Патент на изобретение №2348112

(54) ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ ПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА

(57) Реферат:

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи сигналов для уменьшения интенсивности потоков от устройств измерения аналоговых сигналов. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности. В изобретении допуск на изменение сигнала устанавливается относительно текущего запомненного уровня сигнала, что позволяет считать изменения сигнала в пределах ±Е на горизонтальном участке не существенными изменениями и отсчеты сигнала в линию связи не передавать. Технический результат достигается путем слежения за поведением информационного сигнала так, чтобы иметь возможность устанавливать допуск ±Е на изменение сигнала относительно предыдущего значения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в системах передачи сигналов для уменьшения интенсивности потоков от устройств измерения аналоговых сигналов.

Известно устройство преобразования непрерывной звуковой информации в цифровую (патент №3795900, 1974 г.). Сущностью работы устройства является аналого-цифровое преобразование сигнала методом сравнения текущего значения сигнала с предыдущим.

Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками заявленного изобретения, является наличие блока памяти и блока сравнения.

Причиной, препятствующей получению технического результата, является отсутствие возможности сжатия данных, что сужает его функциональные возможности.

Известна импульсно-кодовая передающая система для передачи аналоговых сигналов (авторское свидетельство №1081789, 1982 г.). Сущностью работы устройства является то, что входной сигнал подвергается дельта-модуляции, анализируется в соответствии с апертурой и преобразуется в импульсно-кодово-модулированный сигнал. При этом значение входной величины передается только тогда, когда произойдет превышение сигнала над апертурой.

Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками заявленного изобретения, является наличие блока памяти, блока сравнения.

Причиной, препятствующей получению технического результата, является низкое быстродействие из-за присутствия в устройстве аналоговых элементов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является импульсно-кодовая передающая система (авторское свидетельство №1589398, 1990 г.).

Суть изобретения заключается в том, что основой устройства сжатия нулевого порядка служит аналого-цифровой преобразователь. Апертура задается значением, кратным кванту младшего разряда АЦП, при этом факт смены хотя бы одного разряда АЦП свидетельствует о выходе сигнала за пределы апертуры.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие блока аналого-цифрового преобразования, блока памяти, формирователя импульсов и блока сравнения.

Причиной, препятствующей получению технического результата, является низкая помехозащищенность из-за фиксированной апертуры, когда допуск на изменение сигнала не привязан к текущему уровню сигнала.

Задачей заявляемого изобретения является повышение помехозащищенности системы.

Технический результат достигается за счет применения в системе аналого-цифрового преобразователя (АЦП), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала, выходы разрядов АЦП соединены с информационными входами регистра, и блока сравнения, первые информационные входы которого являются входами апертуры системы, вторые информационные входы которого являются выходами формирователя импульсов, входы которого подключены к выходам соответствующих младших разрядов АЦП, тактовый вход которого является тактовым входом системы, а выход готовности разрешающим входом блока сравнения, а также за счет того, что в устройство добавлен второй блок сравнения, первые информационные входы которого подключены к информационным выходам регистра, которые являются выходами системы, вторые информационные входы второго блока сравнения подключены к выходам АЦП, выход блока сравнения соединен с разрешающим входом второго блока сравнения, выход которого соединен с входом разрешения записи регистра. Причем второй блок сравнения выполнен на счетном триггере, счетчике, элементах И, элементах ИЛИ, элементе сравнения, входы которого являются входами блока, первый выход которого соединен с первыми входам второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с первыми входами третьего и второго элементов ИЛИ соответственно, второй выход элемента сравнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса счетчика, выход которого является входом счетного триггера и вторым входом первого элемента И, первый вход которого соединен с разрешающим входом блока, выход первого элемента И является вторым входом первого элемента ИЛИ, первый выход счетного триггера соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, второй выход счетного триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход четвертого элемента И является вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с счетным входом счетчика, третий выход элемента сравнения соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход пятого элемента И является вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока.

Поставленная задача достигается путем слежения за поведением информационного сигнала так, чтобы иметь возможность устанавливать допуск ±Е (где Е – апертура) на изменение сигнала относительно предыдущего значения. В прототипе реализован метод сжатия нулевого порядка с фиксированной апертурой, когда граничные уровни устанавливаются безотносительно к текущему уровню сигнала. И тогда незначительные (меньше, чем ±Е) изменения в сигнале на горизонтальном участке около фиксированного граничного уровня будут свидетельствовать о якобы существенном изменении сигнала, и эти отсчеты будут передаваться. В заявленном изобретении реализован метод сжатия нулевого порядка с плавающей апертурой, что свидетельствует о повышении помехозащищенности нового устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что сжатие апертурным алгоритмом нулевого порядка с плавающей апертурой характеризуется тем, что в линию связи значение входной величины выдается только тогда, когда сигнал изменился относительно предыдущего переданного значения, принимаемого за текущее, на величину апертуры Е. Если допуск на изменение сигнала устанавливается относительно текущего уровня сигнала, то изменения сигнала в пределах ±Е на горизонтальном участке не будут свидетельствовать о существенном изменении и отсчеты сигнала передаваться не будут. Таким образом повышается помехозащищенность устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 – схема второго блока сравнения; на фиг.3 – временная диаграмма работы второго блока сравнения; на фиг.4 – временная диаграмма работы устройства и график формирования существенных выборок.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, в состав которого входят:

1 – аналого-цифровой преобразователь;

2 – источник аналогового сигнала;

3 – регистр;

4 – формирователь импульсов;

5 – блок сравнения, включающий в себя группу элементов И 6 и элемент ИЛИ 7;

8 – тактовый вход;

9 – входы апертуры;

10 – второй блок сравнения.

Второй блок сравнения 10 (фиг.2) содержит элемент сравнения 11, счетный триггер 17, элементы И 12-16, элементы ИЛИ 18-20, счетчик 21.

Система работает следующим образом.

На тактовый вход 8 подаются импульсы с высокой частотой, АЦП при этом преобразует входной аналоговый сигнал. В исходном состоянии в системе регистр 3 и счетчик 21 находятся в нулевом состоянии, а счетный триггер 17 в единичном. Единичное состояние счетного триггера 17 разрешает прохождение импульсов через элементы И 14 и И 16, запрещает через элементы И 13 и И 15. Пусть, например, апертура Е задана равной кванту младшего разряда преобразователя 1, тогда при изменении младшего разряда преобразователя 1 на выходе формирователя импульсов 4 появляется импульс положительной полярности. Присутствие положительного уровня на первом и третьем входах элемента И 6.1 разрешает прохождение сигнала со второго входа элемента И 6.1 на первый вход элемента ИЛИ 7 блока сравнения 5 и далее на вход разрешения второго блока сравнения 10. При этом второй блок сравнения 10 сравнивает текущее значение сигнала и запомненное в регистре 3.

Если текущее значение сигнала больше запомненного в регистре 3, то на третьем выходе элемента сравнения 11 появится импульс положительной полярности, который пройдет через элементы И 16 и ИЛИ 20 на выход второго блока сравнения 10 и разрешит запись текущего значения сигнала в регистр 3 (см. выборки 1-4 фиг.3 и 4). В момент выборки 5, когда текущее значение сигнала станет меньше запомненного в регистре 3, импульс положительной полярности появится на первом выходе элемента сравнения 11 и, пройдя через элементы И 14 и ИЛИ 19, поступит на счетный вход счетчика 21, чем установит в нем значение, равное единице. В момент выборки 6 импульс положительной полярности появится на втором выходе элемента сравнения 11 и, пройдя через элемент ИЛИ 18, поступит на вход сброса счетчика 21. Счетчик 21 сбросится в ноль. Работа второго блока сравнения 10 в момент выборки 7 аналогична работе для момента выборки 5 (см. фиг.3 и 4). Если текущее значение сигнала два раза подряд будет меньше значения, запомненного в регистре 3 (это говорит о выходе сигнала за пределы установленного допуска), то на выходе счетчика 21 появится уровень логической единицы, который установит счетный триггер 17 в ноль, чем запретит прохождение импульсов на выходы элементов И 14 и И 16 и разрешит на выходы элементов И 13 и И 15, что позволит импульсу с первого выхода схемы сравнения 11 пройти через элементы И 13 и ИЛИ 20 на выход второго блока сравнения 10 (см. выборка 8 фиг.3 и 4) и разрешить запись текущего значения сигнала в регистр 3. Присутствие уровня логической единицы на выходе счетчика 21 также разрешит прохождение импульса с первого входа элемента И 12 на второй вход элемента ИЛИ 18 и далее на вход сброса счетчика 21. Счетчик 21 сбросится в ноль. В моменты выборок 9 и 10 на первом выходе элемента сравнения 11 появится импульс, который пройдет через элементы И 13 и ИЛИ 20 на выход второго блока сравнения 10 и разрешит запись текущего значения в регистр 3. В момент выборки 11 импульс появится на третьем выходе элемента сравнения 11 и, пройдя через элементы И 15 и ИЛИ 19, поступит на счетный вход счетчика 21, чем установит в нем значение, равное единице. Работа второго блока сравнения 10 в момент выборки 12 аналогична работе для момента выборки 6 (см. фиг.3 и 4).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет установить допуск ±Е на отклонение сигнала относительно текущего уровня сигнала. В отличие от аналога, незначительные изменения сигнала из-за помех, меньшие чем ±Е, на горизонтальных участках в районе граничного уровня не свидетельствуют о существенности сигнала и отсчеты 5, 6, 7, 11, 12 (см. фиг.4) в линию связи не предаются. Следовательно, помехозащищенность и информативность заявляемого устройства повышаются.

По вопросу внедрения устройства получены определенные результаты. На базе НКБ «Миус» Таганрогского технологического института Южного Федерального университета разработан на начальном этапе действующий макетный образец, а затем и опытный образец. В данном случае устройство разработано как часть телеметрического комплекса, поставляемого в РКК «Энергия».

Формула изобретения

1. Импульсно-кодовая передающая система, содержащая аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала, выходы разрядов АЦП соединены с информационными входами регистра, блок сравнения, первые информационные входы которого являются входами апертуры системы, вторые информационные входы которого являются выходами формирователя импульсов, входы которого подключены к выходам соответствующих младших разрядов АЦП, тактовый вход которого является тактовым входом системы, а выход готовности – разрешающим входом блока сравнения, отличающаяся тем, что в нее введен второй блок сравнения, первые информационные входы которого подключены к информационным выходам регистра, которые являются выходами системы, вторые информационные входы второго блока сравнения подключены к выходам АЦП, выход блока сравнения соединен с разрешающим входом второго блока сравнения, выход которого соединен с входом разрешения записи регистра.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй блок сравнения выполнен на счетном триггере, счетчике, элементах И, элементах ИЛИ, элементе сравнения, входы которого являются входами блока, первый выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с первыми входами третьего и второго элементов ИЛИ соответственно, второй выход элемента сравнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса счетчика, выход которого является входом счетного триггера и вторым входом первого элемента И, первый вход которого соединен с разрешающим входом блока, выход первого элемента И является вторым входом первого элемента ИЛИ, первый выход счетного триггера соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, второй выход счетного триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход четвертого элемента И является вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с счетным входом счетчика, третий выход элемента сравнения соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход пятого элемента И является вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока.

РИСУНКИ