автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование методов контроля импульсных помех, поступающих на устройства связи через цепи электропитания

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИНФОРМАТИКЕ И СВЯЗИ РФ

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

РГи од

2 ¿4 Ц(")С; <007 На правах рукописи

Мелентьев Олег Геннадьевич

УДК 621.391.823:621.391.23

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ, ПОСТУПАЮЩИХ НА УСТРОЙСТВА СВЯЗИ ЧЕРЕЗ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Специальность: 05.12.13 - Системы и устройства

радиотехники и связи

Автореферат диссертаг^и на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК 1997

Работа выполнена в Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Шувалов В.П.

Научный консультант - кандидат технических наук, профессор Игнатов А.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Горлов Н.И. - кандидат технических наук, доцент Серых В.И.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного совета.

специализированного совета Д 118.07.01 при Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу: 630125, Новосибирск,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГАТИ.

Защита состоится

часов на заседании

ул. Кирова, 86.

Автореферат разослан «

1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современные системы распределения и передачи информации являются цифровыми. Основные параметры цифровых систем - верность и скорость передачи информации - в существенной мере зависят от характеристик действующих в канале помех.

Поиск оптимальных путей повышения качества работы систем в условиях действия электромагнитных помех должен осуществляться в двух основных направлениях:

- повышения помехозащищёности и помехоустойчивости систем радиотехники и связи;

- снижения энергии помех в их источниках и среде распространения.

В общем случае должно быть найдено комплексное решение в виде совокупности технически обоснованных и экономически целесообразных мероприятий как по повышению помехоустойчивости систем, так и улучшению по-меховой обстановки на объекте.

Среди помех различной природы особое место занимают индустриальные помехи. В большинстве случаев причиной их возникновения являются резкие изменения напряжений и токов в сети электропитания. При этом поме-ховая обстановка в сети электропитания не только отражает общую электромагнитную обстановку (ЭМО) на объекте, но и в большинстве случаев определяет её. Сказанное обуславливает необходимость измерения помех в сетях электропитания и использование результатов измерения для последующей оценки качества работы цифровых устройств (ЦУ).

В настоящее время достаточно полно отработана методология измерений и испытаний ЭМО на основе методов анализа с применением узкополосного фильтра. Данный метод успешно используется для выбора методов защиты от помех при радиоприеме.

Существует множество путей проникновения импульсных помех в устройства связи (рецептор*). Довольно часто помеха проникает через источник питания, вызывая при этом сбой ЦУ. Длительность данных помех может изменяться в довольно больших пределах: от сотен микросекунд до нескольких наносекунд.

* Под рецептором здесь и далее будем понимать любое техническое устройство, реагирующее на электромагнитный сигнал и (или) на электромагнитную помеху.

Стандартные узкополосные методы и средства измерения импульсных помех позволяют фиксировать помехи с длительностью, лежащей в миллисе-кундном диапазоне.

В последнее время всё большее распространение получают системы интегрального обслуживания и в том числе широкополосные системы, поэтому представляет интерес измерение помех всё более короткой длительности. Для этой цели требуется использование широкополосных методов измерения импульсных помех. Однако широкополосные методы и средства в настоящее время не стандартизованы для применения при исследовании помех сетей электропитания. Широкополосные измерительные приборы серийно не выпускаются. Анализ возможностей существующих несерийных устройств указывает на необходимость совершенствования их характеристик, а также на целесообразность автоматизации процессов измерения и обработки результатов контроля.

Контроль ЭМО является не только самостоятельной задачей, но и необходимым условием решения других вопросов. А именно, контроль ЭМО в первичной сети электропитания может быть использован для оценки вероятности неправильного приёма. Решению вопросов оценки вероятности неправильного приёма Р(Н / ивых) посвящены работы Бородина Л.Ф., Шувалова В.П. Однако в них импульсные помехи представлены в виде одиночной помехи с заданным распределением амплитуд на входе рецептора. При этом не учитывается природа возникновения помехи и влияние на параметры этой помехи характеристик источника питания и среды распространения.

В ситуации, когда на объекте одновременно работают несколько рецепторов, экономически эффективным представляется контроль помеховой обстановки в одной точке первичной сети с последующей оценкой вероятности сбоя для каждого рецептора.

Рассматривая влияние на вероятность сбоя рецептора импульсной поме-

-+

хи сети электропитания, характеризующейся вектором X, следует отметить, что уровень помехи на входе рецептора в этом случае будет зависеть от многих факторов, в частности, от амплитуды, длительности и момента появления помехи в первичной сети.

Для определения вероятности сбоя при действии импульсной помехи

первичной сети Р(Н / X) необходимо пересчитать помеху из первичной сети электропитания во вторичную (найти ишх) и далее, используя

—>

Р(уН / иаых) для известного рецептора, определить Р(Н / X).

При этом параметры помехи могут измеряться в различных точках тракта питания (рис.1), а именно, на выходе блока питания, на его входе или на некотором удалении от точки подключения рецептора в сеть. Результаты контроля, в конечном счёте, следует использовать для определения амплитуды импульсной помехи, поступающей на рецептор.

Контролируя помеху в точке «а», мы имеем возможность определить амплитуды помех, поступающих на все рецепторы, источники которых подключены через точку «а». Соответственно, контролируя параметры помехи в точке «Ь», мы можем пересчитать эту помеху в точку «с». При этом для анализа прохождения помехи, поступающей в точку «а», воспользуемся методом декомпозиции и рассмотрим отдельно участки аЬ и Ьс.

Рассмотренные выше задачи являются актуальными, поскольку способствуют повышению качества работы цифровых широкополосных систем интегрального обслуживания.

Цель диссертации. Разработка комплекса научно-технических решений, обеспечивающих исследование помеховой обстановки в сетях электропитания объектов связи и определение напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания.

Основные задачи:

- разработка методик исследования помех в сетях электропитания объектов связи;

Рис. 1 Точки контроля помех

ГШ - источник помех; БП - блок пптання, р -рецептор; К - устройство контроля; рэс-участок распределительной электрической сети

- разработка и практическая реализация аппаратуры контроля поме-ховой обстановки в сетях электропитания, ориентированной на обеспечение оценки вероятности сбоя в широкополосной цифровой системе;

- разработка математических моделей участка сети и блока питания, позволяющих анализировать процессы распространения импульсных помех в сетях электропитания;

- разработка методов определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории вероятности, математической статистики, машинного моделирования и теории цепей с распределенными параметрами. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных измерительных средств и разработанной диссертантом аппаратуры контроля.

Научная новизна:

- разработана математическая модель блока питания, используемая для оценки степени подавления импульсных помех;

- получены количественные оценки зависимости коэффициента передачи блока питания от длительности импульсных помех;

- разработан алгоритм и программа расчёта на ЭВМ параметров передачи участка электрической сети, представленного симметричной неэкраниро-ванной парой в среде, отличной от идеальной; получены численные значения параметров передачи электрических сетей, выполненных на основе широко используемых силовых проводов типа АППВ; проведены экспериментальные исследования, подтверждающие правильность предложенной модели участка сети;

- получены количественные оценки изменений параметров импульса помехи при прохождении по участку электрической сети;

- предложена методика исследования помеховой обстановки в сетях электропитания объектов;

- предложены методики определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.

Практическая ценность

Разработана модель стандартного блока питания, с помощью которой можно оценить как прохождение импульсных помех из первичной электрической сети переменного напряжения во вторичную сеть питания постоянного напряжения, так и влияние импульсных помех, возникающих в первичной сети электропитания, на работу рецептора.

Разработана программа расчёта параметров передачи силовых проводов и кабелей в широком диапазоне частот с учётом свойств среды прокладки.

Результаты проведённых исследований позволили создать аппаратуру контроля, реализующую предложенную методику контроля помеховой обстановки и обладающую рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами.

Практическая реализация

На основе диссертационной работы осуществлена разработка и внедрение аппаратуры контроля и регистрации помех сети электропитания на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:

Всесоюзной научно-технической конференции "Цифровые системы передачи городских и сельских сетей связи - ЦСП-92"( Новосибирск, 1992 г.);

Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы связи" (Москва, 1989 г.);

Российской научно-технической конференции " Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 1996 г.);

На семинарах кафедр технической электроники и линий связи НЭИС (Новосибирск, 1993-1995 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, результаты работы отражены в двух отчетах по НИР.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертационная работа содержит 189 страниц, из них 32 страницы рисунков, графиков, таблиц, 13 страниц списка литературы, включающего 141 наименование и 35 страниц приложений.

Основные результаты, представляемые к защите:

- Алгоритм и результаты исследования параметров передачи силовых проводов в широком диапазоне частот.

- Модель блока питания и результаты оценки степени подавления импульсных помех.

- Методики и результаты исследования импульсных помех в сетях электропитания.

- Методики определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.

- Аппаратура контроля и регистрации помех сети электропитания.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов.

В первой главе работы проводится анализ современного состояния проблем контроля ЭМО, рассматриваются методы, средства измерения и существующие модели помех.

Работы по исследованию помеховой обстановки на различных объектах ведутся как у нас в стране, так и за рубежом. В частности, вопросы исследования и моделирования характеристик индустриальных помех, в том числе и в электрических сетях, отражены в работах: Гурвича И.С., Певницкого В.П., Полозка Ю.В., Князева А.Д., Корнеева Б.А., Рубцова В.Д., Самуйтиса В.П., Muller A.W., Lubenov Н., Hall H.N., Richter W., Meisen W., Nadenau J., Novickij P.V., Knorring V.C., Parsons I.D. и других.

Анализ работ показывает, что в настоящее время достаточно полно отработана методология измерений и испытаний в области ЭМС РЭС на основе узкополосных методов. Определена терминология, сформулированы технические требования к средствам измерений и испытаний, обеспечен серийный выпуск приборов, реализующих требования ГОСТов.

С использованием данных методик и приборов многими авторами были проведены исследования электромагнитной обстановки на различных объектах и предложены модели помех различной природы, которые и анализируются в первой главе.

Анализ результатов исследований показывает, что длительности импульсных помех в сетях электропитания лежат в диапазоне микро- и наносекунд. Таким образом, измерители должны обеспечивать регистрацию одиночных и редко повторяющихся процессов малой длительности, что не может быть обеспечено с использованием узкополосных методов, поскольку при этом узкополосные измерители имеют недопустимо высокую методическую погрешность. Это заставляет искать новые методы исследований и создавать новые типы измерительных средств. Наиболее приемлемыми в данных условиях являются широкополосные методы измерений.

Следует отметить, что в настоящее время широкополосные методы для применения в области ЭМС не стандартизованы, а соответствующие широкополосные приборы промышленностью серийно не выпускаются. Однако существуют отдельные разработки измерительных и испытательных средств, с помощью которых проводились исследования характеристик помех и помехозащищённости аппаратуры. Проведенный анализ возможностей существующих средств измерения указывает на необходимость их совершенствования, обеспечения автоматизации процесса измерения и обработки результатов.

В конце первой главы приводятся выводы по результатам анализа и формулируются цели и задачи дальнейших исследований.

Опубликованные результаты исследований помех, проведенные отдельными авторами на основе широкополосных методов, во многих случаях касаются только отдельных аспектов. Недостаток информации о методиках и условиях измерений не дает возможности сравнения и обобщения результатов исследований.

Недостаточное количество работ посвящено моделированию процессов распространения импульсных помех по сетям электропитания и их влиянию на цифровые системы. В существующих работах используются модели электросетей, не учитывающие частотных зависимостей параметров передачи, что приводит к погрешностям при определении амплитуды импульсов на входе источника питания. Не рассматриваются вопросы прохождения импульсных помех через источник питания.

Для оценки вероятности сбоя рецептора при действии импульсных помех, поступающих через цепи питания, необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методики исследования помеховой обстановки в сетях электропитания.

2. Разработать широкополосную аппаратуру контроля помех в сетях электропитания.

3. Провести моделирование процессов распространения импульсных помех на участках распределительной электрической сети и блока питания, с целью использования результатов анализа помеховой обстановки для определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор.

Во второй главе рассматриваются параметры передачи распределительных электрических сетей в широком диапазоне частот.

Вопросам, связанным с теоретическим анализом распространения ИП по сетям электропитания, посвящено много работ, в частности, Кечиева JI.H., Князева А.Д., Петрова Б.В., Сивозамезова H.A., Хорошуна В.В. Наибольший вклад в решение этих задач внёс Гурвич И.С. Однако в этих работах используются довольно упрощённые модели. Так, в работах Гурвича учёт параметров передачи среды сводится к учёту только затухания, которое полагается постоянным во всей полосе частот. Однако такой подход не учитывает того, что:

1. Импульсные помехи являются широкополосными процессами.

2. Различие помех по амплитуде, длительности и форме обуславливает различие их частотных спектров.

3. Параметры передачи среды распространения зависят от частоты.

Поэтому даже при одинаковой исходной амплитуде разные по длительности и форме помехи будут испытывать разные изменения при прохождении одного и того же расстояния по одной сети.

В большинстве случаев электрическая сеть представляет собой симметричную неэкранированную пару, расположенную в некоторой среде. Для данной модели была разработана программа расчёта параметров передачи на ПЭВМ. Исходными данными являются геометрические размеры и характеристики материалов.

Расчёт параметров передачи проводится по известным в теории цепей с распределёнными параметрами выражениям, но при расчёте сопротивления и индуктивности на переменном токе встретились некоторые затруднения. В известной литературе расчёт R и L проводится с использованием табулированных функций F,G,H и Q. Табулированное представление неудобно при использовании ЭВМ, поэтому в данной работе проводятся вычисления данных функций через модифицированные функции Бесселя [2,5].

В результате расчёта получены первичные и вторичные параметры передачи среды.

Расчёты проведены для участка сети, выполненного проводом типа АППВ-2х4. Сравнение с экспериментальными данными показывают достаточно высокую степень совпадения (максимальная погрешность для вторич-

q мСм ' ки

2,0

1,6 1,2 0,8 0,4 |

с,Ж' 'км 2,3'

2,1 -

1,9 ■

1,7 "

0,02

0,04

0.05

0,08

Рис.2 График зависимости параметров передачи от tg6 среды

ных параметров не превышает 15%). Данные исследования были выполнены для воздушной среды еср= 1 и tg(5cp)= 0.

На практике силовые провода чаще всего располагаются в некоторой среде, отличной от воздуха. Удобной в данной ситуации представляется количественная оценка зависимостей параметров передачи от параметров среды. Учёт среды осуществлялся через еср и tg(8cp).

Некоторые результаты расчёта, полученные с помощью разработанной программы, представлены на рисунках 2 и 3.

Использование предложенной модели среды распространения помех позволяет уточнить ранее предложенные модели. Полученные результаты могут быть полезны как при анализе условий распространения ИП, так и при рассмотрении вопросов организации передачи информации по распределительным сетям.

В третьей главе рассматриваются вопросы моделирования процессов распространения импульсных помех по участку сети. При решении задачи моделирования рассматривался участок сети, содержащий источник импульсных помех, электрическую линию и блок питания аппаратуры.

Импульсные помехи различной формы и длительности в диапазоне от 0,5 до 100 мкс поступают на вход участка распределительной электрической сети, который заканчивается блоком питания.

Получены значения амплитуды помехи на входе блока питания в зависимости от формы ИП и её длительности, для участка сети различной длины, с использованием дискретного преобразования Фурье. Предложен адаптивный метод определения длительности ИП, позволяющий обеспечить приемлемый разброс амплитуд на входе блока питания.

В целом проведённая оценка показала, что при длинах участка до 1 км линия электропитания является благоприятной средой для распространения импульсных помех. В данной ситуации основной преградой на пути проникновения помех в систему связи является блок питания. Таким образом, целесообразно получить численные значения величин отражающих способность блоков питания бороться с указанными помехами.

Для получения численной оценки рассматривался низкочастотный блок питания, состоящий из трансформатора, двухполупериодного выпрямителя, ёмкости и стабилизатора напряжения.

Анализ прохождения импульсных помех проводился при помощи системы схемотехнического моделирования 'Терке 5.1".

На вход схемы подавалась аддитивная смесь напряжений промышленной частоты и импульсных помех, которые моделировались импульсами прямоугольной формы различной амплитуды с длительностями, лежащими в диапазоне 0.5 -100 мкс.

В работе показано, что принципиальное значение для решения данной задачи имеет модель электролитической ёмкости, устанавливаемой после

двухполупериодного выпрямителя. При моделировании данной емкости необходимо учитывать тангенс угла потерь 5 ), который определяет сопротивление потерь. Если сопротивление потерь отлично от нуля, то это приводит к появлению импульсных помех в нагрузке. В диссертационной работе путём моделирования определена зависимость амплитуды помехи в нагрузке от сопротивления потерь.

Исследовалось также влияние высокочастотной емкости на подавление импульсных помех. При этом изменялось место включения емкости. Получены значения коэффициентов ослабления амплитуды импульсных помех в зависимости от величины и места установки ВЧ- емкости.

В результате моделирования, учитывающего все рассмотренные факторы, получена зависимость коэффициента ослабления импульсных помех от их длительности. Данная зависимость, для случая, когда помеха поступает на интервале времени заряда емкости, представлена на рис.4.

В общем случае помеха может появиться в любом промежутке времени. Так, если импульс помехи приходит во время разряда ёмкости, то его амплитуда дополнительно уменьшается на величину, определяемую формулой

АС/ =

ип

где Ь - относительное значение напряжения, до которого происходит разряд ёмкости.

При этом, если

иип 2 А IIип , то помеха полностью подавляется.

Данные рассуждения справедливы для помех, полярность которых совпадает с полярностью сетевого напряжения в момент их действия. В противном случае помехи испытывают ещё большие затухания на данном участке схемы.

ехр

2?г/1п (Ь) 1,агссо5(- Ъ)

- СОБ

(2*/01

17.

(1)

Рис. 4 Зависимость коэффициента ослабления от длительности ипульса помехи

ПЕ (3)

Таким образом, исходя из анализа результатов, амплитуду импульсной помехи на выходе блока питания можно представить следующей математической моделью:

.„„„ (1С-ДЦ0) (гс-Аг/(0)Ч'.)*Л'.)

я, " ' (2)

где П^и) ~ коэффициент передачи трансформатора;

Кф^«) - коэффициент передачи фильтра, обусловленный действием

ёмкостей;

- коэффициент стабилизации. В рассматриваемом случае коэффициент ослабления 1с

Применение данной модели даёт возможность пересчёта распределений помеховых процессов из первичной электрической сети переменного напряжения во вторичную сеть питания постоянного напряжения.

Полученные передаточные характеристики позволили провести оценку требуемой широкополосности измерителей импульсных помех в сетях электропитания для заданного порога помехоустойчивости рецептора.

Четвертая глава работы посвящена разработке методик контроля импульсных помех в сетях электропитания и оценке их влияния на вероятность сбоя рецептора.

В общем случае качество работы рецептора зависит от многих факторов

и может оцениваться для цифрового устройства вероятностью неправильного

-» -»

приёма (//) при действии вектора помехи Х- Р(Н / X). В данной работе в качестве основного влияющего фактора рассматриваются импульсные помехи

сети питания. При этом вектор X в общем случае характеризуется амплитудой, длительностью и моментом появления импульса помехи. Для определения вероятности сбоя необходимо контролировать импульсные помехи сети электропитания. Далее в главе предлагается соответствующая методика контроля.

Измерения проводятся в течение некоторого времени. Каждая помеха описывается совокупностью первичных параметров: амплитудой, длительностью и временем появления. За время анализа формируется исходный массив размерностью Зх№ Далее определяются необходимые параметры и характеристики потоков помех.

При определении порогов помехоустойчивости рецептора предлагается анализ вторичных параметров: площади импульса и средней скорости нарастания фронта. Выбор данных параметров обусловлен особенностями влияния помех на аппаратуру, что обосновывается в работе.

Затем предлагается методика оценки влияния импульсных помех первичной сети питания на вероятность сбоя рецептора.

Предположим, что для некоторого рецептора известна зависимость вероятности сбоя от амплитуды импульса во вторичной сети питания Р(Н / ивъ,х ). Таким образом, зная амплитуду помехи на входе источника питания, необходимо определить 11вых и далее условную вероятность неправильного приема Р(Н I иех). Пусть в первичной сети зафиксирована помеха, ха-

->

растеризующаяся вектором X.

Тогда полученная в третьей главе математическая модель блока питания позволяет представить Ь'вых поверхностью в пространстве «амплитуда - длительность - момент появления» (рис.5). Аналитически указанную поверхность можно представить выражением:

Анализируя данную поверхность, можно получить необходимые вероятностные характеристики для различных вариантов контроля.

тик, о=

и^-АиипЦ)

(4)

Для случая, когда контролируется только амплитуда импульса в первичной сети Шх, а длительность задана функцией распределения плотности вероятности р(Ш), для определения условной вероятности превышения заданного уровня на выходе блока питания необходимо выполнить сечение поверхности плоскостью

и..„ = и.

и спроецировать ре-

Рис. 5 Поверхность амплитуд импульсных помех на выходе блока питания

еых пор

зультат в плоскость «длительность - момент появления».

Затем необходимо найти объём фигуры, ограниченной снизу плоскостью «длительность-момент появления», а сверху - поверхностью р(й1). При этом объём цилиндрической фигуры определяется выражением

Т1Г

К = | \рИЖ<ь> (5)

о о

где Т - половина периода сетевого напряжения.

Далее определяется Ух - объём фигуры, ограниченной той же поверхностью, но в основании которой лежит проекция сечения исходной поверхности плоскостью ивых = ипо? (рис.6). Таким образом, необходимо вычислить двойной интеграл по проекции сечения

К =

(6)

5

В данном случае функцию распределения необходимо модифицировать следующим образом:

р'ю=

\p(tu), если tu<f\t) О, ecnutu>f\t)

(7)

Функция у (f) описывает сечение и определена выражением

f{t) =

cU

ивх -{ехр{аср t) -\cos{(pt)\}Um_

(8)

где а, С и (р определяются параметрами блока питания и частотой сетевого напряжения.

Вероятность превышения порога в данном случае определится выражением

Р(ивых>их/ивх)=\-

К к

(9)

Если длительности импульсов помех имеют равномерное распределение, то есть p(tn) = const, то после вычисления проекции сечения операции с объёмами можно заменить операциями с площадями.

Иными словами, необходимо вычислить площадь проекции сечения на плоскость «длительность - время появления» Sx на участках, где

U}10р > Uх . Затем - общую площадь проекции поверхности на плоскость

«длительность - время появления» с учётом ограничений - So.

Вероятность превышения порога U в данном случае определится выражением

P(UJU„p) = l-^. (10)

о

Если наряду с амплитудой известна и длительность входной помехи, то для получения распределения амплитуд на выходе необходимо предварительно сделать сечение поверхности плоскостью to = const. Затем в полученной плоскости сечения необходимо провести прямую и"ых ~ ^х • ®ид сечения

представлен на рис.7. Спроецируем точки пересечения прямой и линии, полученной в сечении поверхности, на ось моментов времени.

Отношение суммы отрезков проекций, на которых справедливо неравенство Ugbix > Uх , к периоду поверхности даст вероятность превышения заданного уровня при известных амплитуде и длительности входной помехи.

Заданному уровню на выходе блока питания будет соответствовать определённая пороговая поверхность импульсных помех первичной сети.

Выражение для данной поверхности запишется следующим образом:

ULp(tu,t) = Unovn^{tu) + AU{t), (11)

где U\0p - пороговое значение амплитуды импульса помехи при заданных значениях длительности и момента появления. Вид пороговой поверхности представлен на рис.8.

Точки, принадлежащие поверхности, имеют смысл минимальных амплитуд импульсов первичной сети для различных длительностей и моментов появления, при действии которых установленный уровень Unrjp будет превышен.

Данная поверхность также позволяет получить необходимые вероятностные характеристики.

Далее в главе для различных вариантов контроля определяются следующие характеристики:

1. Вероятность превышения выходного уровня для импульсных помех различной амплитуды в первичной сети.

2. Вероятность полного подавления помехи при различной амплитуде помехи на входе.

3. Вероятность превышения различных выходных уровней помехой с фиксированной амплитудой на входе.

4. Дифференциальная плотность распределения амплитуды помехи на выходе при фиксированной амплитуде на входе.

Условная вероятность неправильного приема может быть определена по формуле

00

Р(Н/Х) = ¡Р(Н/иеых)р(иеых/Х) dUSb,x, (12)

о

где p(Ueblx / X) - условная дифференциальная плотность распределения вероятности амплитуды помехи на выходе при действии в первичной сети

помехи

X.

Используя найденные значения Р{Н / X), можно реализовать разные алгоритмы обработки сигналов в рецепторе, которые рассмотрены в работах Бородина Л.Ф., Шувалова В.П., D. Chase, Н. Ohnsorge и др.

Как видно из вышеизложенного, для оценки условной вероятности неправильного приёма (сбоя), что является в большинстве случаев нашей конечной целью, мы можем фиксировать помехи в первичной или во вторичной сети электропитания.

1 мВ /

\ к-

1 \ I \ / 1

1 1 ы К/ 1 1

0 2 4 6 8 '>мс

Рис. 7 Сечение поверхности по длительности импульса

Однако в случаях, ес-

ли на рассматриваемом объекте работает несколько рецепторов с известными порогами помехоустойчивости, то экономически не целесообразно контролировать напряжение помех на выходе каждого из источников питания для прогноза качества работы рецепторов и управления оперативным

Рис.8 Пороговая поверхность

изменением режимов работы. Более выгодно контролировать помеховую обстановку в одной точке первичной сети объекта и формировать оценку для каждого рецептора с учётом способности блоков питания подавлять помеху. В этой связи и приобретает актуальность задача пересчёта помех из первичной сети во вторичную.

При этом для случаев, когда нас интересует превышение вероятностью -»

Р(Н/Х) заданного порога, следует построить соответствующие поверхности, используя которые можно найти как Р(Н/11вых)>А, так и

В приложениях рассматриваются вопросы построения аппаратуры контроля помех в сетях электропитания, анализируются результаты исследования помех в сетях электропитания отдельных объектов. В частности:

- предлагается алгоритм контроля импульсных помех и рассматривается построение основных блоков устройства контроля на уровне структурных схем. В разработке использован ключ, схема которого защищена авторским свидетельством.

- проводится анализ результатов исследований, выполненных на основе разработанных методики и аппаратуры контроля. Получены плотности распределения амплитуд, длительностей и средних частот следования импульсных помех для рассматриваемых объектов.

Представлены:

Р(Н! ивх) > Я.

- программа расчёта параметров передачи силовых проводов;

- программа анализа прохождения импульсных помех по участку сети;

- программа расчёта вероятности превышения установленного выходного порога помехой с различной амплитудой на входе;

- программы обработки результатов измерений импульсных помех.

В процессе проведения данной работы получены следующие основные результаты:

1.Получена модель участка распределительной электрической сети, выполненной силовыми проводами или кабелями, представляющими собой симметричную неэкранированную пару, расположенную в некоторой среде. Разработана программа расчёта для ПЭВМ, которая позволяет получить зависимости параметров передачи сети от геометрических размеров, характеристик материалов и частоты. Проведены исследования параметров передачи участка сети, выполненного силовым проводом типа АППВ-2х4. Получены зависимости параметров передачи от частоты в диапазоне до 2 МГц и от параметров среды прокладки. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие точность модели участка сети. Проведено моделирование прохождения импульсных сигналов по участку сети и получены численные значения амплитудно-временных характеристик импульсов при различных длинах участка.

2.Разработана модель блока питания, которая даёт возможность оценить параметры импульсных помех, поступающих из распределительной электрической сети, на выходе блока.

3.Предложена методика проведения исследования помеховой обстановки в сетях электропитания объектов связи и разработана аппаратура контроля и регистрации, обеспечивающая проведение исследований в соответствии с методикой.

4.Проведены экспериментальные исследования и получены характеристики импульсных помех сетей питания на отдельных объектах.

5.Разработаны методика определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания и методика оценки вероятности сбоя рецептора.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Игнатов А.Н., Мелентьев О.Г. Унифицированная аппаратура автоматического допускового контроля уровней сигналов звукового вещания //Радиотехника. -1994,- №1.- С. 19-20.

2. Алексеенко А.Л., Игнатов А.Н., Мелентьев О.Г. Исследование частотных свойств распределительных электрических сетей // Радиотехника. -1994.-№2.-С. 33-34.

3. Мелентьев О.Г. Математическая модель блока питания для оценки подавления импульсных помех. /Сиб. гос. акад. телекоммуникаций и информатики. - Новосибирск. 1997,- 19с.: ил.- Библиогр.: 6 назв. - (Рукопись деп. в ВИНИТИ № 2381-В97 от 14.07.97).

4. Мелентьев О.Г. Аппаратура контроля и регистрации длительных и импульсных помех сети электропитания //Цифровые системы передачи городских и сельских сетей связи - ЦСП-92: Тез. докл на всесоюз. науч.-техн. конф. -Новосибирск, 1992.- С. 43.

5. Мелентьев О.Г., Алексеенко А.Л. Исследование параметров передачи силовых проводов в широком диапазоне частот // Цифровые системы передачи городских и сельских сетей связи - ЦСП-92 :Тез. докл. на всесоюз. науч.-техн.конф,- Новосибирск, 1992.- С. 44.

6. Игнатов А.Н., Мелентьев О.Г. Разработка методики и аппаратуры контроля помеховой обстановки // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тез. докл. на российской науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1996.- С. 31.

7. Мелентьев О.Г. Методика статистической оценки влияния помех на системы передачи и обработки информации // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тез. докл. на российской науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1996.-С. 36-37.

8. Авторское свидетельство 1560067 (СССР). Электронный ключ /Игнатов А.Н., Мелентьев О.Г., Мартюхин К.В. и др. Опуб. в Б.И., 1990 , №21

9. Мелентьев О.Г., Топтыгин Ю.С. Цифровое устройство контроля уровней сигналов // Тез. докл. на всесоюз. науч.-техн. конф. "Проблемы связи".-М.,1989,- С.61.

Личное участие. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично. В основных печатных работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежат следующие результаты:

В работе [1] соискателю принадлежит разработка структурных и принципиальных схем блоков контроля превышения и занижения уровней.

В работе [2] соискателю принадлежат: постановка задачи; вывод формул; моделирование на ЭВМ; проведение натурного эксперимента; обработка экспериментальных данных.

В работе [5] соискателю принадлежат: вывод формул; моделирование на ЭВМ; проведение натурного эксперимента; обработка экспериментальных данных.

В работе [6] соискателю принадлежат: разработка методики анализа помех; разработка структурных и принципиальных схем блоков контроля.

Лицензия №020475, октябрь 1992 г, подписано в печать формат бумаги 62x84 1/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10, заказ № 161, тираж -100. Типография СибГАТИ 630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86.