прямоугольного импульса (2)

'п! • «

Большинство существующих ИП позволяют с удовлетворительной точностью определить расстояние до неоднородности, но не позволяют количественно оценить ее коэффициент отражения. В работе рассмотрены возможности коррекции зарегистрированной рефлектограммы с целью определения коэффициентов отражения неоднородностей.

Для амплитуды отраженного от неоднородности импульса справедливо:

а1г

и2=игг+-\0™. (9)

Для амплитудной коррекции отсчетов и2, рефлектограмм неоднородных линий с целью компенсации затухания линии можно использовать выражение-

U2körn ~ U21 " Ю 20 •

(10)

где аш - затухание отраженного импульса для отсчета и2„ которое можно рассчитать с использованием выражения (3) или (4), заменив параметр 21 „¡^Ги на 2(/, - А/Д/,))/^//^, где I, - расстояние, соответствующее отсчету и2„

к(0=

2г,

-полученное из (7) смещение вершины им-

пульса, отраженного от находящейся на расстоянии /, неоднородности.

После коррекции по вертикальной оси на рефлектограмме может быть непосредственно отложен коэффициент отражения:

«2*о,г, (И)

'кот

Приведенные выражения не учитывают потерь в предшествующих неод-нородностях, которые можно учесть введением дополнительного множителя:

К при/, <1п2

1 , ,

:,при /, >1п2 (12)

г4ор/

гкот

• К К

йор1 ' ¿¡Ор!

/=1

где К,]ор, - дополнительный множитель, определяемый для каждого отсчета /, 1П] - истинное расстояние доу-й неоднородности, Л' — количество неоднородностей до рассматриваемой точки /, и ^ - коэффициенты пропускания у-й неоднородности в прямом и обратном направлениях.

На рис. 11 приведены рефлектограммы неоднородной линии до и после коррекции.

Рис 11. Рефлектограммы неоднородной линии, разомкнутой на конце и имеющей три неоднородности с коэффициентами отражения 0 05,0 1, О 05 а - до коррекции, 6 - после коррекции без учета (1) и с учетом (2) потерь в предшествующих не-однородностях

'Оор

1 О

03 08 07 06 05

04 03 0.2 О 1

О

-О 1

0 0 5 1 15 2 25 3 1, км.

\

[ у

1 \ V .

\ \

" -

\

V-

!, км

Видно, что проведенная обработка позволяет количественно оценить коэффициенты отражения от неоднородностей.

В заключении можно сформулировать следующие выводы:

1. Проведенные экспериментальные исследования процессов распространения импульсов по кабельным цепям подтвердили, что используемая в работе теория удовлетворительно описывает эти процессы и может быть положена в основу математического моделирования измерительных процессов в ИП.

2. Для корректного моделирования сигнала обратного потока были получены отсутствующие в литературе аналитические выражения для коэффициентов отражения и пропускания стыковых и резистивных неоднородностей, включая комплексные, при распространении импульсов в двух различных направлениях.

3. Проведенный анализ схем устройств ввода-вывода ИП позволил сформулировать требования к этим устройствам.

4. В работе получено выражение для инженерных расчетов затухания проходящих и отраженных от резистивных и стыковых неоднородностей импульсов произвольной длительности в различных линиях.

5. Предложен и исследован способ моделирования поперечной емкостной неоднородности, позволяющий рассчитывать форму сигналов, отраженных от емкостных неоднородностей, включая концевые. Эксперимент подтвердил адекватность модели.

6. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать корректные математические модели сигнала обратного потока из неоднородной линии связи с учетом многократных отражений.

7. Для уменьшения длительности отраженных от неоднородностей импульсов и улучшения разрешения близко расположенных неоднородностей предложены и проанализированы два способа: использование фильтрации и биимпульсных зондирующих сигналов. Введены коэффициенты эффективности использования фильтрации и биимпульса, с помощью которых сформулированы требования к параметрам фильтров и биимпульсов. Определена оптимальная длительность биимпульса для данной кабельной цепи и расстояния до неоднородности. Для подавления нежелательного отрицательного выброса отраженного сигнала предложено регулировать соотношение площадей положительной и отрицательной составляющих биимпульса. Введены коэффициенты, позволяющие количественно оценить разрешающую способность по рефлектограмме.

8. Предложен, теоретически и экспериментально исследован метод определения расстояния до неоднородности по положению вершины отраженного импульса на рефлектограмме. Разработан алгоритм, реализующий этот метод. Показано, что использование этого метода повышает точность локализации неоднородностей, в особенности близко расположенных, улучшает разрешающую способность.

9. Предложена и проанализирована методика коррекции отсчетов зарегистро-ванной рефлектограммы с целью получения количественной оценки коэффициентов отражения от неоднородностей. Разработан алгоритм коррекции рефлек-тограмм.

10 Основные теоретические положения диссертационной работы были использованы при разработке программы «Универсальный импульсный прибор», мо-

делирующей процессы формирования и цифровой регистрации сиг нала обратного потока неоднородной кабельной цепи для любых зондирующих сигналов, включая биимпульсный. Программа реализует все предложенные алгоритмы обработки зарегистрированной рефлектограммы, включая фильтрацию, амплитудную коррекцию и уточнение расстояния до неоднородности по положению вершины отраженного импульса.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Былина М С , I лаголев С Ф, Кочановский Л Н , Рудницкий В Б Измерение импульсным методом емкостных неоднородностей кабельных цепей Тезисы докладов 50 НТК ГУТ, 1997

2 Былина М С , Глаголев С Ф, Рудницкий В Б Обратный поток неоднородной кабельной цепи Тезисы докладов 52 НТК ГУТ, 1999

3 Былина М С , Глаголев С Ф, Рудницкий В Б Особенности построения выходных цепей импульсных приборов Тезисы докладов 52 НТК ГУТ, 1999

4 Былина М С, Глаголев С Ф Обнаружит ельная способность импульсно! о метода измерений Тезисы докладов 53 НТК ГУТ, 2000

5 Былина М С, Глшолев С Ф Определение характера повреждения или неоднородности по рефлектограмме кабельной цепи Труды учебных заведений связи № 168, СПб, 2002, 11с

6 Былина М С , Глагочсв С Ф Виртуальный импульсный прибор Гезисы докладов 55 НТК ГУТ, 2003

7 Былина М С , Глаголев С Ф Анализ зондирующих сигналов для импульсной рефлекто-метгрии металлических кабелей связи Тезисы докладов 56 НТК ГУТ, 2004

8 Былин А Р, Былина М С, Глаголев С Ф , Шмелев С И Использование современных компьютерных технологий для подготовки и переподготовки специалистов по линейным сооружениям//Фотон-Экспресс - 2004. -№ 2(34) - с 23-25

9 Былина М.С, Глаголев С Ф Теоретическое и экспериментальное исследование зависимости затухания импульсов в кабелях связи от параметров импульса Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

10 Былина МС, Глаголев С Ф Исследование возможностей повышения точности импульсного метода определения расстояний до близкорасположенных неоднородностей Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

11 Былина М С , Глаголев С Ф Повышение ючности и информативности импульсного метода измерений Труды четвертой всероссийской конференции «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений - СТЛКС», 2005,6 с

12 Былина М С , Глаголев С Ф Амплитудная коррекция рефлектограмм симметричных кабелей Труды четвертой всероссийской конференции «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений - С ГЛКС», 2005, 5 с

13 Былина М С , Глаголев С Ф Повышение ючности и информативности импульсных измерений путем компьютерной обработки зарегистрированной рефлектограммы Труды пятой всероссийской конференции «Современные техночогии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений - СТЛКС», 2006, 10 с

14 Былина М С , Глаголев С Ф Использование «биимпульса» в импульсной рефлектомет-рии Тезисы докладов 58 НТК ГУТ, 2006

15 Ьылина М С , Глаголев С Ф Использование цифровой филырации сигнала обратного потока 1езисы докладов 58 НГКI УТ, 2006

16 Былина М С , Глаголев С Ф Повышение разрешающей способности импульсного метода Тезисы докладов 58 НТК ГУТ, 2006

Подписано к печати 04 05 2006 Формат 60^84/16 Объем 1 уел п

Тираж 80 экз_

Тип СПбГУТ 191186 СПб, наб р Мойки, 61

aOQGA

>5 It

Введение.

1. Импульсный метод измерения параметров кабельных цепей.

1.1. Принцип импульсных измерений.

1.1.1. Общие сведения.

1.1.2. Распространение импульсов по двухпроводным цепям.

1.1.3. Отражение от различных типов неоднородностей.

1.2. Обзор существующих импульсных приборов.

1.2.1. Общие положения.

1.2.2. Аналоговые импульсные приборы.

1.2.3. Цифровые импульсные приборы.

Выводы по первой главе.

2. Математическая модель обратного потока неоднородной линии.

2.1 Параметры выходной цепи импульсного прибора.

2.2 Обратный поток неоднородной линии в частотной области.

2.3 Обратный поток неоднородной линии во временной области на входе УС.

2.3.1 Импульсная характеристика неоднородной линии.

2.3.2 Рефлектограмма неоднородной линии.

2.4 Анализ сигналов, отраженных от резистивных и стыковых неоднородностей.

2.5 Анализ сигналов, отраженных от кабельных вставок.

Выводы по второй главе.

3. Моделирование сигналов, отраженных от поперечных емкостных неоднородностей.

3.1 Первый подход к моделированию поперечной емкостной неоднородности. Виртуальная кабельная вставка.

3.2 Второй подход к моделированию поперечной емкостной неоднородности. Эквивалентная схема емкостной неоднородности.

3.3 Моделирование поперечной емкостной неоднородности, фг находящейся на конце линии.

Выводы по третьей главе.

4. Методы обработки сигнала обратного потока.

4.1 Простая аналоговая регистрация сигнала обратного потока в реальном масштабе времени.

4.2 Использование цифровой фильтрации.

4.3 Использование биимпульсных сигналов.

4.4 Повышение точности определения расстояний до одиночных неоднородностей.

4.5 Возможность повышения разрешающей способности импульсного метода.

Ф 4.5.1 Использование простого импульсного зондирующего сигнала

4.5.2 Использование фильтрации для повышения разрешающей способности.

4.5.3 Использование биимпульсных зондирующих сигналов для повышения разрешающей способности.

4.5.4 Сравнение использования различных методов повышения разрешающей способности.

4.6 Амплитудная коррекция рефлектограмм.

4.7 Рекомендации по использованию результатов диссертационной работы.

Выводы по четвертой главе.

Актуальность

Импульсный метод измерения параметров двухпроводных цепей, включающих воздушные линии связи, симметричные и коаксиальные кабели, уже давно (более 60 лет) используется для профилактических и аварийных измерений [1-11]. Широко используется импульсный метод для определения расстояний до повреждений в воздушных и кабельных линиях электропередач [12-17]. Спецификой его использования в энергетике является сочетание импульсного метода с прожиганием поврежденной изоляции высоким напряжением.

В настоящее время требования к точности измерений, обнаружительной способности импульсного метода, функциональным возможностям импульсных приборов сильно возросли. Это обусловлено внедрением новых методов модуляции и кодирования на традиционных направляющих системах связи, которые предъявляют повышенные требования к однородности линий связи [18, 19]. Несмотря на колоссальные преимущества волоконно-оптических линий связи традиционные электрические кабели связи еще долгие годы будут использоваться на местных сетях связи. Они стареют и для сохранения их параметров, своевременного проведения ремонтных работ необходимо постоянно контролировать неоднородности кабельных цепей, а единственным реальным методом такого контроля является импульсный метод.

Расширение функциональных возможностей импульсных приборов, улучшение их метрологических характеристик является важной и актуальной задачей. Эта задача в данной работе решается на основе более точного описания сложных процессов формирования обратного потока в неоднородных двухпроводных линиях связи и сравнения теоретических моделей с экспериментальными исследованиями.

В последние десятилетия значительный вклад в теорию процессов распространения импульсных сигналов, формирования обратного потока в неоднородных цепях внесли отечественные ученые В.А. Андреев [20], Э.Л.

Портнов [21], И.И. Гроднев, С.М. Верник, JI.H. Кочановский [22], В.Ф. Дмитриков [23], А.Д. Ионов [24], Г.В. Глебович, И.П. Ковалев [25], С.И. Баскаков [26] и другие. Большой вклад в разработку импульсного метода измерений внесли А.Я. Усиков, Г.В. Демьянченко, Б.П. Богданов, Г.М. Шалыт [12, 15], А.С. Воронцов, П.А. Фролов [1, 2], Н.А. Тарасов [27, 28], И. Иванцов [29-32], В.М. Горохов и другие.

В настоящее время в стране эксплуатируется значительное количество импульсных приборов производства иностранных фирм Seba КМТ (Германия), Tektronix, Rise Bond, Hewlett Packard (США), Bicotest (Англия) и других [33-36]. Соответствуют современным требованиям импульсные приборы отечественных предприятий НПП «Стэлл» [27], ЗАО «Эрстед» [37], «Связьприбор» [38].

Потребность нашей страны в импульсных приборах очень велика из-за огромной протяженности наших сетей электросвязи. Очень важной также является задача апостериорной обработки зарегистрированных рефлектограмм существующими цифровыми импульсными приборами с целью повышения точности измерений, разрешающей и обнаружительной способности, расширения функциональных возможностей.

Современные импульсные приборы являются цифровыми и могут из своей памяти передавать зарегистрированные рефлектограммы в компьютер. Это позволяет путем последующей цифровой обработки повышать точность локализации и определять характер неоднородности или повреждения, улучшать пространственное разрешение, получать дополнительную количественную информацию о неоднородностях или повреждениях. Проведенные в данной работе разработки алгоритмов, программного обеспечения, теоретическая и экспериментальная проверка эффективности предлагаемых методов обработки рефлектограмм также являются актуальными.

Предмет исследования.

Теоретически и экспериментально исследуются импульсный метод измерения параметров неоднородных двухпроводных цепей, процессы формирования обратного потока от различных неоднородностей при различных зондирующих сигналах, предложенные способы обработки сигнала обратного потока, новые функциональные возможности импульсных приборов. Цель н задачи исследований.

Целью исследования является повышение точности, информативности и расширение функциональных возможностей импульсного метода измерения, а также практические рекомендации для разработчиков импульсных приборов и их программного обеспечения.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: разработка и экспериментальная проверка математической модели обратного потока неоднородной двухпроводной цепи при различных зондирующих сигналах, теоретическое и экспериментальное исследование ряда конкретных предложений по формированию зондирующих сигналов и обработке сигнала обратного потока в реальном масштабе времени, а также в процессе последующей компьютерной обработки зарегистрированной рефлектограммы.

Решение этих задач позволяет сформулировать рекомендации разработчикам импульсных приборов нового поколения с более высокими техническими характеристиками и, тем самым, обеспечить надежный контроль за состоянием двухпроводных линейных трактов в процессе их строительства и эксплуатации.

Методы исследований.

При решении поставленных в работе задач использовались теоретические методы математического анализа и компьютерного моделирования, математической статистики и цифровой обработки сигналов. Научная новизна.

1. Впервые предложенная универсальная математическая модель сигнала обратного потока любой неоднородной двухпроводной цепи при произвольном зондирующем сигнале, учитывающая многократные отражения и параметры входной цепи импульсного прибора, позволяет теоретически исследовать способы повышения точности и информативности измерений, новые функциональные возможности импульсного метода.

2. Получены и использованы в модели сигнала обратного потока новые выражения для коэффициентов отражения и пропускания неоднородностей при прохождении сигнала в двух противоположных направлениях.

3. Предложены и исследованы теоретически и экспериментально две модели сигнала, отраженного от поперечной емкостной неоднородности.

4. Предложены и экспериментально проверены новые выражения для затухания импульсов в кабельных цепях и проведены расчеты затухания для большинства используемых для связи кабельных цепей.

5. Разработан новый способ определения расстояния до неоднородностей по локализации вершин отраженных импульсов.

6. Разработан новый алгоритм амплитудной коррекции зарегистрированных рефлектограмм с целью получения количественной информации о коэффициенте отражения от неоднородности.

7. Предложен и исследован новый способ повышения разрешения двух близко расположенных неоднородностей, основанный на фильтрации зарегистрированной цифровым импульсным прибором рефлектограммы.

8. Предложен и исследован новый способ повышения разрешения двух близко расположенных неоднородностей, основанный на использовании биимпульсного зондирующего сигнала.

Практическая ценность. Проведенный теоретический и экспериментальный анализ импульсного метода измерения и создание компьютерной программы адекватно описывающей работу любого импульсного прибора позволяет отрабатывать разработчикам импульсных приборов новые алгоритмы обработки рефлектограмм, новые функциональные возможности импульсных приборов. Кроме того, в диссертации содержатся конкретные рекомендации по выбору структурной схемы, ее параметров, программному обеспечению импульсных приборов.

Квалифицированные измерители кабельных линейных трактов с помощью компьютерной программы могут проверять свои гипотезы о характере и расположении неоднородностей в измеряемой кабельной цепи, сравнивая зарегистрированную рефлектограмму с моделируемой.

Разработанная компьютерная программа используется в учебном процессе кафедры Линий связи СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича для обучения студентов и слушателей факультета подготовки и переподготовки кадров (ФППК) отрасли «связь».

Реализация и внедрение результатов исследований.

Результаты теоретических исследований и математического моделирования могут быть использованы разработчиками импульсных приборов в следующих организациях:

ЗАО «Эрстед» (г. Санкт-Петербург),

ЗАО «Стелл» (г. Брянск), Институт информационных технологий (г. Минск, республика Беларусь),

Измерительная техника связи (г. Санкт-Петербург). а также организациями строящими и эксплуатирующими кабельные линии связи:

ОАО «Лентелефонстрой» (г. Санкт-Петербург),

ЗАО «Связь-Электро» (г. Санкт-Петербург).

Предложенные математические модели сигналов обратного потока используются в учебном процессе в виртуальных лабораторных установках, программы для которых разработаны на кафедре Линий связи СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждались: на конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГУТ в 1998 (2 доклада), 1999 (4 доклада), 2000 (2 доклада), 2003 (1 доклад), 2004 (2 доклада), 2005 (5 докладов) и 2006 (3 доклада) годах, на 4 и 5 Всероссийских конференциях «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений» в 2005 (2 доклада) и 2006 (1 доклад) годах, на 6 и 7 Международных конференциях «Современные технологии обучения» в 2000 (1 доклад) и в 2001 (1 доклад) годах, Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 26 научных работах. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и отдельного приложения, изложена на 102 страницах текста, содержит 21 таблицу, иллюстрирована 53 рисунками, список литературы содержит 98 наименований. Отдельное приложение содержит 148 страниц. Основные положения, выносимые на защиту.

Выводы по четвертой главе:

• Предложено и проанализировано использование аналоговой и цифровой фильтрации для уменьшения длительности отраженных от неоднородностей импульсов и улучшения разрешения близко расположенных неоднородностей импульсным методом. Введен коэффициент эффективности использования фильтра, с помощью которого сформулированы требования к параметрам фильтров.

• Предложено и впервые проанализировано использование биимпульсных зондирующих сигналов для уменьшения длительности отраженных от неоднородностей импульсов и улучшения разрешения близко расположенных неоднородностей импульсным методом. Введен коэффициент эффективности использования биимпульса, позволяющий определить оптимальную длительность биимпульса для данной кабельной цепи и расстояния до неоднородности. Для подавления нежелательного отрицательного выброса отраженного сигнала предложено регулировать соотношение площадей положительной и отрицательной составляющих биимпульса.

Для количественной оценки разрешающей способности введены два различных коэффициента разрешения, позволяющие объективно оценивать достигнутую для конкретных условий разрешающую способность. Впервые предложен, теоретически и экспериментально исследован метод определения расстояния до неоднородности по положению вершины отраженного импульса. Разработан алгоритм определения положения неоднородностей в кабельной цепи по зарегистрированной рефлектограмме предложенным методом. Показано, что в ряде случаев это позволяет повысить точность локализации неоднородностей.

Предложена и впервые проанализирована методика коррекции отсчетов за-регистрованной рефлектограммы с целью получения количественной оценки коэффициентов отражения от неоднородностей. Разработан алгоритм коррекции рефлектограмм.

Сформулированы общие рекомендации по использованию результатов диссертационной работы разработчиками новых импульсных приборов и программного обеспечения, специалистами-измерителями и в учебном процессе средних и высших учебных заведений, в которых готовят специалистов по направлению «Телекоммуникации», факультетов повышения квалификации специалистов отрасли «Связь», учебных центрах различных операторов связи.

152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении можно сформулировать следующие выводы:

1. Проведенные экспериментальные исследования процессов распространения импульсов по симметричным и коаксиальным кабельным цепям подтвердили, что используемая в работе теория удовлетворительно описывает эти процессы и может быть положена в основу математического моделирования измерительных процессов в ИП.

2. Для корректного моделирования процессов формирования обратного потока были получены отсутствующие в литературе аналитические выражения для коэффициентов отражения и пропускания стыковых и резистивных неоднородностей, включая комплексные, при распространении импульсов в двух различных направлениях.

3. Проведенный анализ схем устройств ввода-вывода ИП позволил сформулировать требования к этим устройствам.

4. В работе получены два взаимодополняющих выражения для инженерных расчетов затухания проходящих через линию связи и отраженных от резистивных и стыковых неоднородностей импульсов произвольной длительности в различных линиях.

5. Предложены и исследованы два альтернативных способа моделирования поперечной емкостной неоднородности. Один из них обеспечивает более высокую точность и рекомендуется для расчета формы сигналов, отраженных от емкостных неоднородностей, включая концевые.

6. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать корректные математические модели сигнала обратного потока из неоднородной линии связи в частотной и временной областях с учетом многократных отражений.

7. Для уменьшения длительности отраженных от неоднородностей импульсов и улучшения разрешения близко расположенных неоднородностей импульсным методом предложены и проанализированы два способа: использование аналоговой и цифровой фильтрации и использование биимпульсных зондирующих сигналов. Введены специальные коэффициенты эффективности использования фильтрации и биимпульса, с помощью которых сформулированы требования к параметрам фильтров и биимпульсов. Определена оптимальная длительность биимпульса для данной кабельной цепи и расстояния до неоднородности. Для подавления нежелательного отрицательного выброса отраженного сигнала предложено регулировать соотношение площадей положительной и отрицательной составляющих биимпульса. Введены два различных коэффициента, позволяющих объективно количественно оценить разрешающую способность по рефлектограмме.

8. Предложен, теоретически и экспериментально исследован метод определения расстояния до неоднородности по положению вершины отраженного импульса на рефлектограмме. Разработан алгоритм, реализующий этот метод. Показано, что в ряде случаев это позволяет повысить точность локализации неоднородностей.

9. Предложена и впервые проанализирована методика коррекции отсчетов зарегистрованной рефлектограммы с целью получения количественной оценки коэффициентов отражения от неоднородностей. Разработан алгоритм коррекции рефлектограмм.

10. Основные теоретические положения диссертационной работы были использованы при разработке программы «Универсальный импульсный прибор», моделирующей процессы формирования и цифровой регистрации сигнала обратного потока неоднородной кабельной цепи для любых зондирующих сигналов, включая биимпульсный. Программа реализует все предложенные алгоритмы обработки зарегистрированной рефлектограммы, включая фильтрацию, амплитудную коррекцию и уточнение расстояния до неоднородности по положению вершины отраженного импульса.

154

1. Воронцов A.C., Фролов П.А. Импульсные измерения коаксиальных кабелей связи.- М.: Радио и связь, 1985.- 96 е., ил.

2. Воронцов A.C., Фролов П.А. Импульсные измерения коаксиальных кабелей.- В кн.: Сб. научн. трудов ЦНИИС. Системы передачи и коммутации для телефонных сетей связи. -М.: ЦНИИС, 1981.-е. 143-156.

3. И.Г. Бакланов. Тестирование и диагностика систем связи. М.: Эко-Трендз, 2001.

4. Руководство по электрическим измерениям линий сельских телефонных сетей. — М.: Связь, 1977.

5. Руководство по электрическим измерениям линий магистральной и зоновой сетей связи. -М.: Связь, 1973.

6. Руководство по электрическим измерениям коаксиальных кабелей связи. -М, 1969.

7. Г.Б. Косолапенко, С.Г. Милейковский. Специальные измерения в проводной связи. М.: Связьиздат, 1961. - 336 е., ил.

8. Б.И. Гершман, Ю.А. Стукалин. Электроизмерения междугородных кабелей связи. М.: Радио и связь, 1984 с. - 168 е., ил.

9. Э.Ф. Укстин, В.А. Худякова. Измерения характеристик кабелей электросвязи. М.: Энергия, 1967. - 248 е., ил.

10. Ю.В.О. Шварцман. Электрические измерения междугородных, городских и сельских линий связи. -М: Связь, 1972. 272 е., ил.

11. П.Яловицкий М.П. Электрические измерения на линиях связи. М.: Радио и связь, 1964.

12. Г.М. Шалыт Определение мест повреждения в электрических сетях.- М.: Энергоиздат, 1982.- 312 е., ил.

13. Г.М. Шалыт Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами.- М.: Энергия, 1968,- 216 е., ил.

14. Тарасов H.A. Состояние и перспективы импульсных измерений силовых кабельных линий Электронный ресурс.: статья / СТЭЛЛ [199-] - Режим доступа: http://reis.narod.ru, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. рус.

15. J. Willis. Street lighting cable fault location Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. Электрон, дан. (1 файл) - 1997 -. - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdf/an03a.pdf, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

16. Ю.А. Парфенов, Д.Г. Мирошников «Последняя миля» на медных кабелях.» М.: Эко-Трендз, 2001.

17. Н.А. Соколов Сети абонентского доступа. Принципы построения.- М.: ЗАО «ИГ» Энтер-Профи, 1996.

18. Андреев В.А. Временные характеристики кабельных линий связи.- М.: Радио и связь, 1986.- 104 е., ил.

19. Портнов Э.Л., Зубилевич A.JI. Электрические кабели связи и их монтаж. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 264 с.

20. Гроднев И.И., Верник С.М., Кочановский JI.H. Линии связи. Учебник для вузов. — 6-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1995.

21. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 2003.

22. А.Д. Ионов. Статистически нерегулярные оптические и электрические кабели связи. Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. - 232 е., ил.

23. Г.В. Глебович, И.П. Ковалев. Широкополосные линии передачи импульсных сигналов. М.: Сов. радио, 1973. - 224 е., ил.

24. С.И. Баскаков Радиотехнические цепи с распределенными параметрами: Учебн. пособие для вузов.- М.: Высш. Школа, 1980.- 152 е., ил.

25. Тарасов Н.А. Отечественные цифровые рефлектометры. Вестник связи № 8,2001 г.

26. Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий. Электронный ресурс. / «СТЭЛЛ». Электрон, дан. (1 файл) - [199-]. - Режим доступа http://reis.narod.ru/metod.htm. свободный. — Яз. рус.

27. Иванцов И. Локализация дефектов в кабеле // LAN. 1998. - № 6.

28. Иванцов И. Локализация дефектов в кабеле посредством рефлектометров //LAN.-2004.-№11-12.

29. Иванцов И. Локализация дефектов в кабеле посредством рефлектометров //LAN.-2005.-№ 1-8.

30. Иванцов И. Рефлектометры // LAN. 2005. - № 9.

31. M.L. Westwood. Selecting a time domain reflectometer Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. Электрон, дан. (1 файл) - 1997 -. -Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdfytb01.pdf,. свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

32. М. Turvey. Power cable applications for Bicotest TDRs Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. — Электрон, дан. (1 файл) 1997 -Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdf/anQ 1 .pdf, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

33. Selecting a time domain reflectomter Электронный ресурс. / Bicotest. — Электрон, дан. (12 файлов) [199-]. - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pages/selecting/selectl.html, свободный. — Загл. с экрана. —Яз. англ.

34. Рефлектометр импульсный РИ-10м. Руководство по эксплуатации. РЭ 4221-002-23133821.

35. Методика работы с ИРК-ПРО АЛЬФА Электронный ресурс.: техническое описание / Связьприбор. Электрон, дан. (1 файл) - 2006 -. - Режим доступа: http://svpribor.ru/methodic8.html, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

36. Андреев В.А., Попов Б.В., Попов В.Б., Воронков А.А., Платонов А.Н. Измерения на кабельных линиях связи. Учебное пособие для ВУЗов. -Самара, СРТТЦ ПГАТИ, 2001.-156 е., ил.

37. А.В. Стыблик Измерения в проводной связи.- М.: Связьиздат, 1952, 319 е., ил.

38. A. Clunie. Fault location for the cable manufacturer Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. Электрон, дан. (1 файл) - 1997 -. - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdfyan04.pdf, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

39. Training. Intro to TDRs Электронный ресурс. / Riser Bond Instruments. Ra-diodetection Cable Test Division. Электрон, дан. (6 файлов) - [199-]. -Режим доступа: http://www.riserbond.com/Training/training.html. свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

40. Основы рефлектометрии Электронный ресурс. / ЗАО «Эрстед». Электрон. дан. (1 файл) - [199-]. - Режим доступа: http://www.ersted.ru/support/tips/tdr foundations.pdf, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. рус.

41. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Кочановский, Л.Н. Рудницкий В.Б. Применение импульсного метода определения расстояния до места повреждения кабеля связи. Тезисы докладов 50 НТК ГУТ, 1997.

42. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Кочановский, Л.Н. Рудницкий В.Б. Применение импульсного метода для измерения параметров кабельных цепей ГТС. Тезисы докладов 51 НТК ГУТ, 1998.

43. Руководство по электрическим измерениям коаксиальных кабелей связи. -М.: ЦНИИС, 1969.-87 с.

44. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов.- Л.: Энергоатомиз-дат. Ленингр. отд-ние, 1990.- 192 е.: ил.

45. Коаксиальные и высокочастотные симметричные кабели связи. Справочник / Воронцов A.C., Маркелов А.П., Соловейчик Б.Л. и др. М.: Радио и связь, 1994.-312 е.: ил.

46. Гальперович Д.Я., Павлов A.A., Хренков H.H. Радиочастотные кабели. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 256 е.: ил.

47. Гроднев И.И. Фролов П.А. Коаксиальные кабели связи. М.: Радио и связь, 1983.-208 с.

48. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Теоретическое и экспериментальное исследование зависимости затухания импульсов по амплитуде в кабелях связи от расстояния, формы и длительности импульса. Труды учебных заведений связи № 172, СПб, 2006 (готовится к изданию).

49. Городские телефонные кабели: Справочник, 3-е изд., перераб. и доп. / A.C. Брискер, А.Д. Руга, Д.Л. Шарле; Под ред. A.C. Брискера. М.: Радио и связь, 1991. - 208 е.: ил.

50. Каталог Uninet. Издание Datwyler Holding.

51. Справочник строителя кабельных сооружений связи. Изд. 2-е, дополн., перераб. / Барон Д.А., Гершман Б.И., Гроднев И.И., Данилин А.К., Мазель С.И., Мижерицкий Г.Ш., Разумов Л.Д. М.: Связь, 1977. - 672 е.: ил.

52. Парфенов Ю.А. Кабели электросвязи. М.: Эко-Трендз, 2003. - 256 е.: ил.

53. Парфенов Ю.А., Назарьев О.В. Кабельные линии сельских сетей проводного вещания. М.: Радио и связь, 1984. - 96 с.

54. ГОСТ 22498-77. Городские телефонные кабели с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке.

55. ГОСТ Р 51311-99 Кабели телефонные с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке.

56. ГОСТ 20802-75. Городские симметричные телефонные кабели с медными жилами в свинцовой оболочке.60.0СТ 45.82-96. Сеть телефонная городская. Линии абонентские кабельные с металлическими жилами. Нормы эксплуатационные.

57. ОСТ 45.83-96. Сеть телефонная сельская. Линии абонентские кабельные с металлическими жилами. Нормы эксплуатационные.

58. В.Е. Власов, Ю.А. Парфенов. Кабели цифровых систем электросвязи. Конструирование, технологии, применение. М.: Эко-Трендз, 2005. - 216 е.: ил.

59. Кудрявцев Е.М. Mathcad 11: полное руководство по русской версии. -М.: ДМК Пресс, 2005.

60. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Определение характера повреждения или неоднородности по рефлектограмме кабельной цепи. Труды учебных заведений связи № 168, СПб, 2002. - 11 с.

61. Измерители неоднородностей кабелей Р5-8, Р5-8/1, Р5-8/2, Р5-8/3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1981.

62. Измерители неоднородностей кабелей Р5-9, Р5-9/1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1981.

63. Измеритель неоднородностей линий Р5-13 (Р5-13/1). Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.046.009 ТО.- М.: 1988 г.

64. РД 45.257-2002 Средства измерений электросвязи. Рефлектометры для металлических кабелей связи. Технические требования.

65. А. Clunie. Propagation velocity factor Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. Электрон, дан. (1 файл) - 1997 -. - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdf/tb02.pdf, свободный. - Загл. с экрана. — Яз. англ.

66. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Рудницкий В.Б. Особенности построения выходных цепей импульсных приборов. Тезисы докладов 52 НТК ГУТ, 1999.

67. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Рудницкий В.Б. Обратный поток неоднородной кабельной цепи. Тезисы докладов 52 НТК ГУТ, 1999.

68. Хомоненко А., Гофман В., Мещеряков Е., Никифоров В. Delphi 7. Наиболее полное руководство. СПб: BHV, 2003. - 1216 е.: ил.

69. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Анализ зондирующих сигналов для импульсной рефлектометрии металлических кабелей связи. Тезисы докладов 56 НТК ГУТ, 2004

70. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Основные параметры импульсного прибора с биимпульсным зондирующим сигналом. Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

71. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Использование «биимпульса» в импульсной рефлектометрии. Тезисы докладов 58 НТК ГУТ, 2006.

72. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Рудницкий В.Б. Применение сложных зондирующих сигналов для улучшения характеристик локационного метода измерения параметров электрических кабелей связи. Тезисы докладов 51 НТК ГУТ, 1998.

73. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Головин К.Е., Рудницкий В.Б. Применение псевдослучайных сигналов для определения неисправностей электрических кабелей связи. Тезисы докладов 52 НТК ГУТ, 1999.

74. Былина М.С., Коверзнев Е.В., Кузьменок К.Ю., Рудницкий В.Б. Об использовании сложных шумоподобных сигналов при измерении неодно-родностей кабелей связи. Тезисы докладов 54 НТК ГУТ, 2002

75. Visual Basic 6.0: Пер. с англ.- Спб.: БХВ- Петербург, 2003.- 992 с.:ил.

76. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Виртуальный импульсный прибор. Тезисы докладов 55 НТК ГУТ, 2003.

77. Былин А.Р., Былина М.С., Глаголев С.Ф., Шмелев С.И. Использование современных компьютерных технологий для подготовки и переподготовки специалистов по линейным сооружениям // Фотон-Экспресс. 2004. — №2(34).-с. 23-25.

78. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Теоретическое и экспериментальное исследование зависимости затухания импульсов в кабелях связи от параметров импульса. Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

79. Былина М.С., Глаголев С.Ф., Кочановский, Л.Н. Рудницкий В.Б. Измерение импульсным методом емкостных неоднородностей кабельных цепей. Тезисы докладов 50 НТК ГУТ, 1997.

80. Краус М., Вошни Е. Измерительные информационные системы.- М.: Мир, 1975.-310 е.: ил.

81. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Возможности цифровой фильтрации зарегистрированных рефлектограмм для повышения разрешающей способности импульсного метода. Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

82. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Использование цифровой фильтрации сигнала обратного потока. Тезисы докладов 58 НТК ГУТ, 2006.

83. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Исследование возможностей повышения точности импульсного метода определения расстояний до близкорасположенных неоднородностей. Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

84. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Повышение разрешающей способности импульсного метода. Тезисы докладов 58 НТК ГУТ, 2006.

85. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Амплитудная коррекция зарегистрированных рефлектограмм. Тезисы докладов 57 НТК ГУТ, 2005

86. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Обнаружительная способность импульсного метода измерений. Тезисы докладов 53 НТК ГУТ, 2000.

87. Былина М.С., Глаголев С.Ф. Амплитудная коррекция рефлектограмм симметричных кабелей. Труды четвертой всероссийской конференции «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений СТЛКС», 2005, 5 с.

88. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974. - 632 с.1. На правах рукописи

89. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им.проф. М.А. Бонч-Бруевича»

90. ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПРОВОДНЫХ1. ЦЕПЕЙ

91. Специальность 05.12.13 -Системы, сети и устройствателекоммуникаций