автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Статистическая теория формирования качества кабелей связи

МИНИСТЕРСТВО ЭЛЙОТОТШИЧЯЖОЙ 11РОМЬШ1ЛЁННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НЛУЗДО-ИССЛВДОВАТКЛЬСКИЙ ,1РОЖТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧ1£КИЙ ИНСТИТУТ КАБЕЛЬНОЙ ЛР01МЗЛЕНН0СТИ (ВНИИКП)

На правах рукописи

ИОНОВ Александр Дмитриевич

УДК 621.315.214.7:

621.372.0:621.396.6

. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ «ОРМИРОВАШИ КАЧЕСТВА КАБЭ1ЁЙ СВЯЗИ

Специальность 05.09.02 - Электроизоляционная и кабельная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

¡¿осква

Работа выполнена в Новосибирском электротехническом институте связи им. Н.Д.Дсурцева

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГРОДНЕВ И.И.

доктор технических наук, профессор КРАВЦОВ Ю.А.

доктор технических наук, профессор ТРОШИН Г.И.

Берущее предприятие указано в решении Специализированно го Совета

Заци*а состоится "¿У " 1992 г. в 14^ час у.

заседании Специализированного Совета Д 143.05.01 Всесоюзно научно-исследовательского, проектно-конструкторского и те! иодогкческого института кабельной промышленности.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 111112, г.Москва, Шоссе энтузиастов д. 5, ШШКЯ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БНИЙКЛ.

Автореферат разослан " " ^ 1592 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д 143.05.01, к.т.н. А.Г.ГРИГОРЬЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК А РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный этап развития про из в оди т ельньи сил характеризуется огромными и постоянно расширявшимися масштабами материального производства, широким внедрением в производство новейших научных достижений, усложнением задач, решаемых техническими объектами и системами.

Главными предпосылками достижения технического прогресса в кабельной технике является применена систем автоматизированного проектирования в процессе разработки и совершенствования конструкций кабелей связи, комплексная автоматизация производственных процессов, дальнейшее улучшение культуры, производствами повышения качества, выпускаемой продукции.

Одним из основных путей повышения качества является автоматизация контроля и управления технологическими процессами изготовления кабеля. Однако.отсутствие обоснованных требований к характеристикам применяемых информационно-измерительных систем и систем автомагического управления, а также отсутствие критериев оценки полезности систем автоматизированного проектирования и критериев оптимальности, отвечающих задаче повышения качества продукции-, привело в настоящее время к недостаточной эффективности использования уже разрабо -танных систем и трудностям при разработке новых. Возникла не- • обходимость формулировки задачи повышения качества и .разра -ботки методов оптимизации управления формированием качества' на основе создания статистических математических моделей электрических и оптических кабелей связи, отражающих особенное -ти условий распространения • по волноведущим элементам элек -тромагнитных сигналов в зависимости от принятой технологии изготовления как отдельных компонент конструкции, так и ка -беля в целом. Статистическая модель, полоненная на язык ЭВМ и органично входящая в систему автоматизированного проектирования, поз водит решать задачи анализа и синтеза новых и модернизированных конструкций кабелей с учетом технологических возможностей производства.

Цель работы. Целью работы является разработка теории формирования качества кабелей связи по требуемым характерно тик.&а передачи'на стадиях его разработки к выпуска на основе статистических моделей, которые бы учитывали нерегулярности конструкции, возникающие вследствие нестабильности технологических рекимов производства. Статистические модели кабелей связи позволяют разработать требования к'сис -темам формирования качества и выбора технологии их изготов -ленкя.

На основании анализа современного состояния исследуемых вопросов б работе поставлены следующие задачи:

1. Разработка статистической теории нерегулярных электрических кабелей, позволяющей установить взаимосвязь выходках (электрических) параметров, устанавливаемых техническими условиями, с конструктивно-технологическими нерегулярности . Статистическая модель должна быть универсальной, достаточно полно отражать особенности распространения широкополосных сигналов по вслноведущим элемента« различных типов кабелей и позволять наиболее простую алгоритмизации и высокую эффектнв ность исполнения алгоритмов на ЗВ2 при решении задач анали за и синтеза кабелей заданного качества.

2. На основе полученных статистических моделей сформулиро вагь алгоритмы оптимизации допусков на параметры элементов конструкции различных типов кабелей в условиях параметричес ■ кой и технологической оптимизации. -

При решении поставленных задач приоритетными считаются аналитические методы, исследования базируются на матричной Т! срии четырехполюсников, теории регулярных электрических кабелей связи, теории случайных «функций, методах статистической физики.

Научная новизна работы определяется впервые полученными результатами по следующим направлениям:

I. Разработанная теория формирования качества, кабелей связи на основе статистических методов представляет новое кауч -ное направление в кабельной технике. Она представлена единоГ: методикой оцгкк:: качества иепей кабелей связи на стадиях их у>т.ьр£.0ои<> ¡; пы.ф»

2. Решением интегральных уравнений нерегулярной цепи уста-юрлена в общем виде взаимосвязь между параметрами передачи

^ строительных длинах и на усилительном участке и стрлисти-гескими характеристиками нерегуляркоотей геометрической структуры кабелей связи различной конструкции.

3. Разработан метод и получены расчетные соотношения для [ерегулярных влияний ибаду цепями симметричных кабелей в строительных длинах и на усилительном участке как фикций проотра-ютвенных фауэтуаций параметров геометрической структуры ка -еля.

4. Разработаны алгоритмы решения задач оптимизации допус -об на параметры геометрической структуры кабеля по критерию инимального запаса работоспособности', при технологической птимизвции, а такие с учетом срока эксплуатации. ■ Основные положения, в ы н о с л м u е н а а щ и- ту.'

1. Методика сценки качества вэлноЕедуцих элементов элехтри-сс:шх кабелей связи, математическая фермулиревкг задачи Хеширования и оптимизации качества передачи на основе анализа заммосвязи выходных характеристик кабеля с характеристика-ли эхнологкческих процессов

2. Теория передачи акрокололоешк сигналов по статистич?с-

i нерегулярным кабельным цепям. Взаимосвязь между параметра.-' 1 передачи и статистическими характеристиками функции колеба-ifi волнового сопротивления по длине цепи.

3.,Метода расчета непосредственных и косвенных нерегуляр -а влияний между цепями симметричных кабелей, их взаимосвязь ) статистическими характеристиками нерегулярных составяяьцих !йф$ициентов эл ектро'лагяитной связи на ближнем и дальне« кон-^.

4. 'Теория оценки зстречних и попятные потокоз помех,- р.гзни-ющих в нерегулярных цепях, при передаче сигналов цифровых

стем передачи.

5. Методика расчета Езаимсздвкаимости мекцу статистически-херактеркетиками фикций колебаний волнового «олретивгення,

зф£и!1«ен?ов эле-.¡тромагнитной свази и характеристик-::*:! пуосг-

! •

ранственных флуктуаций параметров геометрической структуры цепей симметричных и коаксиальных кабелей.

6. Обобщенный алгоритм решения задач оптимизации допусков по критерию минимального запаса работоспособности, с учетом срока эксплуатации, а также алгоритм технологичес -кой оптимизации.

Практическая 'Ценность заключается е сле,иупием:

I. Разработана единая методика оценки качества волнове^у-щи:< элементов электрических кабелей связи, в основу которой ¡толог.ены статистические математические модели нерегулярных кабелей.

с. Развита статистическая теория распространения электромагнитных- сигналов по. волновещгщш элемента!,! с нерегулярнос-тя:ли геометрической структуры электрических кабелей связи,кс торая позволяет находить разброс выходных параметров переда! в зависимости от'допусков на геометрию и электрофизические 1 станты и вида ах автокорреляционных функций.

3. Разработанные стохастические модели формирования каче! ва позволяют решать важные методологические вопросы оргаяиз ции управления изготовлением кабелей различной конструкции

с частности: вопросу количественной оценки влияния различны технологических процессов на качество изготавливаемых кабел и эффективности систем автоматизированного управления;" вопр разработки конкретных требований к технологическим процесса системам автоматизирбванного управления, информационным из».: тельньм системам на основе конкретных требований к выходные рактерисчикам изготавливаемых кабелей; вопросы разработки 1 нерньк методик оптимизации и контроля технического состоят используемых систем автоматизированного управления.

4. Полученные в работе соотношения и разработанные алго] мы оптимизации допусков на элементы конструкции кабелей ев; по различным критериям, переложенные на язык ЭВМ, органич» сываются в системы автоматизированного проектирования кабе. заданного качества. Системы автоматизированного лроектиров со статистической моделью уже выпускаемых конструкций кабе

позволяют в зависимости эт требований, предъявляемых в данное время к качеству кабеля .варьировать допусками-на элементы конструкции, выбором материалов и т.д.,тем самым каждый раз находя оптимальную с точки зрения стоимости,технологичности и качественных показателей конструкцию.

5. Результаты, полученные в диссертационной работе используются в учебном процессе ВУЗов связи, в исследованиях и конструкторских разработках ВВДИКП,разработке САЛР симметричных и коаксиальных 'кабелей научно-производственным центром Самарского концерна кабелей связи.

Реализация резу.льтагоз работы,.

Расчетные формулы, выводы, рекомендации и методики расчета использованы ВНИЖП

- при оценке приемлемости существующих допусков на отечественный к.ордель кабеля типа ЖС Луцкого завода;

- при оценке допусков на элементы конструкции по нормам на >лектрические параметры при подготовке к серийному производству 'розостойких кабелей с повышенной электрической и механической ¡рочностью типа МПТАБпШп.

Разработанные алгоритмы по расчету допусков на кабели и ревизованные в виде программ на ЬБМ переданы для использования в следованиях и конструкторских работах ВШИКЛ. Программы и ме-одики расчета параметров передачи, встречных и попутных потоков симметричных и коаксиальных кабелях приняты научно-производст- -енньм центром Самарского концерна, кабелей хзвязи для разработки АИР.

По результатам исследований опубликована монография £20] ,ученое пособие [15}, которые используются студентами в учебном провесе ВУЗов связи при выполнении научно-исследовательской работы, ,'рсовом и дипломном проектирования (в НЭ/Ю выполнено более 30-■тломных проектов).

' Эти же материалы получили применение в.учебном процессе НсИС, )ИС, Т2ИС при Изложении лекционного курса по линиям связи, тцкурсов.

Отдельные разделы диссертации выполнялись в рамках научно-ис-едовательсксй работы "Анатиз взаимных влияний мекду цепями сим-тричного кабеля" (ЕНШ1КЛ), "Разработка элементов САПР статисти-

чески нерегулярных кабелей" (НЭИС).

Материалы, подтверждающие внедрение результатов'приведена в приложении 2. -

А п р о б а ц.:_ я работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всесоюзной научно-техни -ческой конференции "Проблемы развития цифровых систем передачи" (г.Новосибирск,1937г.); на республиканской конференции "Совершенствование эксплуатации и дальнейшее развитие сетей связи"{г.Ташкент,1983г.) .республиканской конференции "Автоматизированный контроль и повышение эффективности систем связи'Ч г.Ташкент,1985г.), на областных научно-технических конференциях НТОРЭиС им.А.С.Попова (г.Новосибирск,1968,1584,1985,1986,1988,1989,1590гг.).

Основные научные результаты диссертации полностью.представлены в монографии [20] , учебном пособии [19] , научных публикациях [1]г

Ы,№).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, приложения; в конце нагидс главы даются выводы. Общий объём диссертации ¿73 машинописных страниц, г-ключад 35 рисунков и приложение. Библиография с о стон из . 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДОСЕРТДЦИИ

Зо введении показана актуальность направления исс; дования,состояние вопроса, определены цели и задачи. Сформулиро: ны положения, представленные к защите. .

В первой главе формулируется проблема формировав качества кабелей связи. Решающи:.:-в повышении качества.кабелей я ляется наличие статистических моделей, отражающих особенности у ловий распространения электрических сигналов по волноведущим эл нтач в зависимости от принятой технологии'изготовления как отде ных компонент конструкции, так и кабеля в целом. Кабели связи с дует рассматривать как большие системы. В силу определенной спе фики их разработки требуется специальное рассмотрение и формул! вка принципов системного подхода к решению задач анализа к син1 определения критерия их эффективности и методов оценки. Б общ; процессе разработки кабелей связи особое место занимают вопр; сы моделирования нерегулярных электрических и оптических кабе лей и решения задачи оптимального выбора допусков на те.

'нологический процесс его изготовления при минимальной стси -мости и высокой технологичности.

Чтобы минимизировать стоимость кабельного изделия необходимо задать в процессе изготовления оптимальные требования к режгаам технологического процесса (оптимальные допуски на геометрия, электрофизические параметры используемых в конструкции материалов и т.д.). Для решения этой задачи требуется знание взаимозависимости допусков на выходные (электрические) параметры, устанавливаемые техническими условиями и конструктивно-технологическими неодаорордостями. Составление этого уравнения представляет собой'математическое моделирование нерегулярных кабелей и производится из следующих предпосылок.

Какой-либо выходной параметр кабеля ( Эк ) представляет собой функция многих переменных: размеров элементов конструкции, электрофизическими характеристиками материалов, отклонениями геометрических размеров конструкции, т.е.

где - параметр <1 -го элемента конструкции.

В реальных условиях параметры элементов конструкция отличаются от номинальных вследствии производственного разброса.Особенностью» кабелей связи является то, что эгк отклонения явля '-ются ещё и функцией продольной координаты. Поэтому, если в сечении кабеля отклонения представляют-случайные величины, то в совокупности конструкций кабеля они представляют случайные функции дайны. Последнее обстоятельство учитывается корреляционной функцией нерегулярностей _бо длине кабеля (радиусом корреляции нерегулярностей).

В силу малости отклонений элементов конструкции, справедли- . во .уравнение:

£ (Ц-(г)

. £у ■ з,-

В устаносиагеися процессе производства величины ( - ) представляют центрированные стационарные случайные функции .

Следовательно, каждый из параметров сечений Á (г) также будет представлять в ансамбле реализаций случайную функцию длины. При определении выходного параметра на определенной длине кабеля поиходится иметь дело с интегралом

■ J'j&íílji.

о

Здесь величины $ представляют случайные величины, ко

торые в подавляющем большинстве случаев имеют нормальное рас пределение с нулевым средним значением, а их дисперсия будет иметь вид: £ £

где — дисперсия относительных отклонений параметров

"•i

элементов конструкции, a Jb^ ( Х-у ) - их корреляционно функция. Величины QÉ. ¿L. называются коэффициентами влия

ния. Они определяют степень! влияния отклонения элементов на отклонение выходного параметра кабеля. Из известных методов определения коэффициентов влияний при расчете допусков наи большее распространение подучили расчетно-аналитический мето к экспериментальные - метод ыалых прирел;зний, методы на осно ве планируемого эксперимента и корреляционного анализа. В ра боте использован первый метод.

Качество кабелей, связи обычно характеризуется рядом выход ных параметров. Поэтому качество работы кабеля в математичес ком представлении будет описываться системой уравнений откло нений, число уравнений которой определяется количеством осно вных выходных параметров. В свою очередь', каждое из к урав нений выходного параметра зависит от т отклонений парамет ров элементов конструкции. Величина т может составлять не которую часть ансамбля отклонений параметров элементов п. зв данной конструкции кабеля или охватывать их полностью.

Решение задачи анализа однозначное к заключается в опреде :лении, допусков.на Еыходные электрические параметры кабеля по заданны/ допускам на геометрия и электрофизические параметры

I заданным автокорреляционным функциям по выражению (3).

Задачей синтеза является выбор допусков на. конструктивные »лементы по заданным допускам на электрические параметры.При >том могут встретиться различные сочетания количества вьпсод-гах параметров к. и количество параметров элементов п. Сели к равно П. {п.* к. ), то результат достигается решением :истемы из к уравнений с к неизвестными. Такое решение од-юзначно. В большинстве случаев однако к £ п и решение за -;ачи неопределенно. Здесь приходится решать задачу оптимиза-деи допусков.

Наиболее трудоёмкой является задача определения коэффици-?нгов влияния. Она базируется на математических моделях статистически нерегулярных электрических кабелей. - Во второй главе проведен полный анализ ус-швий передачи сигналов по нерегулярным электрическим кабе -!ям с Т - волнами. В качестве базового параметра, характеризующего нерегулярности цепей.выбрана функция колебаний вол -ювого сопротивления 5 (2 ). В этих условиях нерегулярная ;епь представлена в виде каскадного соединения бесконечно <алых однородных участков. Для анализа процессов в таких це-1ях' использован математический аппарат теории матриц. При <аскадном соединении к четырехполюсников матрица системы эавна произведению матриц составляющих четырехполюсников

1ри этом матрицы-сомножители должны располагаться в том же по-эядке, в каком соответствующие отрезки представляют нерегулярен) цепь и соответствовать скачку волнового сопротивления и элементарному однородному участку длиной а Ш

Ступенчатая линия совпадает с плавной в к дискретных точ-сах, отстоящих.друг от друга на расстояния ¿»«5 . Если уст-земить ■ , то число точек совпадения устремится в бес-

конечность и ст.упончатая линия в пределе превращается в плав- ■ 1ую, а .уравнения для матричных.коэффициентов - в интегральные фавкения. Путем разделения переменных они могут, быть сведены < четырём независимым уравнениям типа Вольтерра.2-ого рода ,

( 4 ) '

•которые решаются методом последовательных приближений и пред ставляют быстро сходящийся процесс с удобной оценкой погрет ности каждого приближения. Как показал анализ, вследствие ма лости ( 2 ), второго приближения (учет двукратных отраве ний от нерегулярностей) вполне достаточно для практических расчетов.

Одним из важнейших параметров, характеризующих условия пе редачи широкополосных сигналов по нерегулярным цепям, являет ся в.ходдой коэффициент отражения. Последний определяется результирующим встречным потоком, характеризуемым внутренними нерегулярностями цепи 5 (?) и несогласованностью нагрузки конце цепи. Среднее значение рек соответствует второй соста лярщей, которая при R-m:-Co будет равна нулю.

При любых соотношениях интервалов корреляции нерегулярное тей и дайны, а также любых частот в условиях стационарности S (£ ) определена дисперсия входного коэффициента отражени

е £

_ о а

где Jjj - дисперсия нерегулярностей S );

J^tfJ- нормированная корреляционная функция нерегулярно тей по длине цепи; <=i иß -соответственно коэффициенты затухания и фазы цеп При радиусе корреляции нерегулярностей £а ^ выражени (5) упрощается и принимает вид, удобный для инженерных расч тов

где Qs (2jS ) - нормированная спектральная плотность s(2-)

Таким образом, в значительной степени величину разброса входного коэффициента отражения определяет вид корреляционно функции или соответствующей ей спектральной плотности. В раб те получены расчетные соотношения D^ для строительных дли и усилительного (рег.енерацйонного) участка.

. На. строительной длине, как показано в работе, корреляцион ная функция достаточно точно ыожет быть аппроксимирована экс

юненциальной функцией или их линейной комбинацией. Для это-'о случая получено ,

---757 ' (7 ;

¿2», К - соответственно затухание и фазовая постоянная цепи длиной £а ; собственное затухание строительной длины.

Анализ выражения ( 7 ) показал, что на относительно низких гастотах дисперсия возрастает с увеличением частоты, причем ^регулярности с меньшим радиусом корреляции кыевт меньший 'дельный вес. При частотах, когда радиус корреляции соизме -зим с четвертью длины волны наблюдается максимальный разброс входного коэффициента отражения. При дальнейшем росте частоты, вследствие увеличения затухания цепи, влияние нерегуляр-■юстеЛ на входное сопротивление уменьшается. Вместе с тем , «регулярности, имеющие меньший радиус корреляции, теперь яг шются преобладающими.

На усилительном участке, состоящем из равных строительны:; один с характеристиками нерегулярностей ( 7 ), ¡шеей

иП лГУТ? (

где /I/ - число строительных длин, составляющих усилитель -• ный участок.

Используя зависимости ( 7 ) и ( 8 ), а также закон распределения модуля входного коэффициента отражения при заданной дисперсии внутренних нерегулярностей легко находить диспер -сию входных коэффициентов отражения на строительной длине, усилительном участке и вероятность того, что результирующий коэффициент не'.Превысит заданную величину. . В диссертационной работе также получены расчетные соотно -пения для сттгистзчсских характеристик собственного и рабоче-<'о коэффициентов передачи. При этом детально проанолкзирога -г; сос?авля»Еие попутного потока,'чнлпсчегося следствием д* ■-'.(Шх отражений тех гидра. Характер:частотной зп?;«екмостя •' г! :С1',тг'льной велачиьы попутного пото?а анэлегичен зэгискноси

встречного потока (дисперсии входного коэффициента отражения).

Полученные соотношения математически моделируют условия передачи широкополосных сигналов по статистически нерегуляр ным кабельным цепям.

В третьей главе рассмотрен комплекс вопр сов моделирования взаимных влияний, в значительной степени определяющих качество передачи сигналов по нерегулярным це пям симметричного кабеля. Б основу исследований полонено ре шение системы обобщенных телеграфных уравнений со случайны ми коэффициентами. Величина нерегулярного влияния определя ется средаей относительной мощностью, которая при непосред ственнчм влиянии имеет вид: на ближнем конце

й ,е

о а.

на дальнем конце ~~

< I илс)\г>* -Sj£&)eos(Pt-S<Oc ( 1С

О

где Du Dp - соответственно дисперсии электромагнит ных связей на ближнем и дальнем конце, J3,, С^О , J*f СЮ - их нормированные корреляционные функции. Выражения (9), "(10) позволяют рассчитывать непосредствен! влияния при любых радиусах корреляции нерегулярных составл* щих электромагнитных связей. При радиусе корреляции связей с* £ эти выражения становятся пригодными для инжеь рных расчетов

< i и» -- х>л/0~е ) g^/J ; (i]

¿foi

■ <j ххШ^ GF(A-A) ■ (Ii

Здесь а. =о<£. - затухание взаимовлияющих цепей; G^i^jS)

Ор( ) - спектральные плотности распределения_свя-

зей. Переходные затухания определяются из соотношений-А0 = -4,34 Сп ¿\илСо)\гг ,дБ; /\с = - 4,34 6п / иг(С)\г^ ,дВ.

При расширении частотного диапазона электромагнитное взаимодействие между цепями увеличивается. При этом помимо непосредственного влияния появляются косвенные виды нерегулярного влияния: влияние через третьи цепи и вследствие нерегулярнос-тей цепей. Результаты анализа полученных решений показали , что также как и в случае регулярного влияния, на ближнем конце эти виды влияния принебрежимы по сравнению с непосредственным. На дальнем конце при ялйлнии через третьи цепи преобладает двойной ближний переходный разговор, если магнитные и емкостные связи коррелировали

Или двойной дальний переходный разговор, если они некоррели -

рованы

(V , р'^ГР Р

8

Мь4*"- , (14)

гда Эм13 , ■Е'а/23 ' ДиспеРсии электромагнитных связей ме,лду цепями I - 3 и 3 - 2 соответственно; ( <^3 ) ,

Влг23 ( ) - их спектральные плотности. П]эи наличии нескольких третьих цепей установлено, что величина влияния пропорциональна их числу, причем при одинаковых суммарных связях и приблизительно одинаковых коэффициентах передачи третьих цепей получается большая величина влияния ког -да влияет одна цепь, чем в случае равномерного, распределения влияния между всеми третьими цепями.

В работе получены расчетные соотношения и для дополнительные влияний на дальнем конце за счет нерегулярности взаимовли-яющих цепей. При идентичности их статистических характеристик эта величина равна

где 12. < ~ дисперсии электромагнитной связи на

ближнем конце и функции колебаний волнового сопротивления, а С() и ( Ч/5 ) - соответствующие им спектральные плотности.

Анализ законов распределения нерегулярных влияний на ближнем и дальнем концах показал, что непосредственное влияние имеет закон распределения близкий к нормальному'или закону Релея. При этом максимальная величина модуля нелряже -ния влияния может превышать среднеквадратичную в 3 или 2,43 раза соответственно.

При влиянии через третьи цепи в случае нормального зако -на максимальная величина превышает среднеквадратичную в 4,82 раза, а в случае закона Релея-в 3,56 раза.

Пример расчета переходных затуханий на ближнем и дальнем конце сдночетверочного кабеля (экранированной четверки) в сравнении с результатами. обработки статистических данных показывает их хорошее совпадение ( расчет: <Л0> = 79,5 , <М(- > - 83,6 дВ ; эксперимент: <Л„> = 77,2 дБ ,<-Ле> = 82,3 д В )• ото подтверждает соответствие по параметрам влияния статистической модели симметричных кабелей реальным.

Широкое распространение в последнее время цифровых систем передачи предъявляет особые требования к величине нерегулярности цепей. Поэтому б четвертой главе исследованы условия передачи импульсных сигналов по нерегулярным цепям.

¿ели на вход цепи поступает импульсный случайный процесс со спектральной плотностью /7„ (« ), то при прохождении этого процесса по цепи со случайным коэффициентом передачи и/ (^ ) или переходе на другие цепи со случайной характеристикой перехода <? ( относительная мощность процесса ка выходе мо-жз? быть ькражека соотношениями. о

~о~ = / Сх) <1».'(х)1г> а'Л- (15)

Г ./ А «

Интегрирование в выражениях (16), (17) должно осуществляться во всей частотной полосе. При этом нормированную частоту X удобно выразить через параметры цепи, свяэаннные с вытеснением 'тска на поверхность проводников Х= г~ , Я

«Эв= .Здесь под и)а понимается гранучная частота ,

ниже которой практически вытеснения тока на поверхность про -водников нет,- поэтому в этом частотном диапазоне можно при -нять затухание постоянным ы. = ыв , а /3 = уЗо . Ясли частота выое ¿>0 , то затухание увеличивается вследствие действия поверхностного эффекта и пЛ^ектя близости, т.е. с хорошим приближением частотная характеристика затухания цепи -аппроксимируется фильтром нижних частот с ^б = х

Пользуясь выражениями (16), (17) и результатами второй и третьей глаз в диссертационной работе получены расчетные соотношения для встречных и попутных потоков, возникающих в нерегулярных цепях при передаче по ним импульсных сигналов. При этом имелось ввиду, что встречный поток возникает в цепи как от нерегулярностей волнового сопротивления вдоль цепи, так и непосредственного влияния на ближний конец. Попутный пото" появляется в конце цепи и является следствием дпойкж отражений от нерегулярное?ей цепи, . перехода энергии и5 со -седней цепи через третьи цепи (13), (14), а также вследствие нерегулярности цепей и наличия случайных связей (15).

При этом относительная, мощность составляющих встречного потока получена в виде:

вследствие керргулярностей волнового сопротивления

= в ГС^оТ) ,

где с/^Л^е -(195

«О

+ 1 В* -а.ГлдгУ/)Л (20)

у АГ?.< ■ ^ (<- №

17

у _ — _ тактовый интервал цифровой системы передаЧИ, '

вследствие непосредственного влияния Р ч -го^сО^

= * 1 ч^со?* Гс^оТ) = е Рс^оТ) . (21)

Го

В выражение (21) вместо В& ( 4е» ) " % следует подставить йъг. ( X" ) и и^.

Составляющие попутного потока имеют вид:

вследствие нерегулярности цепей -

= ¿/^ г)= ,

Го

(22)

где

-гсз.

(23) '

(Величина /- ( Г ) определяется аналогично (20), причем

1

г - Яг (Те (/¡№+¿0

е *

(24)

Ро

вследствие влияния через третьи цепи

. га^.рЬ)

ЛЛ/г-> РЛ.1.Г1 = д

(25)

нерегулярности цепей и случайных связей: /О • „

Г(*>сГ]. (26)

»

Для расчета по выражениям (25), (26) можно воспользоваться (22) * (24) заменив о/ б/ на , п , ^ • '

На полученной математической модели проанализированы ■ встречные и попутные потоки в коаксиальном кабеле с паркует 2.6/9.4 при передаче квазитроичной последовательности с различными скоростями. Исследования показали, что в строи -тельных длинах величина встречного потока с увеличением тактового интервала ларктически нз зависит от радиуса корре -ляции нерегулярностей. Попутный поток имеет тенденций к снижении и имеет.колебательный характер.

На регенерационном участке величина встречных и попутных потоков имеет ярко выраженный максимум в диапазоне скорос -тей передачи, когда длина волны становится сравнимой с величиной строительной длины (радиусом корреляции).

В пятой главе при известной идеализации ко -аксиальных и высокочастотных симметричных кабелей статиста -ческие параметры функции колебаний волнового сопротивления ¿С?) и коэффициентов электромагнитной связи Л"¿2) , Р (с) выражены в общем ввде через характеристики пространственных нерегулярностей геометрической структуры симметричных и коаксиальных кабелей: отклонения от номинальных зна- -чений диаметров проводников по изоляции, диэлектрической проницаемости, диаметров токоведущих жил, металлической оболочки, эксцентриситета расположения четверки под оболочкой . Соотношения получены с помощью матричной теории потекциаль -ных коэффициентов кабельных цепей. В частных случаях, исследование нерегулярных составляющих параметров передачи симметричных и коаксиальных цепей, а также внутричетверочных связей в сравнении с результатам! статистической обработки результатов 'измерений показывает адекватность полученных математических моделей реальным кабельным цепям.

.Названные соотношения завершают разработку математических моделей нерегулярных кабелей симметричной и коаксиальной•конструкций: выходные электрические параметры - конструкттз?;пе элементы и электрофизические константы, позволявшие реяагь

как задачи анализа, так я задачи синтеза кабелей практичес любой конструкции.

В шестой главе рассмотрен комплекс вопрс сов, позволяющих использовать полученные статистические мг тематические модели электрических кабелей связи с целью 01 тимизации допусков и технологии их изготовления.

Определение допустимого разброса конструктивных парше: ров, гарантирующих попадание электрических параметров в П] делы их полей допусков при любой комбинации отклонений ко1 труктквных параметров, является задачей параметрической 01 типизации. Чем меньше производственные допуски, тем меныш вероятность того, что в партии будут кабели, электрически! параметры которых находятся вне поля допуска и тем меньше вероятность брака. С уменьшением точности изготовления (р< том производственных допусков) уменьшается технологически себестоимость изготовления, но увеличивается брак, что пр] водит к росту себестоимости годных кабелей. Наилучшей с технологической точки зрения будет такая точность изготовь кия (технологический допуск), при которой технологическая себестоимость годного изделия минимальна.

В основе оптимизации допусков лежит целевая функция функция качества, на которую накладывается ряд ограничен?.: выполняющих условия работоспособности. Условия работоспос! бности кабеля задаются в виде неравенств Э ^ ТТ, Э ТТ Запас работоспособности у -го выходного параметра опреде лен, как '

где - номинальное значение у -ого выходного параме1

ра; - доцуск на выходной параметр; сг,- - некоторый п стоянный коэффициент.

За условную функций принимается минимальный запас рабо способности

Р(в)=пг>т (28) .

/е £1.-.':]

где к - количество условий работоспособности.

Оптимизация по критерию Р ( О. ) сводится к задаче нелинейного программирования с целевой функцией Р ( Я )=

Р ( <г{ , ....... ). где - управляемые

параметры. В разных областях п -мерного пространства уп -равляемых параметров минимальными могут- оказаться запас;-; работоспособности разных выходных параметров. Это обстоя -тельство приводит к задаче поиска экстремума функции Г (Л ) при наличии ограничений типа равенств. Эти ограничения вводятся автоматически в процессе поиска, для сформулированной таким образом оптимизации нг-более эффективным с точки зрения малых потерь на поиск оказался метод проектирования вектор - градиента.

Очевидно, что допуски, найденные в соответствии с ачго -ритмами поисковой оптимизации, будут отвечать вероятности брака,равного нулю. В целях ослабления требований на допуски управляемых параметров введен некоторый процент брака выпускаемой продукции. Тогда оптимальные допуски можно скорректировать в сторону увеличения а ^к^р • Коэффициенты коррекции определяются с использованием законов распределения управляемых параметров. В случае нормального закона величина коэф&щиенга коррекции получается равной

I, __^_____(2а)

п - число управляе-их параметров; те - дифференциальная и интегральная фунханя Далласа; Лг - .допустимый процент брака. Таким образом в ряде слухач* удаётся упростить технологию выпуска кабелей, т.е. уменьшить их технолоп-;^еснуз себестоимость, которую определяет точность изготовления.

В основе проведения технологической оптимизации леяыт функция распределения плотности вероятности параметра, по кото -

рому ведется оптимизация.

Цутн выполнения технологической оптимизации при устойчивой технологическом процессе показаны на примере конструк -цка коаксиальной пары и сводятся к следующему: .. - не изменяя системы.» величины производственных допус -ков можно найти такие номинальные параметры конструкции.чтобы площадь кривой плотности вероятности в пределах поля допуска была максимальной;

• - путем корректировки технологического процесса изменить систему или величину допусков с последующим выбором новых номинальных параметров конструкции коаксиальной пары.

В первом случае, учитывая взаимосвязь выходного электрического параметра от конструктивных параметров определяет -ся функция вероятности выхода годных пар, которая исследу ется на максимум. После определения из условия экстремаль -ности новых номинальных конструктивных параметров смещают и деформирую': кривую плотности вероятности с таким расчетом, чтобы площадь её в пределах поля допуска была максимальна. При этом положение границ поля допуска на волновое сопроти-аченые не меняется.

Дальнейшее увеличение вероятности выхода годных изделий возможно путем изменения величины допусков. Это может быть достигнуто либо корректировкой существующего технологического процесса, либо выбором нового. Определяющим критерием целесообразности здесь является технологическая себестои -мость. _

В процессе эксплуатации кабелей связи воздействие разлитого рода дестабилизирующих факторов, старения материала конструкции так же оказывает влияние на величину допусков на параметры элементов. Для учета этого обстоятельства в главе разработан алгоритм оптимизации допусков с учетом сро-„а эксплуатации как многомерная задача целочисленного-про -греаарования.

Б седьмо.й.г'лаве приведены описания и про-грамда на языке40РТР71Н, реализующие разработанные в предццу-едх главах математические модели нерегулярных кабелей связи скх-зэтричной и коаксиальной конструкций. Численный анализ

параметров передачи и взаимного влияния существующих конструкций кабелей использован для оценки возможностей и адекватности математической модели исследуемой конструкции , оценки коэффициентов влияния конструктивных допусков на разброс выходных параметров, получения начальных приближений для решения задач оптимизации допусков на элементы конструкции по различным критериям. Разработанные комплекты программ на ЗВМ переданы для использования в конструкторских разработках ВНИЙКЯ, Самарского концерна кабелей связи, в учебном процессе НЭЙС. Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы приведены в л р и-ложении2.

В приложении I обосновано использование в качестве модели случайных пространственных флуктуаций параметров геометрической структуры кабелей связи нормальные стационарные процессы. Даны рекомендации по определению длины реализации и шага дискретности при определении их статистических характеристик. Результаты исследований необходимы при определении требований к характеристикам применяемых информационно-измерительных систем и систем автоматического управления технологическими процессами и их оптимизации. ■

В заключении подводятся итоги диссертационной работы, основные из которых сводятся к'следующему:

1. Сформулирована проблема формирования качества кабелей связи на стадиях его разработки и выпуска и намечены пути её решения.

2. Разработана единая методика оценки качества кабельных золноведугцих элементов электрических кабелей связи, в основу которой положены статистические математические модели нерегулярных кабелей. Установлено, что.для математической модели необходимо знание статистических характеристик пространственных флуктуаций параметров геометрической структуры волноведущих элементов и соответствующих коэффициентов влияния, определение которых является сутью статистической тео -рии формирования качества кабелей связи.

3. Используя з качестве обобщенной характеристики нерегулярности кабельных цепей с Т-волнами функцию колебаний вол-

ноеого сопротивления, получены интегральные уравнения нере гулярной цепи, имеющие вид сходящихся функциональных рядов Решением этих уравнений установлена взаимосвязь между вход-ныл коэффициентом отражешш, коэффициентам затухания и фазы, попутным потоком и статистическими характеристиками функции колебаний волнового'сопротивления по длине цепи.

Подучены расчетные соотношения дия дисперсии входного коэффициента отражения и попутного потока в строительных дайнах и на усилительном участке. Теоретически установлен закон распределения входного коэффициента отражения, кото -рый позволяет с определенной вероятностью находить соотно -шение мевду входным коэффициентом отражения и его наиболее вероятным (среднеквадратичным) значением.

4. Разработаны методы расчета нерегулярные влияний между цепями симметричных кабелей. Через статистические характеристики нерегулярных составляющих коэффициентов электромагнитных связей на ближнем и дальней конце (дисперсия, ввд корреляционных функций распределена связей) определены относительные мощности при непосредственном и косвенном видь.,-; влияния (влияние через третьи цепи, вследствие нерегулярности целей). Их значения при влиянии через третьи цепи зависит от корреляции между коэффициентами электрической и магнитной связи, а такие количества третьих цепей. Расчет переходных затуханий на ближнем и дальнем конце в частном слу -чае (одночетверочный кабель, экранированная четверка) в сравнении с результатами статистической обработки измеренных значений показал хорошее совпадение теории с практикой, что подтверждает соответствие по параметрам влияния статистической математической модели реальным симметричным кабелям.

5. Исследованы условия распространенля по нерегулярным цепям сигналов цифровых систем передач;!. Определена величина встречных к попутных потоков помех» возникающих при их работе.

6. При известной идеализации коаксиальных я высокочастотных сулмегричных кабелей получена в общем виде взаимозависимость кевду стй-тастквесккмм яер&ктерпстаквмм функции от -клокеякн волнового соппотивдешм и коз^шдентов зяектромаг-

штной связи на ближнем и дальнем конце от характеристик пространственных флуктуации параметров геометрической структуры цепей симметричных и коаксиальных кабелей. В качест -ве примера приведено решение этой задачи для вкутричетверо-чных связей и параметров передачи симметричных и коаксиальных цепей.

?. Разработаны обо-цекные алгоритмы ресеккя задач оптимизации параметров кабелей связи по критерию минимального запаса работоспособности, а также с учетом- срока эксплуатации, рассмотрены условия, которые позволяют скорректировать до -пуски з сторону их увеличения, тем самым уменьшить технологическую себестоимость выпускаемых кабелей. Найден алгоритм проведения технологический оптимизации, в основу которого положена функция распределения плотности вероятности пара -'летра, по которому ведется оптимизация.

8. Полученные математические модели реализованы в виде программ на языке 50РТРАН. Луге;,! численного эксперимента до-казака адекватность математических моделей иссдедузмых конструкций, найдены коэффициенты влияния'конструктивных допусков на разброс выходных параметров кабеля, которые дают начал ьш-ш гпк'бдгггения для задач «х оптимизации по раз-гачньм критерия:.:.

9. Разработанные математические модели и алгоритмы, реализованные в виде комплектов программ на ЭВМ, переданы:

- ВНШКД для использования при разработке ноеых и пересмотру существующих конструкций кабелей связи с целью снижения' IX технологической себестоимости;

- научно-производственному центру Самарского концерна кашлей связи для разработки САПР симметричных и коаксиальных табелей связи;

- НЭНС для использования в учебном процессе.

10. В приложении I рассмотрены некоторые вопросы экепери-тентального определения характеристик случайных процессов . [алы рекомендации по определении длины реализации и шага ди-игретности при определении корреляционных функций и спектраль-[ой плотности по характерным точкам реализаций случайных про-

цессов пространственных фпуктуаций параметров геометрическо£ структуры. Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых информационно-измерительных систем, сис тем автоматического управления, методов обработки, сжатия и использования контрольной информации при производстве кабеле связи с целью формирования их качества.

Опубликованная по результатам исследований монография 2С и учебное пособие 19 используются студентами в учебном прс цессе БУЗоВ связи при выполнении научно-исследовательской р£ боты, курсовом и дипломном проектировании, изучении спецкур сов.

Отдельные разделы диссертации выполнены в рамках научно -исследовательских работ "Анализ взаимных влияний между цепями симметричного кабеля" (ВНИИКЛ), "Разработка элементов CAI статистически нерегулярных кабелей" (НЭИС). Материалы, подтверждающие внедрение, приведены в приложении 2.

Таким образом, в диссертационной работе на основе статистических методов решен комплекс актуальных вопросов формирования качества электрических кабелей связи по характеристике передачи/на стадиях их разработки и выпуска. Статистическое модели, положенные на язык ЭВ.Я, позволяют решать задачи анал за и синтеза новых и модернизируемых конструкций кабелей с учетом технологических возможностей производства.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Ионов А.Д. Применение статистических методов к оценке качества кабелей связи. В сб. "Труды ВНИИКЛ", вып. 12,1967 . с 45-50.

2. Абрамов К.К. , Ионов А.Д. Етияние случайных неоднород-ностей на электрические параметры кабелей связи. В сб. "Труд ВНИИКЛ", выл. 12, 1967.-с.32-45

3. Ионов А.Д. Коэффициенты электромагнитной связи между ц пями симметричного кабеля как случайные функции длины-В сб. "Материалы научной конференции по вопросам электросвязи, орг низации и экономики Н., 1566. с.149-154.

4. Ионов А.Д. CTiw™4»v:va«' ¡-целка нер^гуля^ н >1ч. непосре

ственного влияния между цепями симметричного кабеля. В сб. "Труды (ВИЗ, вып. 2, 1968. с.283-286.

5. Абрамов К.К., Грачев А.И., Ионов А.Д. Анализ случайных изменений геометрических размеров четверки симметричного кабеля. В сб. "Труды ВНИШГ, вып. 13, 1969. с.56-68.

6. Ионов А.Д. Вторичные параметры линий со случайными неоднородное тями. В сб. "Труды МЭИС", вып.2. 1969. с.307-309.

7. Ионов А.Д. Взаимосвязь между допусками на ёмкостные связи и конструктивные неоднородности одночетверочного кабе-. ля. В сб. "Труды учебных институтов связи", вып. 59, 1972 .

с .110-116.

8. Ионов А.Д. Взаимосвязь конструктивных неоднородностей и переходного затухания в одночетверочном кабеле. В сб."Труды учебных иентитутов связи", вып. 70.1974. с.78-84.

9. Ионов А.Д., Абрамов К.К. К вопросу о нормировании переходного- затухания в симметричном кабеле. В сб. "Труды учебных институтов связи", 1981.- с.129-132.

10. Ионов А.Д., Алексеенко А.Л. Теоретические исследования зависимости параметров цепей СТС от срока эксплуатации. Тезисы докл. респ. НТК, Ташкент, 1983.

11. Алексеенко А.Л., Ионов А.Д. Исследование влияния про -дольной асимметрии цепей на величину переходных затуханий. Тезисы докл. обл. НТК, - Неб.,1984.-с.27.

12. Ионов А.Д., Дцоник А.Г. К расчету электромагнитных связей многопарных кабелей п широком диапазоне частот. Новоь сиб,электр. ин-т связи.-Н.,1985. - II с. Деп. в ДНТИ "Информ-связь" 24.09.65, № 736.

13. Ионов А.Д., Ценников М.Г. О зависимости потенциальных коэффициентов цепей одночетверочного- кабеля от конструктивных неоднородностей. Новосиб.электр.йн-т связи -H., 1985, - 12 с. Деп. в ЦНТИ "Информсгязь" 24.09.65, Ю 735.

14. Ионов А.Д. Оценка переходных помех ыелду нерегулярными симметричными цепями вследствие отражений. Тезисы докл.обл. Ш, - H., 1985.

15. Ионов \,Д. К оценке качества нерегулярных цепей по входному коэффициенту отражения. Тезисы докл. респ. НТК, Ташкент, 1985.

16. Ионов А.Д. К расчету помех в нерегул^фных кабельных Цепях при передаче сигналов ИКМ. Тезисы докл. НТК, Н.,1986.

1*7. Ионов А.Д. К вопросу оптимального проектирования кабелей связи заданного качества. Тезисы докл. обл. НТК., К., 1986.

18. Ионов А.Д. Влияние случайных нерегулярноетей кабель- . ных цепей на качество передачи сигналов ДСП. Тезисы докл. всесоюзн. НТК "Проблемы развития ДСП", Н., 1987.

19. Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи. Учебное пособие для Вузов.-И.: Радаз и связь, 1990. - 168 с.

20. Ионов А.Д. Статистически нерегулярные электрические

и оптические кабели связи. - Т.: Радио и связь, 1990. - 231с.

21. Ионов А.Д. Искажения и помехи при передаче импульсных сигналов по статистически нерегулярным цепям. В сб."Проблемы защиты систем передачи информации от электромагнитного влияния на железнодорожном транспорте", Омск, 1991.

Подписано в печать 17.02.92г.Бумага писчая »I.Формат бумаги 62: I/I6. Зах,$ 57.Уч.изд.л. I,*?. Тнрая-ЮОэкэ. Типография Н31С, Кирова, 86.