автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.07, диссертация на тему:Синтез алгоритмов и моделей аналого-цифровых преобразований в системах телеметрического контроля ракетно-космической техники

4851667

Куц Александр Валентинович

СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.07.07 - Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2011

4851667

Работа выполнена в Пензенской государственной технологической академии на кафедре "Информационные технологии и системы".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Михеев Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кардяшевич Алексей Петрович

Ведущая организация: ОАО «НИИ физических измерений», г. Пенза.

Защита диссертации состоится СРЖ^^&О 11 года в " часов на заседании диссертационного совета ДС403.003.01 при ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева" по адресу: Московская обл. г.Юбилейный, ул. М.К. Тихон-равова 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке "НИИ космических систем им. A.A. Максимова" - филиале ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева".

Автореферат разослан " Jcl " ЩйМ 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор --- Чаплинский B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Актуальной задачей построения систем телеметрического контроля (СТК) летных и эксплуатационно-технических характеристик летательных аппаратов (ЛА) в условиях испытаний и в процессе эксплуатации является повышение эффективности СТК за счет повышения точности измеряемых параметров и быстродействия в процессе преобразования сигналов от датчиков физических величин. Существенной проблемой для СТК ЛА является ограничения на объем передаваемых данных, вес, габариты и энергопотребление, что существенно снижает возможности СТК по передаче больших объемов телеметрируемых параметров от преобразователей различных физических величин.

Решение обозначенной задачи связанно с проблемами повышения эффективности применения, расширения возможностей СТК, использующих в процессе своего функционирования явления различной физической природы вследствие большого числа контролируемых параметров (в среднем более 1500 для ЛА и в несколько раз больше для наземных комплексов (НК)). Для эффективной работы с такими данными необходимы унифицированный преобразователь физической величины, устройство первичной обработки данных и устройство передачи данных.

Учитывая существующую ограниченность вычислительных ресурсов, особенно в ЛА, реализация СТК целесообразна на основе обобщенных структур первичного сбора и обработки информации, так называемых, интеллектуальных датчиков (ИД) - устройств, объединяющих в единое целое датчик физической величины, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и устройство сопряжения с каналом связи. Дальнейшее повышение точности и быстродействия СТК связано с реализацией следующих требований к ИД:

- адаптивность - изменение соотношения "точность — быстродействие" по команде или по оперативной информации, получаемой в ходе взаимодействия с объектом;

- конструктивность - реализация алгоритмов аналого-цифрового преобразования и адаптации должна быть простой и сводиться к выполнению сравнительно небольшого числа арифметических операций (желательно только сложения и вычитания);

- универсальность - реализация алгоритмов аналого-цифрового преобразования и адаптации должна быть применима к широкому классу объектов разнообразной физической природы (унификация), допускать локальное, распределенное и децентрализованное использование как в наземных, так и в бортовых комплексах;

- эффективность — небольшое время адаптации (желательно в пределах одного такта преобразования АЦП); методы, используемые для принятия решений, должны находиться в рамках хорошо изученных и широко применяемых методов диагностики сложных технических объектов (например, спектрального анализа).

Учитывая большие потоки информации в СТК и сложность ее обработки для своевременного принятия решений по предотвращению сбоев и аварийных ситуа-

ций, актуальной является задача оптимизации потоков информации при автоматизированном принятии решений, которую можно решить путем интеграции в датчике физической величины функций аналого-цифрового преобразования, первичной обработки данных и сопряжения датчика с каналом передачи данных.

На основе анализа обобщенных структур СТК и потоков данных выявлено, что наиболее целесообразно повышение эффективности СТК ракетно-космической техники (РКТ), в том числе НК, стартового оборудования и JIA, за счет применения алгоритмов аналого-цифрового преобразования. В диссертационной работе рассматриваются пути повышения эффективности СТК РКТ за счет повышения быстродействия и точности разработанных алгоритмов и моделей интегрирующих АЦП (ИАЦП), которые обладают рядом преимуществ по сравнению с АЦП мгновенных значений, применяемых в используемых СТК РКТ. Например, при обеспечении синхронного управления двумя однородными объектами с разрешением в 16 двоичных разрядов информацию о рассогласовании получают путем реализации фазочувствительного детектирования (с погрешностью по фазе 0,1%) сигнала частотой 20 кГц. Для этого необходимо обеспечить частоту дискретизации АЦП мгновенных значений порядка 20 - 25 МГц, что формирует информационный поток порядка 40 Мбайт/с. Для решения той же задачи с использованием ИАЦП достаточно осуществлять дискретизацию с частотой 40 кГц, что формирует информационный поток 0,2 Мбайт/с. Аналогично при использовании ИАЦП происходит улучшение фильтрующих свойств к широкополосным внешним помехам со сплошным спектром, к внутренним помехам (собственным шумам элементов схемы), высокое фазочувствительное детектирование сигналов переменного тока, придание интегрирующему преобразователю свойств высококачественных фильтров нижних частот и полосовых фильтров. Это позволяет повысить метрологические характеристики ИД за счет ликвидации протяженных линий связи между датчиком и АЦП, уменьшить нагрузку на каналы связи и высвободить вычислительные ресурсы за счет выполнения микропроцессором операций, связанных с калибровкой и учетом влияния параметров внешней среды на характеристики ИД. В рамках структуры ИД только алгоритм аналого-цифрового преобразования обладает определенной гибкостью, поскольку датчик и устройство сопряжения жестко связанны с видом физической величины и канала связи, соответственно.

Диссертационная работа посвящена повышению эффективности СТК РКТ за счет совершенствования алгоритмов и моделей аналого-цифровых преобразований с учетом приведенных требований.

Существуют два принципиально различных метода аналого-цифрового преобразования: по мгновенным и по интегральным значениям. Преимущество ИАЦП в плане подавления периодических внешних помех общеизвестно. Кроме того, можно обеспечить необходимый уровень фильтрующих свойств по отношению к внутренним помехам (собственным шумам элементов схемы). Реализация этих свойств достигается применением простых весовых функций (ВФ). Реализация этих же возможностей в АЦП мгновенных значений требует существенно больших программно-аппаратных затрат. Современные прецизионные ИАЦП (разрешением 24

и выше двоичных разрядов с частотой дискретизации до 100 кГц) разработаны на основе метода интегрирующего преобразования - ЕД-преобразования.

Анализ современных прецизионных ИАЦП показал, что высокие метрологические характеристики достигаются за счет увеличения порядка интегрирования (введением в структуру ИАЦП дополнительных интегрирующих звеньев), использования во внутренней структуре многоразрядных АЦП и ЦАП и усложнения цифровой обработки, что приводит к увеличению потребляемой мощности. Например, потребляемая мощность микросхемы AD7740 (ЕД-АЦП без цифровых фильтров) 3 мВт, AD7762 (ЕД-АЦП с цифровым КИХ-фильтром) 958 мВт. Реализация адаптивных алгоритмов потребует еще большего увеличения потребляемой мощности, что критично для бортовой аппаратуры JIA.

Важно отметить, что применение интеграторов третьего и более высокого порядков характеризуется возможностью возникновения неустойчивого состояния ИАЦП. Очевидно, использование подобных структур недопустимо в СТК РКТ по критерию надежности и эффективности эксплуатации.

Разработка единой структуры АЦП в рамках одного метода преобразования, позволяющей простым изменением режимов управления закрыть весь спектр преобразуемых величин, дает очевидные преимущества. Например, повышение надежности бортовой аппаратуры J1A может быть достигнуто не только за счет резервирования, а использованием в данный момент менее функционально значимого АЦП. Это снижает энергопотребление, экономит вычислительные ресурсы, повышает однородность информационной структуры СТК и позволяет использовать единую методику метрологической аттестации измерительной части СТК РКТ.

Выявленные противоречия между применяемыми на сегодняшний день в СТК РКТ алгоритмами ИАЦП и современными требованиями к надежности, быстродействию, точности СТК в значительной мере сдерживают их совершенствование. Для устранения этих противоречий необходимо синтезировать новые алгоритмы и модели интегрирующих аналого-цифровых преобразований; причем их реализация должна обеспечивать необходимую надежность функционирования и минимально возможное энергопотребление, а, следовательно, структура ИАЦП должна состоять из одного интегратора, одного компаратора, одного одноразрядного ЦАП, а цифровая обработка - из сравнительно небольшого количества операций сложения и вычитания.

Целью данной работы является повышение эффективности функционирования СТК РКТ по показателям точности, быстродействия, унификации и надежности при сохранении помехоустойчивости.

Объект и предмет исследования. Объектом научного исследования являются СТК РКТ; предметом исследования - алгоритмы и модели аналого-цифровых преобразований для создания прецизионных ИАЦП.

Научная задача: разработка алгоритмов и моделей прецизионных интегрирующих аналого-цифровых преобразований для СТК РКТ.

При проведении исследований были конкретизированы следующие основные подзадачи:

- провести анализ современного состояния и перспектив развития прецизионных алгоритмов интегрирующих аналого-цифровых преобразований с целью определения наиболее перспективных путей повышения эффективности СТК РКТ за счет метрологических и технических характеристик ИД;

- разработать прецизионный алгоритм ЕД-преобразования, обеспечивающий существенное снижение основных методических погрешностей;

- разработать прецизионный алгоритм интегрирующего аналого-цифрового преобразования на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), обеспечивающий минимизацию длительности переходного процесса;

- синтезировать на основе адаптивных методов алгоритм цифровой обработки результатов аналого-цифрового преобразования;

- разработать структурные решения ИАЦП, обеспечивающие минимизацию влияния различных составляющих инструментальной погрешности при реализации метода весового интегрирования.

Направление исследований и разработок. Исследование прецизионных алгоритмов и моделей аналого-цифрового преобразования; разработка информационно-измерительных систем и специальной измерительной аппаратуры в части применения новых алгоритмов преобразования входной величины в прецизионных ИАЦП для СТК РКТ; проведение испытаний и контроля параметров СТК РКТ. Разработки в рамках диссертационной работы направлены на повышение эффективности СТК, используемых в процессе испытаний, эксплуатации и восстановления РКТ за счет применения предложенных алгоритмов и моделей прецизионных аналого-цифровых преобразований.

Методы исследований базируются на использовании положений теории автоматического регулирования и управления, цифровой обработки и спектрального анализа сигналов в частотной и временной областях. При исследованиях применены математический аппарат интегрального и дифференциального исчисления, аппарат преобразований Лапласа и элементы численного анализа и математической обработки результатов экспериментов. Разработка и исследование математических моделей проводилась в среде MatLab; имитационных моделей - в САПР OrCAD.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Прецизионный алгоритм ХД-преобразования сигналов, позволяющий минимизировать погрешность квантования известного алгоритма ЕД-АЦП при сохранении быстродействия.

2. Прецизионный алгоритм преобразования сигналов на основе ШИМ, позволяющий минимизировать переходной процесс до одного такта преобразования.

3. Алгоритм адаптивной цифровой обработки результатов преобразования входного аналогового сигнала для 2 А-А ЦП с адаптивной временной дискретизацией, позволяющий повысить быстродействие при сохранении точности результатов преобразования.

4. Математические модели ИАЦП СТК РКТ в виде аналитических выражений, определяющих длительность переходного процесса в прецизионных алгоритмах ИАЦП на основе ШИМ.

Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечивается аргументированным выбором математического аппарата, основных допущений и ограничений, совпадением результатов математического и имитационного моделирования с известными теоретическими и практическими достижениями в области прецизионных аналого-цифровых преобразователей и положительными результатами внедрения, подтвержденными актом и справкой об использовании и патентом на способ интегрирующего преобразования.

Научная новизна полученных результатов:

1. Прецизионный алгоритм ЕД-преобразования отличается от известного алгоритма управлением опорным напряжением и тактовой частотой, что позволило минимизировать погрешность квантования.

2. Прецизионный алгоритм преобразования сигналов на основе ШИМ, обеспечивающий длительность переходного процесса не более одного такта преобразования, отличается от известного использованием двух дополнительных развертывающих функций.

3. Синтезированный алгоритм адаптивной цифровой обработки результатов £Д-преобразования, обеспечивающий в реальном масштабе времени формирование результата по совокупному критерию "точность - быстродействие", отличается от известных алгоритмов цифровой обработки использованием принципа адаптивной временной дискретизации.

4. Математические модели ИАЦП в виде аналитических выражений, позволяющих проводить оценку СТК РКТ по критерию "точность - быстродействие" и определяющих длительность переходного процесса в прецизионных алгоритмах ИАЦП на основе ШИМ, отличаются от известной математической модели учетом неидентичности постоянных времени интеграторов, что позволяет определить требуемый для достижения заданной погрешности интервал времени.

Практическая ценность результатов:

1. Математические и имитационные модели прецизионного алгоритма £Д-преобразования позволяют реализовать в интеллектуальном датчике СТК РКТ ИАЦП прецизионной точности, имеющий следующие характеристики: высокую надежность работы (достигается за счет исключения режима перегрузки компаратора); минимальное энергопотребление (достигается за счет минимизации структуры аналоговой (один интегратор, один компаратор, один одноразрядный ЦАП) и цифровой частей преобразователя); наличие возможности простого адаптивного управления совокупным критерием "точность - быстродействие" на основе логической операции сравнения.

2. Математические и имитационные модели прецизионных алгоритмов ИАЦП на основе ШИМ позволяют снизить длительность переходного процесса с помощью простых схемотехнических решений.

3. Разработанные математические и имитационные модели новых структурных решений тракта аналого-цифрового преобразования ИД для СТК РКТ позволяют реализовать потенциальные возможности метода весового интегрирования путем снижения влияния шумов элементной базы ИАЦП на результат преобразо-

вания с точностью до используемой меры времени или до уровня неидентичности параметров двух операционных усилителей, реализованных на одном кристалле.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждены на следующих научно-технических конференциях: международном симпозиуме "Надежность и качество" (г. Пенза, 2009 г.); международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" (г. Пенза, 2005 г. - 2011 г.); IV межцународной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании, науке и производстве" (г. Серпухов, Моск. обл., 2010г.), III Всероссийской научно-технической конференции "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов" (г. Пенза, 2005 г.); Всероссийской научной конференции "Проблемы развития качества специальной связи и специального информационного обеспечения государственного управления России" (г. Орел, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ. Из них 5 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК. Получены патенты РФ: № 2380660-Способ повышения точности проверки расходомера, № 2396570 -Способ интегрирующего преобразования сигналов низкого уровня в разность интервалов времени.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 90 наименований, четырех приложений. Объем основной части работы: 169 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния и перспектив развития способов интегрирующего аналого-цифрового преобразования, обоснованы цели и определены конкретные задачи исследования.

Сущность интегрирующего преобразования состоит в формировании циклически изменяющейся развертывающей функции Щх, Х0, /), обеспечивающей заданную форму приращения координаты развертывания t от входной величины * (Ха -опорная величина). В дальнейшем будем считать входной и опорной величинами напряжения Ux и U0, соответственно, и обозначать развертывающую функцию R(t).

Развертывание может осуществляться в координатах линейного и углового перемещения, числовой оси, времени и т.д. Для ИАЦП естественной координатой развертывания является время /, приращение которого наиболее удобно для точного преобразования в цифровую форму.

В этом случае уравнение интегрирующего преобразования может быть записано в двух выражениях:

*(<») - *('.) = 0 и R(tk)~ R(t,) = const, (1)

где tH и tK — координаты начала и конца цикла преобразования.

8

Первое выражение соответствует классическому интегрирующему преобразованию, а второе соответствует методу интегрирующего преобразования с фиксированным приращением развертывающей функции.

Для анализа возможностей совершенствования алгоритмов классических интегрирующих аналого-цифровых преобразований запишем первое из уравнений (1) в развернутом виде:

где gx(t) и ga(t) - весовые функции тракта преобразования входной и опорной величин; хх и т0 - постоянные времени преобразования по входам преобразуемой и опорной величин.

Очевидно, что применением соответствующих ВФ можно придать ИАЦП желаемые динамические свойства, например, улучшить фильтрующие свойства по отношению к внутренним шумам. Эти задачи решаются путем синтеза соответствующих ВФ, причем в силу простоты и точности технической реализации наиболее перспективны ВФ, которые принимают значения ±1 и 0, и ступенчатые ВФ вида 1 2 1, 1 3 3 1.

Задача улучшения фильтрующих свойств ИАЦП по отношению к внутренним шумам является существенно сложнее, чем обеспечение инвариантности к внешним помехам. Это объясняется тем фактом, что спектры шумов и полезного сигнала перекрываются, а для решения указанной задачи необходимо обеспечить различие частотных характеристик трактов прохождения полезного сигнала и шума. При этом к каждому тракту предъявляются требования по преобразованию полезного сигнала с минимальными потерями информации, при этом тракт прохождения шума должен обеспечить максимальное подавление шума. Такая возможность в ИАЦП имеется благодаря пространственному разделению полезного сигнала и шума (они имеют разные точки приложения в тракте преобразования).

Для верификации результатов дальнейших исследований были созданы математические и имитационные модели широко известного ИАЦП, реализующего алгоритм двухтактного интегрирования. При имитационном моделировании использовались следующие PSp/се-модели элементов: прецизионный операционный усилитель (ОУ) AD195, компаратор LM\ 19, управляемые ключи ADG411, логические элементы серии 7ALS. Полученные результаты достаточно точно (в пределах 10 %) совпадают с известными данными об инструментальных погрешностях и степени подавления внутренних и внешних помех с применением указанных весовых функций, причем для исключения погрешности квантования весовые функции были реализованы в аналоговом виде.

и соответствующую характеристику преобразования в виде

-)gß)dt = -^-\gx(.t)Udt

(3)

Аналогичным образом были созданы математические и имитационные модели передовых на сегодняшний день алгоритмов интегрирующего преобразования ХД-АЦП и алгоритмов с ШИМ. Имеющиеся данные о метрологических характеристиках конкретных серийно выпускаемых микросхем и полученные результаты моделирования ГД-АЦП совпали в пределах 10% с паспортными данными на используемые элементы. Аналогично для моделей с ШИМ при таком же подходе совпали результаты математического и имитационного моделирования с теоретическими данными. Было подтверждено, что в ЕД-АЦП основной погрешностью является погрешность квантования, а в ШИМ алгоритмах существует переходной процесс, возникающий из-за неравенства постоянных времени интегрирования основной и вспомогательной развертывающих функций.

Из теории интегрирующего преобразования известно, что все свойства ИАЦП определяются видом развертывающей функции. Поэтому для исследования физической природы возникновения указанных недостатков был проведен анализ развертывающей функции с помощью преобразования Фурье. Наличие низкочастотных составляющих в спектре развертывающей функции означает, что выходной сигнал ЕД-АЦП имеет строгую периодическую структуру, которая уникальна для каждого значения входного напряжения. Таким образом, при бесконечном числе возможных входных напряжений, существует бесконечное число возможных структур выходного кода. Полученные результаты послужили основой для синтеза новых алгоритмов интегрирующих преобразований и алгоритмов адаптивной цифровой обработки.

Проведенный анализ позволил выявить основные тенденции развития ИАЦП. При усовершенствовании известных алгоритмов на существующей элементной базе можно получить более точные результаты преобразования напряжения в интервал времени по сравнению с существующими алгоритмами ИАЦП, что позволяет повысить эффективность СТК РКТ при эксплуатации оборудования и проведении его испытаний. Верификация средств математического и имитационного моделирования позволяет ссылаться и оперировать данными, полученными в ходе моделирования. Исследованы имитационные модели источников сигналов, помех, элементов ИАЦП для синтеза прецизионных алгоритмов ИАЦП и улучшения их метрологических характеристик, что позволило синтезировать имитационные модели ИАЦП, реализующие предложенные алгоритмы аналого-цифрового преобразования и алгоритмы цифровой обработки сигналов в соответствии с современным уровнем развития микроэлектронной техники, расширением круга решаемых задач и процессами системной интеграции СТК РКТ.

Во второй главе для уменьшения размера погрешности квантования £Д-АЦП были синтезированы два алгоритма: первый основан на использовании адаптивной цифровой обработки в рамках известного ЕД-преобразования; второй -на изменении известного алгоритма SA-преобразования.

Современный 2Д-АЦП представляет сложную структуру (рис. 1).

Рисунок 1 - Струюурная схема современных ХЛ-АЦП

Входной усилитель предназначен для согласования с выходными характеристиками датчиков различных физических величин, количество интеграторов определяет степень подавления собственных шумов, разрядность ЦАП определяет значение погрешности квантования, а скремблер обеспечивает необходимую точность цифро-аналогового преобразования и представляет из себя структуру аналогичную по сложности собственно ИД-АЦП. Цифровые фильтры выполняют две основные функции: децимации и подавления (на 100-120 дБ) внешней помехи (прежде всего от силовой сети электропитания).

Поскольку зависимость метрологических характеристик от сложности структурной схемы известна, то в качестве объекта разработки выбран ЕД-АЦП первого порядка: интегратор - один, компаратор - один, ЦАП 1 -разрядный - один, операция цифровой фильтрации - децимация. Временные диаграммы работы ХД-АЦП первого порядка представлены на рис. 2.

Т0 - время дискретизации; Тп - интервал времени преобразования; - момент времени начала преобразования; (к - момент времени окончания преобразования; 1!х - входное напряжение; £/0 - опорное напряжение. Рисунок 2 - Временные диаграммы работы ЕД-АЦП

В соответствии с алгоритмом всякий раз, когда выходное напряжение интегратора пересекает нулевой уровень, происходит переключение полярности опорного напряжения в первый после срабатывания компаратора тактируемый момент времени Т0. Эти моменты на временных диаграммах показаны пунктирными вертикальными прямыми линиями.

Рассмотрим случай усреднения 16 выборок на выходе компаратора четырехразрядного ЕД-АЦП. Битовые комбинации входных сигналов размером 8/16 на выходе компаратора будут представлены в виде периодической последовательности "...1010101010101010...", двоичный эквивалент которой равен "1000", а входной сигнал размером 9/16 - "...1010101010101011..." и "1001" соответственно. В случае сигнала 9/16 битовая комбинация на выходе содержит дополнительную "1" в каждой 16-ой выборке. При увеличении разрядности входных сигналов на выходе компаратора появляются различные комбинации дополнительных "1" и "0" с определенной периодичностью. В зарубежной литературе указывается, что в любом отдельном интервале дискретизации входного сигнала данные одноразрядного ЦАП не несут никакой смысловой информации. Только после усреднения большого числа выборок результат наполняется смыслом. Работу ЕД-АЦП очень сложно анализировать во временной области из-за явно случайного характера одноразрядных выходных данных. Такой взгляд на процесс работы ЕЛ-А ЦП обусловлен применением спектрального анализа с помощью преобразования Фурье.

В первой главе показано, что выходной сигнал ЕД-АЦП носит не случайный характер и подчиняется внутренним, присущим собственно алгоритмам ЕД-преобразования законам. Поскольку вся синхронизация любых ИАЦП осуществляется во временной области, для понимания этого явления проведен анализ именно во временной области.

В соответствии с алгоритмом работы ЕД-АЦП происходит непрерывно-дискретное уравновешивание интегрального значения суммы входного и опорного напряжений (С/ + £/0) интегральным значением их разности (£/ - £/0). Если за время преобразования Тп процесс уравновешивания был завершен и при этом количество интервалов дискретизации, в которых интегрировалась сумма напряжений, равно и, а разность - т, можем записать следующее уравнение:

Вместо 17х введем нормированную переменную к, принадлежащую интервалу 0 < к < 1, т.е. их = к С0 и, рассматривая входной сигнал как любое действительное число, принимающее И = рГ равноотстоящих значений на этом интервале (где 1/ЛГ - разрешающая способность ИАЦП, г - количество разрядов преобразования, р - основание системы счисления), можем записать следующее выражение

где к. - разрядные коэффициенты, 0 < к <р.

Выражение (5) можно рассматривать как математическую модель ЕД-пре-образования во временной области.

п(У,+и0) + т(Ух-и0) = 0.

(4)

м т + п

(5)

В существующих ИАЦП время преобразования Тп принимает ряд фиксированных значений и, следовательно, сумма (т + п) задается фиксированным значением. Поэтому процесс полного уравновешивания может быть осуществлен только для фиксированного числа точек входного диапазона к, в остальных точках будет иметь место погрешность квантования. Например, для десятичной системы счисления (р = 10) и разрешающей способности 10"6 необходимо иметь 6 разрядов (г = 6), при (/» + «)= 100 имеется 98 фиксированных значений. Таким образом, в рамках данного алгоритма снижение погрешности квантования возможно только за счет увеличения времени преобразования.

При реализации т + п = гаг можно увеличить число фиксированных значений входного диапазона, в котором полностью осуществляется процесс уравновешивания, или при заранее заданном значении погрешности сократить время преобразования. Погрешность носит знакопеременный характер, и существуют точки при минимальных значениях времени преобразования, где она равна нулю (рис. 3), что позволяет разработать адаптивный алгоритм цифровой обработки.

(п-м)

Рисунок 3 - График абсолютной погрешности ЕД-АЦП для 1/х = 2В

Алгоритм решает задачу нахождения времени усреднения на основе обработки текущих данных с выхода компаратора, которые преобразуются в значение выходной величины на каждом такте работы. Полученные значения имеют периодическую структуру и знакопеременный характер по отношению к истинной входной величине. Классические методы анализа (Фурье-анализ, вейвлет-анализ и др.) не позволяют выявить периодичность в этих значениях при условии отсутствия априорной информации о входном сигнале, а так же минимума и простоты используемых вычислительных операций, поэтому был предложен альтернативный алгоритм решения данной задачи.

Предложенный алгоритм заключается в нахождении нулей первой разности анализируемых значений, интервал между которыми соответствует периоду и, как следствие, требуемому объему усредняемых данных. Нахождение нулей первой разности является обязательным, но не единственным критерием определения периода преобразованного сигнала. Необходимо заранее рассчитывать коэффициенты, показывающие объем минимальной выборки для каждого конкрет-

13

ного входного значения, позволяющие исключить выбор "ложных" нулей, которые носят случайный характер. Выбор этих коэффициентов следует проводить по приближенной оценке входного сигнала и сравнением с известными сигналами из базы данных. Таким образом, в алгоритме адаптивной цифровой обработки используются лишь операции сложения, вычитания и сравнения, что удовлетворяет требованиям минимизации вычислительной мощности и сокращения времени обработки данных.

Тем не менее, этот процесс требует априорной информации и занимает определенные вычислительные и аппаратные ресурсы. Поэтому далее решается задача снижения размера указанной погрешности путем синтеза нового алгоритма ЕД-преобразования. Причем в качестве дополнительного условия требуется, чтобы синтезированный алгоритм не приводил к увеличению времени преобразования и мог быть реализован в рамках того же одноразрядного ЕД-АЦП, то есть отвечал требованиям технологии изготовления.

В соответствии с вышеуказанными условиями время преобразования Тп = T0(n + m) = const. Длительность Т0 частного такта задается минимально возможной (частота дискретизации — максимальна) для данной элементной базы. Следовательно, увеличить размер суммы (л + т), что однозначно снизит погрешность квантования, невозможно.

Для разрешения этого противоречия используем тот факт, что в процессе формирования развертывающей функции принимают участие две равноправные величины - время и напряжение (в форме их произведения). Следовательно происходит уравновешивание вольт-секундной площади S+ = (Ux + U0) Т0 вольт-секундной площадью S = (Ux - U0) TQ, а погрешность квантования определяется отклонением результата процесса уравновешивания от нулевого значения. Минимизировать значение этой площади можно, если после второго такта преобразования ввести операцию определения момента перехода через ноль с большим разрешением по времени.

Эта операция возможна, поскольку компаратор имеет быстродействие примерно на два десятичных порядка больше, чем интегратор, и это неравенство будет существовать всегда. Таким образом, длительность частного цикла преобразования, начиная с третьего, может быть определена как <0 = TJd, где d - любое целое число от 1 до 100. Следовательно, числа тип, могут принимать следующие значения т = [т\п + т^ где [т\п - целое значение числа m,amd- дробная часть числа т (выражение для и аналогично). Целые значения пит изменяются с шагом 1 (аналогично известному алгоритму ЕД-преобразования), а дробные части принимают на интервале [0,1] d равноотстоящих значений с шагом 1 Id. В этом случае выражение (5) запишется в следующем виде

V-, [т-п\ +(m-n)d

Ук.р =-'---//г\

„, ' [т + +(т + п)/ у '

Отсюда следует, что количество точек, в которых происходит полное уравновешивание, увеличивается по сравнению с известным алгоритмом ЕД-преоб-

14

разования в d раз. Для того же примера при (п + т) = 100 и d= 10 получим 998 фиксированных значений, при которых может произойти полное уравновешивание процесса интегрирования, т.е. выигрыш составляет десятичный порядок. Кроме того, в остальных точках входного диапазона, где имеет место погрешность квантования, ее размер так же уменьшается в d раз по сравнению с известным алгоритмом. Действительно, минимальное значение абсолютной погрешности квантования в известном алгоритме ЕД-преобразования равно ((/ -1/0) ■ TQIT[p а в синтезированном алгоритме эта погрешность будет равна (Ux- U0) • TJ(Tn d). Что касается максимально возможных значений погрешностей квантования, то для рассматриваемых алгоритмов они будут равны (Ux + U0) ■ TJTn и((/ + U0) ■ TJ(Tn d) соответственно.

Совместное использование синтезированного алгоритма и алгоритма адаптивной цифровой обработки позволит полностью исключить факт появления в результате преобразования максимального значения погрешности квантования. Важно отметить, что в этом случае алгоритм адаптивной цифровой обработки существенно упрощается. Поскольку однозначно определены моменты перехода развертывающей функции через ноль, соответствующие минимальному значению погрешности квантования, в ближайшей области процесса преобразования, то достаточно осуществить выделение интервалов времени между этими моментами и задать длительность цикла преобразования, кратную значению этого интервала времени. Понятно, что это может быть реализовано с помощью простейших операций и обеспечивает минимизацию вычислительных процедур и потребляемой мощности. Результаты моделирования подтвердили теоретически полученный результат.

На основе экспериментальных и теоретических данных проведен анализ алгоритмов прецизионных ИАЦП и полученных замкнутых структур на их основе. Разработан алгоритм ZA-преобразования. Проведено моделирование работы данного алгоритма в математическом пакете MatLab2009b и в САПР OrCAD. Предложен и реализован адаптивный алгоритм цифровой обработки, обеспечивающий повышение быстродействия в зависимости от входного напряжения U. Также проведен спектральный и временной анализ работы алгоритма с помощью преобразований Фурье, вейвлета Хаара и матрицы Уолша-Пэли. На основе обобщения определяющих признаков уменьшения дестабилизирующих факторов (собственных шумов, напряжения смещения, модуляции выходного сигнала) во всей полосе частот работы SA-АЦП предложенные алгоритмы обеспечивают лучшие метрологические характеристики по сравнению с известными.

В третьей главе осуществляется синтез алгоритмов ИАЦП на основе ШИМ с использованием последних достижений отечественной школы в этой области. Существующие алгоритмы по своим возможностям не уступят алгоритмам SA-преобразования при условии решения следующих задач: уменьшении времени переходного процесса и снижении (исключении) влияния на результат преобразования неидентичности постоянных времени основной и дополнительной развертывающих функций.

При широтно-импульсной модуляции общее время преобразования Тп формируется из последовательности частных тактов преобразования фиксированной длительности Г0. В каждом частном такте осуществляют формирование основной и дополнительной развертывающих функций, причем для их формирования также используют сумму и разность входного и опорного напряжений, и в качестве дополнительного признака выделяют момент времени, соответствующий равенству значений развертывающих функций.

При изменении преобразуемого напряжения в любой момент времени частного цикла появляется переходной процесс, длительностью в один частный цикл. Причина этого явления заключается в том, что начало формирования основной развертывающей функции синхронизируют по времени, а изменения направления развертывания — по моменту равенства значений развертывающей функции, т.е. по напряжению. Для снижения длительности переходного процесса сформирована вторая дополнительная развертывающая функция, синхронизированная с серединой каждого частного такта. Таким образом, изменение направления развертывания основной развертывающей функции осуществляется в моменты времени равенства ее значений значениям дополнительных развертывающих функций. Это позволило локализовать переходной процесс внутри частного такта преобразования.

Влияние неидентичности постоянных времени формирования двух или трех развертывающих функций проявляется также в виде переходного процесса определенной длительности. Поэтому для вышеназванных алгоритмов были получены выражения, связывающие количество частных тактов, обеспечивающих заданное значение погрешности преобразования, со значением преобразуемого напряжения и со значением погрешности соотношения между постоянными времени. Результаты математического и имитационного моделирования совпали с расчетными (из-за большого числа учитываемых параметров выражения получились громоздкими, и поэтому в автореферате не приводятся).

Как известно, при реализации таких алгоритмов становится существенной погрешность от коммутационных выбросов, возникающих при переключении опорных напряжений. В синтезированном алгоритме по сравнению с известным количество коммутаций в частном цикле на одно переключение меньше. Если учесть, что время преобразования Тп формируется из нескольких тысяч частных тактов, то такое достоинство синтезированного алгоритма важно при практической реализации.

На основе полученных математических моделей разработаны имитационные модели алгоритмов следящих ИАЦП с одним и двумя порогами и проведено их исследование. По имитационным моделям разработаны схемотехнические решения и представлены обработанные статистические данные.

В четвертой главе синтезируются алгоритмы, обеспечивающие эффективную фильтрацию собственных шумов ИАЦП с помощью простейших единичных или ступенчатых ВФ. Целесообразно разбить задачу обеспечения инвариантности ИАЦП к собственным шумам на две подзадачи:

1) улучшение фильтрующих свойств по отношению к низкочастотным составляющим спектра собственных шумов. Для этого достаточно, чтобы единич-

ная ВФ (ЕВФ) тракта преобразования собственных шумов ge(t) обеспечивала минимальный уровень АЧХ интегрирующего развертывающего преобразования в низкочастотной части спектра;

2) улучшение фильтрующих свойств по отношению к шумам во всей полосе частот. Для этого ЕВФ тракта преобразования собственных шумов должна обеспечить минимальную площадь под кривой АЧХ тракта преобразования шума.

Первая подзадача достаточно эффективно решается путем применения в тракте преобразования собственных шумов ИАЦП ВФ в виде первой, второй, третьей и т.д. разности от интегральных значений напряжения шумов. Вторая подзадача решается путем применения ВФ в виде многократно повторенных элементарных (указанных выше) ВФ.

Для точного воспроизведения ВФ ge{t) в виде первой разности от интегральных значений напряжений шумов необходимо, чтобы в конечной точке развертывающие функции имели одинаковые координаты относительно начала каждого цикла. Что касается значений развертывающих функций в этих точках, то их равенство выполняется всегда с точностью до порога чувствительности компаратора.

В рамках классического метода интегрирующего аналого-цифрового преобразования (с приращением развертывающей функции равным нулю) реализация указанного процесса носит итерационный характер. В известных алгоритмах ИАЦП вес каждой итерации очень большой. При учете реальных параметров элементной базы возникает ситуация, когда трех итераций может не хватить для достижения заданной погрешности, а четвертую нельзя технически реализовать.

Для устранения этого недостатка был синтезирован алгоритм для АЦП двухтактного интегрирования, формирующий вес каждого шага итераций по логарифмическому закону с учетом отношения максимального интегрального значения напряжения шумов к опорному напряжению и заданной погрешности используемой меры времени. Результаты имитационного моделирования на прецизионных ОУ /№4128 показали, что при четырех итерациях абсолютная погрешность формирования двух циклов преобразования не превышает Д = Ю'^'с.

При решении этой задачи в рамках метода интегрирующего преобразования с фиксированным приращением развертывающей функции необходимо обеспечить независимость длительности первого полупериода ВФ ge(t) от значения преобразуемого напряжения. С этой целью в каждом цикле преобразования осуществляется формирование нескольких дополнительных участков развертывающей функции, на которых она получает фиксированное приращение. Формирование дополнительных участков развертывающей функции осуществляется либо увеличением числа пороговых уровней (фиксированное приращение развертывающей функции определяется разностью двух соседних уровней), либо использованием одного порогового уровня и нескольких участков с нулевым фиксированным приращением. Были разработаны алгоритмы, реализующие оба направления и имеющие различные практические приложения.

На рис. 4 показана АЧХ прохождения сигнала (обозначена ВФ 1), ВФ "1 -Г' демонстрирует АЧХ первой разности интегральных значений, ВФ "1 -3 3 -1" ре-

ализует третью разность, ВФ "1 -Г'хЮ показывает способ уменьшения площади под кривой АЧХ для первой разности на 10 точках.

-}- Вф"(-Г

- В«-|-ГчЮ

/ч ■ в®-юз -г

♦ ВФ-1"

л л *• % г. '-.'

Рисунок 4 - АЧХ сигналов

Решенная в теоретическом плане задача эффективной фильтрации собственных шумов во всей полосе частот (рис. 4, график с ВФ "1 -1" хЮ, где 10 - число суммирований) до сих пор практически не реализована. Основной проблемой является реализация входного каскада, обеспечивающего коэффициент передачи "+1" и "-1" с погрешностью, необходимой для прецизионных ИАЦП.

Заметим, что все характеристики современных прецизионных ИД-АЦП, выпускаемых ведущими мировыми производителями, не учитывают шумовые характеристики входных усилителей (рис. 1). Входные усилители для прецизионных АЦП выпускаются в виде отдельных изделий, и существенного прогресса в этой области нет. Так, современные микросхемы АВ8555, АП623, ША118, ША\2% практически повторяют структуру усилителей 1Я0036, АБ522, которые выпускались более 30 лет назад. Такое положение дел обусловлено тем, что при коэффициентах передачи, равных "+1" и "-1", выходные каскады ОУ работают в разных точках выходного диапазона, что приводит к изменению величины напряжения смещения.

Практическая значимость результатов работы показана на примере повышения эффективности СТК энергоснабжения стартового комплекса и на примере СТК запорных клапанов универсальной заправочно-нейтрализационной станции компонентами топлива.

Исследование имитационных моделей всех возможных вариантов реализации входного усилителя (при числе ОУ не более трех) показало, что самые лучшие образцы имеют зависимость напряжения смещения от входного напряжения 1,5 2 мкВ на 1В, что недостаточно для 20-ти - 24-х разрядных ИАЦП. Реализация операций многократного суммирования в цифровом виде позволила свести размер указанных параметров ОУ до размера, определяемого разбросом характеристик двух ОУ, выполненных на одном кристалле в рамках одной технологии. Это предел, который можно достичь при реализации входных усилителей на двух ОУ.

Разработана имитационная модель, реализующая алгоритм работы прецизионного ИАЦП на основе синтеза развертывающей функции с нулевым приращением, позволяющей минимизировать влияние дрейфа нуля в рабочей полосе частот ИАЦП тракта собственных шумов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации получено новое решение актуальной научной задачи разработки алгоритмов и моделей прецизионных интегрирующих аналого-цифровых преобразований сигналов в СТК РКТ, обеспечивающих повышение их эффективности путем улучшения точности, быстродействия и помехоустойчивости. Это достигается путем минимизации влияния шумов ИАЦП (собственных шумов, сетевой помехи, дрейфа нуля, напряжения смещения), использования предложенных алгоритмов работы прецизионных ИАЦП, алгоритма адаптивной цифровой обработки, разработанной структуры входных усилителей.

Основные результаты, полученные в ходе решения научной задачи, можно сформулировать следующим образом:

1. Разработана имитационная модель модифицированного SA-АЦП, отличающаяся алгоритмом управления опорными напряжениями формирования развертывающих функций и подстройкой тактовой частоты времязадающего устройства, что позволяет минимизировать инструментальную и методическую погрешности известного алгоритма ХД-АЦП в существующих и перспективных СТК РКТ.

2. Синтезированы математические, а на их основе имитационные модели, реализующие алгоритмы ИАЦП на основе ШИМ с одним и двумя следящими порогами, позволяющие достигать заданной погрешности за соответствующий период интегрирования информативного сигнала в существующих и перспективных СТК РКТ.

3. Предложенный алгоритм адаптивной цифровой обработки результатов преобразования ЕД-АЦП с адаптивной временной дискретизацией позволяет получить результат преобразования входного сигнала с заданной погрешностью за меньший интервал времени. Использование разработанного алгоритма при создании перспективных и совершенствовании существующих СТК РКТ позволяет повысить эффективность СТК за счет увеличения их точности и быстродействия.

4. Проведено улучшение тактико-технических характеристик СТК РКТ за счет повышения точности преобразования информации и чувствительности к входному сигналу при сохранении быстродействия за счет внедрения предложенных структуры входных усилителей и алгоритмов аналого-цифрового преобразования с фиксированным приращением развертывающей функции для подавления собственных шумов ИАЦП.

При использовании разработанных алгоритмов в СТК РКТ снижается энергопотребление по предварительной оценке в полтора раза за счет минимизации количества функциональных элементов для реализации алгоритмов цифровой фильтрации, уменьшения объема вычислительных операций и оптимизации аналоговой части прецизионных ИАЦП, повышается быстродействие по предвари-

тельной оценке в полтора - два раза за счет совершенствования алгоритмов аналого-цифрового преобразования. При использовании алгоритма адаптивной цифровой обработки повышается быстродействие на один порядок по сравнению с известными алгоритмами. За счет реализации алгоритмов минимизации собственных и внешних шумов, минимизации дрейфа нуля, реализации весовых и гребенчатой функций в разработанных алгоритмах прецизионных ИАЦП уменьшается относительная погрешность преобразования входного сигнала приблизительно в два раза. При использовании предложенной структуры входных усилителей ИАЦП достигается уменьшение влияния напряжения смещения на результат аналого-цифрового преобразования с 0,001 % до достигаемого уровня неидентичности реализации двух ОУ на одном кристалле в рамках доступных технологий.

Разработанные алгоритмы и структуры прецизионных ИАЦП имеют практическую ценность для повышения эффективности СТК РКТ за счет минимизации дестабилизирующих факторов (внешних и внутренних шумов), обеспечения заданного уровня погрешности преобразования и повышения быстродействия.

Диссертационная работа является обобщением и развитием исследований, проведенных автором по заказам в/ч 08340,53145 Космических войск и в/ч 13991 на 2006 - 2015 годы - раздел I, ОКР "Возрождение" (работа выполнена в ОКР "Возрождение-ПГТА"). Частично материалы диссертационной работы были использованы при выполнении ОКР "Премьер" в ОАО "НПП "Рубин", что подтверждается соответствующим актом о внедрении.

Полученные научные результаты могут быть в дальнейшем непосредственно использованы в организациях промышленности, разрабатывающих СТК РКТ, в научно-исследовательских учреждениях, заказывающих и эксплуатирующих ракетно-космическую технику.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Куц A.B. Совершенствование алгоритмов и структур интегрирующих аналого-цифровых преобразователей [Текст]/ A.B. Куц, М.Ю. Михеев, В.А. Юрма-нов // Научно-практический журнал Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. Изд-во: ПГУ, Пенза 2009г. С. 86-99.

2. Куц A.B. Формирование обобщенной развертывающей функции с фиксированным приращением в классе интегрирующих АЦП [Текст]/ A.B. Куц, М.Ю. Михеев, В.А. Юрманов // Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. Изд-во: ОАО "ЦНИ "Электроника", Москва, 2009г. С. 144-157.

3. Куц A.B. Патент №2380660 РФ. Способ повышения точности проверки расходомера [Текст]/ К.И. Володин, К.В. Гудков, A.B. Куц, М.Ю. Михеев, В.А. Юрманов заявители// Пензенская государственная технологическая академия правообладатель. - Заявл. - 06.08.2007 зарег. 20.02.2009 - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

4. Куц A.B. Патент №2396570 РФ. "Способ интегрирующего преобразования сигналов низкого уровня в разность интервалов времени" / К.И. Володин,

K.B. Гудков, A.B. Куц, М.Ю. Михеев, В.А. Юрманов заявители// Пензенская государственная технологическая академия правообладатель. - Заявл. - 29.09.2008 зарег. 10.08.2010 - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

5. Куц A.B. Повышение стабильности и быстродействия интегрирующих АЦП на основе ШИМ модулятора [Текст]// Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. Выпуск 5. Изд-во: ОАО "ЦНИ "Электроника", Москва, 2010г. С. 148-157.

6. Куц A.B. Реализация весового интегрирования в высокоточных интегрирующих АЦП [Текст]/ A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов // Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. Выпуск 5. Изд-во: ОАО "ЦНИ "Электроника", Москва, 2010г. С. 157-165.

7. Куц A.B. SA-АЦП: Адаптивная обработка результатов преобразования [Текст]/ A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов //Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. Выпуск 2. Изд-во: ОАО "ЦНИ "Электроника", Москва, 2011г. С. 92-102.

Публикации в других изданиях

8. Куц A.B. Выбор способа определения частоты аналогового сигнала цифровым методом [Текст]/ A.B. Куц, И.И. Сальников // III Всероссийская научно-техническая конференция "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов" Пенза, Приволжский дом знаний, 2005г. - С.117-120.

9. Куц A.B. Использование беспроводной связи в системе сбора и обработки данных на базе интеллектуального датчика [Текст]/ Л.Г. Когельман, A.B. Куц / / Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 2. Пенза: ПГТА, 2005г. - С.73-75.

10. Куц A.B. Интеллектуальный датчик на базе микроконтроллера C8051F005 фирмы SIGNAL [Текст]/ Л.Г. Когельман, A.B. Куц, В.М. Трофимов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 2. Пенза: ПГТА, 2005г. - С.77-81.

11. Куц A.B. Разработка системы сбора и обработки данных от объекта измерений с использованием интеллектуального датчика [Текст]/ A.B. Куц, В.М. Трофимов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 2. Пенза: ПГТА, 2005г. - С.84-86.

12. Куц A.B. Моделирование интегрирующих АЦП в САПР OrCAD [Текст]/ A.B. Куц, В.А. Юрманов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 4. Пенза: ПГТА, 2006г. - С.33-37.

13. Куц A.B. Программная реализация алгоритма выделения информативной составляющей двумерного сигнала от комплексного объекта измерений [Текст]/ A.A. Кузнецов, A.B. Куц // Материалы 5-ой Всероссийской научной конференции "Проблемы развития качества специальной связи и специального информационного обеспечения государственного управления России". В 8-ми частях, под общ. ред. Проф. Щекотихина В.М. - Орел: Академия ФСО России.2007. Часть 3. - С.351-354.

14. Куц A.B. Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования сигналов низкого уровня [Текст]/ A.B. Куц, В.В. Сальников, В.А. Юрманов // Тру-

ды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 7. Пенза: ПГТА, 2008г. - С.:65-68.

15. Куц A.B. Развитие алгоритмов прецизионных интегрирующих АЦП с весовым интегрированием [Текст] /A.B. Куц, М.Ю. Михеев, В.А. Юрманов // Надежность и качество: труды международного симпозиума: в 2-х томах/под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Информационно-издательский центр ПензГУ,2009. - 1т. -С.444-450.

16. Куц A.B. Разработка и исследование алгоритма повышения стабильности и быстродействия интегрирующих АЦП на основе ШИМ-модулятора [Текст] /A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск И. Пенза: ПГТА, 2010г. - С.46-52.

17. Куц A.B. Подавление дрейфа напряжения смещения интегрирующих АЦП в рабочей полосе частот [Текст] // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 11. Пенза: ПГТА, 2010г. - С.52-57.

18. Куц A.B. Разработка алгоритма адаптивной обработки данных для SA-АЦП [Текст] /A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" -Выпуск 11. Пенза: ПГТА, 2010г. - С.57-64.

19. Куц A.B. Анализ основных тенденций развития телеметрических систем контроля ракетно-космической техники [Текст] /A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов // Труды международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" - Выпуск 13. Пенза: ПГТА, 2011г. - С.30-34.

Куц Александр Валентинович

СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.07.07 - Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Компьютерная верстка Д.Б. Фатеева, Е.В. Рязановой

Сдано в производство 09.06.11. Формат 60x84 '/,6 Бумага типогр. №1. Печать трафаретная. Шрифт Times New Roman Cyr. Усл. печ. л. 1,34. Уч.-изд. л. 1,35. Заказ № 2029. Тираж 100.

Пензенская государственная технологическая академия. 440605, Россия, г. Пенза, пр. Байдукова/ ул. Гагарина, 1*/11.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ СТК РКТ.

1.1 Основные понятия и определения.

1.2 АЦП в структуре СТК РКТ.

1.3 Анализ современного состояния и перспектив развития способов интегрирующего аналого-цифрового преобразования.

1.4 Выбор и верификация инструментов исследования.

1.5 Анализ работы ЕА-АЦП.

1.6 Анализ работы ИАЦП на основе ШИМ.

Актуальность работы. Актуальной задачей построения систем телеметрического контроля (СТК) летных и эксплуатационно-технических характеристик летательных аппаратов (ЛА) в условиях испытаний и в процессе эксплуатации является повышение эффективности СТК за счет повышения точности измеряемых параметров и быстродействия в процессе преобразования сигналов от датчиков физических величин. Существенной проблемой для СТК ЛА является ограничения на объем передаваемых данных, вес, габариты и энергопотребление, что существенно снижает возможности СТК по передаче больших объемов телеметрируемых параметров от преобразователей различных физических величин.

Решение обозначенной задачи связанно с проблемами повышения эффективности применения, расширения возможностей СТК, использующих в процессе своего функционирования явления различной физической природы вследствие большого числа контролируемых параметров (в среднем более 1500 для ЛА и в несколько раз больше для наземных комплексов (НК)). Для . эффективной работы с такими данными необходимы унифицированный преобразователь физической величины, устройство первичной обработки данных и устройство передачи данных.

Учитывая существующую ограниченность вычислительных ресурсов, особенно в ЛА, реализация СТК целесообразна на основе обобщенных структур первичного сбора и обработки информации, так называемых, интеллектуальных датчиков (ИД) - устройств, объединяющих в единое целое датчик физической величины, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и устройство сопряжения с каналом связи. Дальнейшее повышение точности и быстродействия СТК связано с реализацией следующих требований к ИД:

- адаптивность — изменение соотношения «точность - быстродействие» по команде или по оперативной информации, получаемой в ходе взаимодействия с объектом;

- конструктивность - реализация алгоритмов аналого-цифрового преобразования и адаптации должна быть простой и сводиться к выполнению сравнительно небольшого числа арифметических операций (желательно только сложения и вычитания);

- универсальность - реализация алгоритмов аналого-цифрового преобразования и адаптации должна быть применима к широкому классу объектов разнообразной физической природы (унификация), допускать локальное, распределенное и децентрализованное использование как в наземных, так и в бортовых комплексах;

- эффективность - небольшое время адаптации (желательно в пределах одного такта преобразования АЦП); методы, используемые для принятия решений, должны находиться в рамках хорошо изученных и широко применяемых методов диагностики сложных технических объектов (например, спектрального анализа).

Учитывая большие потоки информации в СТК и сложность ее- обработки для своевременного принятия решений по предотвращению сбоев и аварийных ситуаций, актуальной является задача оптимизации потоков информации, при автоматизированном принятии решений, которую можно решить путем интеграции в датчике физической величины функций аналого-цифрового преобразования, первичной обработки данных и сопряжения датчика с каналом передачи данных.

На основе анализа обобщенных структур СТК и потоков данных выявлено, что наиболее целесообразно повышение эффективности СТК ракетно-космической техники (РКТ), в том числе НК, стартового оборудования и JIA, за счет применения алгоритмов аналого-цифрового преобразования. В диссертационной работе рассматриваются пути повышения эффективности СТК РКТ за счет повышения быстродействия и точности разработанных алгоритмов и моделей интегрирующих АЦП (ИАЦП), которые обладают рядом преимуществ по сравнению с АЦП мгновенных значений, применяемых в используемых СТК РКТ. Например, при обеспечении синхронного управления двумя однородными объектами с разрешением в 16 двоичных разрядов информацию о рассогласовании получают путем реализации фазочувствительного детектирования (с погрешностью по фазе 0,1%) сигнала частотой 20 кГц. Для этого необходимо обеспечить частоту дискретизации АЦП мгновенных значений порядка 20 - 25

МГц, что формирует информационный,поток порядка 40 Мбайт/с. Для решения той же задачи с использованием ИАЦП достаточно осуществлять дискретизацию с частотой 40 кГц, что формирует информационный. поток 0,2 Мбайт/с. Аналогично при использовании ИАЦП-происходит улучшение фильтрующих свойств к широкополосным внешним помехам со сплошным спектром, к внутренним помехам (собственным шумам элементов схемы), высокое фазочувст-вительное детектирование, сигналов переменного тока, придание интегрирующему преобразователю свойств; высококачественных фильтров нижних частот и полосовых фильтров. Это позволяет повысить метрологические характеристики ИД за счет ликвидации протяженных линий связи между датчиком и АЦП, уменьшить нагрузку на каналы.связи и высвободить вычислительные ресурсы за счет выполнения микропроцессором операций, связанных с калибровкой и учетом влияния параметров внешней среды на характеристики ИД. В рамках структуры ИД только алгоритм аналого-цифрового преобразования обладает определенной гибкостью, поскольку датчик и устройство сопряжения: жестко связанны с видом физической величины и канала связи соответственно.

Диссертационная работа посвящена повышению эффективности СТК. РКТ за счет совершенствования алгоритмов, и моделей аналого-цифровых преобразований с учетом приведенных требований.

Существуют два принципиально различных метода аналого-цифрового* преобразования: по мгновенным и по интегральным значениям. Преимущество ИАЦП в плане подавления периодических внешних помех общеизвестно [1 - 4]. Кроме того, можно обеспечить необходимый уровень фильтрующих свойств по отношению к внутренним помехам (собственным шумам элементов схемы). Реализация этих свойств достигается применением простых весовых функций (ВФ). Реализация этих же возможностей в АЦП мгновенных значений требует существенно больших программно-аппаратных затрат [1, 3]. Современные прецизионные ИАЦП (разрешением 24 и выше двоичных разрядов с частотой дискретизации до 100 кГц) разработаны на основе метода интегрирующего преобразования - ХЛ-преобразования [5].

Анализ современных прецизионных ИАЦП показал, что высокие метрологические характеристики достигаются за счет увеличения порядка интегрирования (введением в структуру ИАЦП дополнительных интегрирующих звеньев), использования во внутренней структуре многоразрядных АЦП. и ЦАП и усложнения цифровой« обработки [5], что приводит к увеличению потребляемой мощности. Например, потребляемая мощность микросхемы- AD7740 (SA-АЦП без цифровых фильтров) 3 мВт, AD7762 (ЕД-АЦП с цифровым- КИХ-фильтром) 958 мВт [9, 10]. Реализация адаптивных алгоритмов потребует еще большего увеличения потребляемой мощности, что критично для бортовой аппаратуры JIA.

Важно отметить, что применение интеграторов третьего и более высокого порядков характеризуется возможностью возникновения неустойчивого состояния ИАЦП [5]. Очевидно, использование подобных структур недопустимо в СТК РКТ по критерию надежности и эффективности эксплуатации.

Разработка единой структуры АЦП в рамках одного метода преобразования, позволяющей простым изменением режимов управления, закрыть весь спектр преобразуемых величин, дает очевидные преимущества. Например; повышение надежности бортовой аппаратуры ЛА может быть достигнуто не только за счет резервирования, а использованием в данный момент времени менее функционально значимого АЦП. Это снижает энергопотребление, экономит вычислительные ресурсы, повышает однородность информационной структуры СТК и позволяет использовать единую методику метрологической аттестации измерительной части СТК РКТ.

Выявленные противоречия между применяемыми на сегодняшний день в СТК РКТ алгоритмами ИАЦП и современными требованиями к надежности, быстродействию, точности СТК в значительной мере сдерживают их совершенствование. Для устранения этих противоречий необходимо синтезировать новые алгоритмы и модели интегрирующих аналого-цифровых преобразований; причем их реализация должна обеспечивать необходимую надежность функционирования и минимально возможное энергопотребление, а, следовательно, структура ИАЦП должна состоять из одного интегратора, одного компаратора, одного одноразрядного ЦАП, а цифровая обработка - из сравнительно небольшого количества операций сложения и вычитания.

Фундаментальные исследования: в рассматриваемой области' были проведены Вишенчуком И.М. [23], Волгиным Л.И. [24], Гутниковым B.C. [25, 26], Куликовским К.Л. [27], Орнатским П.П. [22], Новицким. П.В. [26,. 28], Мартя-шинымсА.И. [29], Шаховым;Э:К. [1 - 4, 6<-:8- litt - 13;, Г5;- 21;.29--31], Шлянди-HbiMiBiMt [16; 29]: Bi.космической отрасли следует отметить.прикладные работ ты научных, коллективов,. возглавляемых Мещеряковыми И1В1 [32], Тучковым Л.Т. [33], Резвецовым Н.Б. [34], Агаджановым П:А. [35];.ЧаплинскимЖС. [36; 37J1 Главным недостатком проведенных исследований^является!то;, что многие данные: были получены экспериментально и за длительный«промежуток времени (на•■.их получение уходили годы): Применение; современных информационных технологий, позволяет оптимизировать- решение задачи разработки? новых алгоритмов прецизионных ИАЦП и их математического и имитационного моделирования;

Целыо данной работы является повышение эффективности:функционирования СТКРКТ по; показателям точности, быстродействия; унификации и надежности при сохранении помехоустойчивости.

Объект и предмет исследования.,Объектом. научного исследования являются СТК РКТ; предметом, исследования — алгоритмы- и модели: аналого-цифровых преобразований для создания прецизионных ИАЦП.

Научная задача; разработка алгоритмов и моделей прецизионных интегрирующих аналого-цифровых преобразований для СТК РКТ.

При; проведении исследований были конкретизированы следующие, основные подзадачи:

- провести анализ современного состояния и: перспектив развития« прецизионных алгоритмов интегрирующих аналого-цифровых преобразований с. целью определения наиболее перспективных путей повышения эффективности СТК РКТ за счет улучшения метрологических и технических характеристик интеллектуального датчика;

- разработать прецизионный алгоритм ЕД-преобразования, обеспечивающий существенное снижение основных методических погрешностей;

- разработать прецизионный алгоритм интегрирующего аналого-цифрового преобразования на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), обеспечивающий минимизацию длительности переходного процесса;

- синтезировать на основе адаптивных методов алгоритм цифровой обработки результатов аналого-цифрового преобразования;

- разработать структурные решения, ИАЦП, обеспечивающие минимизацию влияния различных составляющих инструментальной погрешности при реализации метода весового интегрирования.

Направление исследования и разработок. Исследование прецизионных алгоритмов и моделей аналого-цифрового преобразования; разработка информационно-измерительных систем и специальной измерительной аппаратуры в части применения новых алгоритмов преобразования входной величины в. прецизионных ИАЦП для СТК РКТ; проведение испытаний и контроля параметров СТК РКТ. Разработки в рамках диссертационной работы направлены на повышение эффективности СТК, используемых в процессе испытаний, эксплуатации и восстановления РКТ за счет применения предложенных алгоритмов и моделей прецизионных аналого-цифровых преобразований.

Методы исследований.базируются на использовании положений теории автоматического регулирования и управления, цифровой обработки и спектрального анализа сигналов в частотной и временной областях. При исследованиях применены математический аппарат интегрального и дифференциального исчисления, аппарат преобразований Лапласа и элементы численного анализа и математической обработки результатов экспериментов. Разработка и исследование математических моделей проводилась в среде MatLab 2009b; имитационных моделей - в САПР OrCAD 9.1.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Прецизионный алгоритм ЕА-преобразования сигналов, позволяющий минимизировать погрешность квантования известного алгоритма SA-АЦП при сохранении быстродействия.

2.Прецизионный алгоритм преобразования сигналов на основе ШИМ, позволяющий минимизировать переходной процесс до одного такта преобразования.

3. Алгоритм адаптивной цифровой обработки результатов преобразования входного аналогового сигнала для ИД-АЦП с адаптивной временной дискретизацией, позволяющий повысить быстродействие при сохранении точности результатов преобразования.

4. Математические модели ИАЦП СТК РКТ в виде аналитических выражений, определяющих длительность переходного процесса в прецизионных алгоритмах ИАЦП на основе ПШМ.

Обоснованность и достоверность» научных результатов обеспечивается аргументированным выбором математического аппарата, основных допущений и ограничений, совпадением результатов математического и имитационного моделирования с известными теоретическими и практическими достижениями в области прецизионных аналого-цифровых преобразователей и положительными результатами внедрения, подтвержденными актом и справкой об использовании и патентом на способ интегрирующего преобразования.

Научная новизна полученных результатов;

1. Прецизионный алгоритм ЕД-преобразования отличается от известного алгоритма управлением опорным напряжением и тактовой частотой, что позволило минимизировать погрешность квантования.

2. Прецизионный алгоритм преобразования сигналов на основе ШИМ, обеспечивающий длительность переходного процесса не более одного такта преобразования, отличается от известного использованием двух дополнительных развертывающих функций.

3. Синтезированный алгоритм адаптивной цифровой обработки результатов ЕД-преобразования, обеспечивающий в реальном масштабе времени формирование результата по совокупному критерию «точность - быстродействие», отличается от известных алгоритмов цифровой обработки использованием принципа адаптивной временной дискретизации.

4. Математические модели ИАЦП в виде аналитических выражений, позволяющих проводить оценку СТК РКТ по критерию «точность - быстродействие» и определяющих длительность переходного процесса в прецизионных алгоритмах ИАЦП на основе ШИМ, отличаются от известной математической модели учетом неидентичности постоянных времени интеграторов, что позволяет определить требуемый для достижения заданной погрешности интервал времени.

Практическая ценность результатов:

1. Математические и имитационные модели прецизионного алгоритма ЕД-преобразования позволяют реализовать в интеллектуальном датчике СТК РКТ ИАЦП прецизионной точности, имеющий следующие характеристики: высокую надежность работы (достигается за счет исключения режима перегрузки компаратора); минимальное энергопотребление (достигается за счет минимизации структуры аналоговой (один интегратор, один компаратор, один одноразрядный ЦАП) и цифровой частей преобразователя); наличие возможности простого адаптивного управления совокупным критерием «точность - быстродействие» на основе логической операции сравнения.

2. Математические и имитационные модели прецизионных алгоритмов ИАЦП на основе ШИМ позволяют снизить длительность переходного процесса с помощью простых схемотехнических решений.

3. Разработанные математические и имитационные модели новых структурных решений тракта аналого-цифрового преобразования ИД для СТК РКТ позволяют реализовать потенциальные возможности метода весового интегрирования путем снижения влияния шумов элементной базы ИАЦП на результат преобразования с точностью до используемой меры времени или до уровня неидентичности параметров двух операционных усилителей, реализованных на одном кристалле.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждены на следующих научно-технических конференциях: международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2009 г.); международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г.Пенза, 2005г. - 2011г.); IV международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» (г. Серпухов, Моск. обл., 2010г.), Ш Всероссийской научно-технической конференции «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов» (г. Пенза, 2005 г.); Всероссийской научной конференции «Проблемы развития качества специальной связи и специального информационного обеспечения государственного управления России» (г. Орел, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них - 5 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК. Получены патенты РФ: № 2380660 — Способ повышения точности проверки расходомера, №2396570 — Способ интегрирующего преобразования сигналов низкого уровня в разность интервалов времени.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 90 наименований, четырех приложений. Объем основной части работы: 169 страниц машинописного текста, 71 рисунка, 25 таблиц.

Основные результаты, полученные в ходе решения^ научной задачи;, можно сформулировать следующим образом:

1. Разработана: имитационная модель, модифицированного ЕД-АЦ11; отличающаяся алгоритмом управления опорными напряжениями для формирования ра:?вертывающих функций и подстройкой тактовой частоты времязадающе-го устройства, что позволяет минимизировать, инструментальную' ж методическую; погрешности: известного алгоритма ЕД-АЦП в существующих и перспективных СТК РКТ.

2*. Синтезированы математические, а на,их основе, имитационные модели, реализующие алгоритмы ИАЦП на основе ШИМ с одним и; двумя следящими порогами; позволяющие достигать заданной погрешности за соответствующий период интегрирования информативного сигнала в существующих и перспективных СТК РКТ.

3. П|зедложенный алгоритм адаптивной цифровой обработки; результатов преобразования ЕД-АЦП с адаптивной временной дискретизацией позволяет получить результат преобразования входного сигнала с заданной погрешностью за меньший интервал времени. Использование разработанного алгоритма при создании перспективных и совершенствовании существующих СТК РКТ позволяет повысить эффективность СТК за счет увеличения их точности и быстродействия.

4. Проведено улучшение тактико-технических характеристик СТК РКТ за счет повышения точности преобразования- информации и чувствительности к входному сигналу при* сохранении быстродействия, посредством внедрения предложенных структуры» входных усилителей' и алгоритмов аналого-цифрового преобразования с фиксированным приращением, развертывающей функции для подавления собственных шумов ИАЦП.

При использовании разработанных алгоритмов в. СТК РКТ снижается энергопотребление по предварительной оценке в полтора раза за счет минимизации количества функциональных элементов для реализации алгоритмов* цифровой фильтрации, уменьшения объема вычислительных операций и оптимизации аналоговой части прецизионных ИАЦП, повышается' быстродействие по предварительной оценке в,полтора - два раза за счет совершенствования»алго-ритмов аналого-цифрового преобразования. При использовании алгоритма адаптивной цифровой обработки повышается быстродействие на один порядок по сравнению с известными алгоритмами. За счет реализации алгоритмов минимизации собственных и внешних шумов, минимизации дрейфа нуля; реализации весовых и гребенчатой функций в разработанных алгоритмах прецизионных ИАЦП уменьшается относительная погрешность преобразования входного сигнала приблизительно в два раза. При использовании предложенной структуры входных усилителей ИАЦП-достигается уменьшение влияния напряжения» смещения на результат аналого-цифрового преобразования- до достигаемого уровня неидентичности реализации двух 0У на одном кристалле в рамках доступных технологий.

Разработанные алгоритмы и структуры прецизионных ИАЦП имеют практическую ценность для повышения эффективности СТК РКТ за счет минимизации дестабилизирующих факторов (внешних и внутренних шумов), обеспечения заданного уровня погрешности преобразования и повышения быстродействия.

Диссертационная работа является обобщением и развитием исследований, проведенных автором по заказам в/ч 08340, 53145 Космических войск и в/ч 13991 на 2006 - 2015 годы - раздел I, ОКР «Возрождение» (работа выполнена в ОКР «Возрождение-ПГТА»). Частично материалы диссертационной работы были использованы при выполнении ОКР «Премьер» в ОАО «НПП «Рубин», что подтверждается соответствующим актом о внедрении.

Полученные научные результаты могут быть в дальнейшем непосредственно использованы в организациях промышленности, разрабатывающих СТК РКТ, в научно-исследовательских учреждениях, заказывающих и эксплуатирующих ракетно-космическую технику.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации; поставлеиа( и решена научная задача повышения эффективности СТК РКТ за счет разработки, алгоритмов и моделей:прецизионных интегрирующих аналого-цифровых преобразований сигналов; что приводит к улучшению таких.технических характеристик СТК, как точность, быстродействие, надежность и помехоустойчивость. Это достигается! путем минимизации влияния«шумоВкИАЦП:(собственных шумов;.сетевой помехи, дрейфашуля,.нат пряжения смещения)^ использованиящредлрженных алгоритмовфаботышреци-зионных ИА1.Щ, алгоритма адаптивной цифровой; обработки, разработанной структуры входных: усилителей. Применение предложенных алгоритмов; и моделей: ИАЦП, реализованных в рамках метода; интегрирующего преобразования, повышает уровень унификации и позволяет использовать единую'методику метрологическойгаттестации измерительной части СТК. РКТ/

1. Шахов Э.К. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения Текст./ В.Д. Михотин, Э.К. Шахов — М.: Энергоатомиздат, 1986. 144 с.

2. Ашанин В. И. Современные тенденции в развитии интегрирующих АЦП Текст./ В. Hi Ашанин, Б. В. Чувыкин, Э.К. Шахов// Датчики и Системы.2005. -№ 9 -С. 28-33.

3. Шахов Э.К. Разработка основ теории-и.новых принципов построения интегрирующих развертывающих преобразователей Текст. — Автореф. дис. докт. техн. наук. Куйбышев: КПИ. 1978. -42с.

4. Ашанин В.И. Реализация концепций AS-АЦП в интегрирующих АЦП с другими видами импульсной модуляции Текст./ В.И. Ашанин, А.И. Надев, Э.К. Шахов// Известия высших учебных заведений(поволжский регион). Пенза: ПТУ. 2006. №6 - С. 226-237.

5. Кестер У. Аналого-цифровое-преобразование Текст./ перевод с английского под редакцией Володина Е.Б.// М.: Техносфера, 2007. — 1016с.

6. Шахов Э.К. SA-АЦП: Классификация и математические модели Текст.// Датчики и системы. 2006. № 12 - С. 69-77.

7. Шахов Э.К. ЕА-АЦП: Процессы передискретизации, шейпинга шума квантования и децимации Текст.// Датчики и системы 2006. № 11 - С. 50-57.

8. Чувыкин Б.В. ЕА-АЦП: Цифровая фильтрация и децимация Текст./ Б.В. Чувыкин, Э.К. Шахов // Датчики и системы. 2007. № 2 - С. 44-50.

9. Analog Device Inc., AD774Q Technical Data Sheet, 2001 — URL: http://www. analog. com/static/imported-files/datasheets/AD774Q.pdf

10. Analog Device Inc., AD7762 Technical Data Sheet, 2005 2001 URL: http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/AD7762.pdf

11. Шахов Э.К. Развитие алгоритмов и структур интегрирующего развертывающего преобразования i Текст.// Измерения, контроль автоматизация. 1978. -№3(15). — С.3-12.

12. Ашанин В.Н. Разделение функций — основной принцип совершенствования средств измерения Текст./ В.Н. Ашанин, Э.К. Шахов// Датчики и системы.2006. № 7 - С.2-6.

13. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2-х томах Текст. М.: Мир. 1981.

14. ВоловичГ.И: Схемотехника" аналоговых* и аналого-цифровых электронных устройств Текст. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1». 2005. - 528с.

15. Патент ФРГ №2214602, Кл. G01R: 19/26; 04'.09i75.

16. Михотин В'.Д. A.c. 1358095 (СССР). Способ- интегрирующего^ аналого-цифрового» преобразования/ Э.К. Шахов; В.Д. Михотин; В.М. Шляндин и др.- Опубл. в Б.И. 1987. №45.

17. Михотин В.Д. A.c. 1220550 (СССР). Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь/ В.Д. Михотин, Э.К. Шахов, А.И. Федонин и др. Опубл. в Б.И. 1985.-№24.

18. Михотин,В.Д. A.c. 1591184' (СССР). Способ интегрирующего преобразования напряжения в интервал времени/ В.Д. Михотин, Э1К. Шахов, В:А. Юр-манов и др. Опубл. в Б.И. 1990. - №33.

19. Шахов Э.К. A.c. 1410275 (СССР). Интегрирующий преобразователь напряжения в код/ Э.К. Шахов, Е.А. Шигирев, В.А. Юрманов и др. Опубл. в Б.И! 1988 -№26.

20. Шахов Э.К. A.c. 599352 (СССР). Способ интегрирующего.развертывающего преобразования величины в интервал времени/ Э.К. Шахов шд.р.// Опубл. В Б.И. 1978.-№11.

21. Орнатский П.П. Автоматические измерения и, приборы Текст. Киев:,Вища школа. 1973. с.437.

22. Волгин Л.И. Непрерывная логика- и ее схемотехнические применения Текст. Ульяновск: Ульяновский гос. техн. ун-т. 1996. 108 с.

23. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройст-вахТекст.// 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1988. —304 с.

24. Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками Текст./ B.C. Гутников, В.Г. Кнорринг, П.В. Новицкий//. Л., «Энергия». 1970. с.

25. Куликовский К.Л: Методы и средства измерений Текст./ К.Л. Куликовский, В.Я. Купер // М.: Энергоатомиздат. 1986. 448 с.

26. Новицкий П.В., Зограф И. А. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. Учеб. Пособие для вузов Текст./ И.А. Зограф, П.В. Новицкий//-Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние. 1983. 320с.

27. Мартяшин А.И. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения Текст./ А.И. Мартяшин, Э.К. Шахов, В.М. Шпяндин. -М.:Энергия, 1976.-396с.

28. Голышевский O.A. A.c. 1405116 (СССР). Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования/ O.A. Голышевский, В.Д. Михотин, Э.К. Шахов и др. Опубл. в Б.И. 1988. - №23.

29. Авторское свидетельство СССР №1241131, kh.GOIIR 19.00, 1986г. Бюл. №24.

30. Мещеряков И.В. Космонавтика и ракетно-космическая промышленность Текст./ И.В. Мещеряков, В.В. Фаворский// в 2-х томах. М.: Машиностроение. 2003. 430 с.

31. Ананов Н.И. Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ диапазоне Текст./ Н.И. Ананов, А.Е. Башаринов, Л.Т. Тучков и др.// М.: Сов. Радио. 1968.-390 с.

32. Задеренко И.Д. К теории некоторых многопозиционных систем передачи информации с составными сигналами Текст./ И.Д. Задеренко, Н.Б. Резвецов// Проблемы передачи информации. 1971. №7 С.50-56.

33. Агаджанов П.А. Основы радиотелеметрии Текст./П.А. Агаджанов и др.// М. Изд. Минобороны СССР. 1971. 248с.

34. Чаплинский B.C. Основы построения и эксплуатации космических систем связи и вещания Текст. М.: ГКНПЦ им. М:В. Хруничева. 2005. 644 с

35. Чаплинский B.C. Методы и информационные технологии контроля состояния динамических систем Текст. М.: Минобороны. 2008. 328с.

36. Куц A.B. Программная .реализация алгоритма выделения информативной составляющей- двумерного сигнала от комплексного- объекта измеренийi

37. РазевигВ.Д. Система проектирования OrCAD 9.2 Текст. М.: «Солон-Р». 2003.-340с.

38. Куц A.B. Моделирование интегрирующих АЦП в САПР OrCAD Текст./ A.B. Куц, В.А. Юрманов// Труды международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» Выпуск 4, Весенняя сессия. Пенза: ПГТА. 2006. С.33-37.

39. Сайт компании Analog Devices. URL: http://www. analog, com

40. Сайт компании Burr-Brown. — URL:http://www.burr-brown.com

41. Современные отечественные ракеты-носители* Электронный ресурс. М.: Компания."МЕГАРУСС". 1997. - 1'эл. опт. диск (CD-ROM):

42. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение Текст. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. М.: Издательский-дом «Вильяме». 2003.-1104 с.

43. Лидовский В.И. Теория информации Текст. М., «Высшая школа». 2002. -120с.

44. Гайдышев И. Анализ и обработка данных: специальный справочник СПб: Питер. 2001.-752 с.

45. Зюко А.Г. Теория передачи сигналов Текст./ А.Г. Зюко , Д.Д. Кловский, JI.M. Финк// М: Радио и связь. 2001.-368 с.

46. Walsh J. L. A closed set of normal orthogonal functions Текст.// Amer. J. Math. 1923. Vol. 45. P. 5-24.

47. Kester W., Bryant J., Buxton J. ADCs for Signal Conditioning. Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning Текст.// Analog Devices. 1999. - P. 8.1-8.39.

48. Kester W. Which ADC Architecture is Right for Your Application? Текст.// Analog Dialogue. 2005. V.39. - №2. - P:11-19.

49. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам Текст. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». — 2001. - 464 с.

50. Хармут Х.Ф. Передача информации ортогональными функциями: Пер. с англ. Текст. М.: Связь. 1975. 272 с.

51. Трахтман A.M. Основы теории дискретных сигналов на конечных,интервалах Текст./ A.M. Трахтман, В.А. Трахтман// М.: Советское радио. 1975. 208 с.

52. Матвеев А. А. Цифровые фильтры Текст./ А.А.Матвеев, И. А. Мизин// М.: Радио и связь. 1979. 386 с.

53. Колмогоров А.Н. О представлении непрерывных функций нескольких переменных суперпозициями непрерывных функций меньшего числа переменных Текст. Докл. АН СССР. 1956. Т. 108. №. 2 - С.179-182.

54. Sankar К. Pal Multilayer Perceptron, Fuzzy Sets, and Classification Текст./ San-karK. Pal, Sushmita Mitra// IEEE Transactions on Neural Networks, Vol.3, N5,1992, pp.683-696.

55. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы Текст. М.: Энергоатом издат. 2005. 440с.

56. Ашанин В.Н. Патент 2294595 РФ. Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования Текст./ В.Н. Ашанин, А.И. Надев, Э.К. Шахов//-БИ. 2007. - № 6.

57. Романовский В.И. Математическая статистика. Кн. 2. Оперативные методы математической статистики Текст. Ташкент: Изд-во Академии наук УзССР. 1963. - 637с.

58. Фишер Р. Статистические методы для исследователей Текст. М: Гостехиздат. 1958. — 267с.68« Банах С. Дифференциальное и интегральное исчисление Текст.// пер. с польск., 2 изд. М.: «Наука». 1972. 436 с.

59. Анго А. Математика1 для электро- w радиоинженеровt Текст. М.: «Наука». 1964.-772с.70* АнтоньюА. Цифровые фильтры: Анализ и проектирование Текст. М:: Радио и связь. 1983. 320 с.

60. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями Текст. М.: Изд. иностр. лит. 1956. 664 с.

61. Файнзильберг JT.C. Синтез информационных технологий обработки сигналов Текст.// Управляющие системы и машины. 1998t № 2. - С.40-47.

62. Нефедов В.И. Метрология и радиоизмерения в телекоммуникационных системах. Учебник для ВУЗов. Текст./ В.И. Нефедов, В.И. Халкин, Е.В. Федоров и др.// М.: Высшая школа. 200 Г. 383с.

63. Куц A.B. Разработка алгоритма адаптивной обработки данных для ЕА-АЦП Текст./ A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов// Труды международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» Выпуск 11. Пенза: ПГТА. 2010. - С.57-64.

64. Куц A.B. Повышение стабильности и быстродействия интегрирующих АЦП' на основе ШИМ модулятора Текст.// Вопросы электроники. Серия ЭВТ. Изд-во: ОАО «ЦНИ «Электроника». Москва. 2010. С. 148-157.

65. Куц A.B. Реализация весового интегрирования» в высокоточных интегрирующих АЦП Текст./ А.В: Куц, К.Ю: Пискаев, В.А. Юрманов// Вопросы радиоэлектроники. Серия; ЭВТ. Выпуск 5. Изд-во: ОАО;«ЦНИ «Электроника». Москва.,2010. С. 157-165. .

66. Куц А.В: Подавление дрейфа напряжения смещениЯ'Интегрирующих АЦП в» рабочей полосе-частот Текст.// Труды международной научно-технической, конференции, «Современные информационные технологии» Выпуск 11. Пенза: ПГТА. 2010. - С.52-57.

67. Дмитриенко А.Г. Контроль качества электрической энергии посредством экспертных систем Текст./ А.Г. Дмитриенко, Ю.П. Кирин, A.B. Коновалов// Известия Высших учебных заведений. Поволжский регион.: Пенза. 2006. -№6(27) С. 415-417.

68. ГОСТ 13.109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -Минск: Изд-во Межгосстандарт. 1997.-30с.

69. ГОСТ Р 51.317.4.30-2008 (МЭК 61000-4-30:2008) Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерения показателей качества электроэнергии.

70. ГОСТ Р 51.317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2002) Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств.

71. Куц A.B. 2А-АЦП: Адаптивная обработка результатов преобразования Текст./ A.B. Куц, К.Ю. Пискаев, В.А. Юрманов// Вопросы радиоэлектроники. Серия ЭВТ. Выпуск 2. Изд-во: ОАО «ЦНИ «Электроника». Москва. 2011. С. 92-102.

72. Гудков К. В. Анализ конструкций Кориолисовых расходомеров, Текст./ К.В. Гудков, Ю.П. Кирин, В.А. Юрманов// Труды международной научно-технической конференции Современные информационные технологии Выпуск 2, Осенняя сессия. Пенза: ПГТА. 2005. - С.58-61.