Вербицький О. С., Лукашенко А. Г., Рудаков К.С., Лукашенко В. М.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

Джерело аперіодичної функції для визначення дальності методом антикореляційної обробки інформації

З розвитком аеронавігації, космічної техніки і робототехнічних комплексів розробникам систем управління та контрольно-вимірювальних комплексів доводиться вирішувати ряд задач по визначенню дальності до об'єкту різноманітними методами апаратурної реалізації.

Для визначення відстані до об'єкту широко використовують кореляційні системи [1], які найбільш вдало підходять для вирішення подібних задач. Принцип обробки в кореляційних системах оснований на вимірюванні затримки в часі при передачі інформації, яка пропорційна значенню відстані.

Незручність функції кореляції, наприклад, для систем при сліпій посадці літака, полягає у тому, що вона має максимальне значення при часовій затримці сигналу, яка дорівнює нулю. Це означає, що малий відтік від передаючої антени до приймальної може затінити великий відображений сигнал, але затриманий у часі від дальнього об'єкту. Також малий відображений сигнал від близького об'єкту, може затінити великий об'єкт, розміщений далеко [2].

Така властивість функцій привела до необхідності пошуку функції, яка починає з нуля на нульовій відстані та монотонно збільшується до максимальної величини на нескінченній відстані.

Така функція була запропонована Хортоном і названа "антикореляційною" [2]. При апаратній реалізації визначають усереднену квадратичну величину віднімання між значенням функції та її затриманим видозміненням.

Математична модель "антикореляційної" функції має наступний вигляд:

(1)

Завдяки тому, що перший доданок згідно [2] дорівнює нулю, тоді формулу (1) можно записати таким чином:

(2)

або

(3)

Отже, "антикореляційна" функція є додатком до функції кореляції.

Кореляційні системи, що модульовані періодичною функцією, дають неоднозначний відлік для об'єктів, при затримці в часі більш ніж на період повторення. Усунення неоднозначності в системах вимірювання дальності забезпечується тим, що спектр модулюючого сигналу створюють як негармонійний ряд. Одним із способів формування аперіодичної функції є застосування випадкових флуктуаційних шумів у якості модулюючої функції.

Питанням побудови підсистем вимірювання відстані та дальності присвячений ряд робіт В.М. Кунцевіча, В.П. Тарасенко, І.Н. Белоглазова, А.А. Красовскова, А.Я. Хинчина, Ф. Ланге, Г.І. Нікітіна, С.І. Баскакова, Б.М. Хортона та ін.

Але в публікаціях недостатньо зображені технічні рішення проблем, які використовують сучасні мікро-, нанотехнології або нову елементну базу.

Відомо, що закон по якому кореляція між переданим і відображеним сигналами залежить від частотних компонентів у спектрі модулюючого сигналу [3].

В роботі [3] запропонований антикореляційний метод обробки інформації, апаратурна реалізація якого включає генератор низькочастотного шуму та генератор несучої частоти, модулятор, автодин, змішувач, обмежувач амплітуди та лінійний дискримінатор.

Відомо, що не всі первинні джерела випадкових сигналів дозволяють отримати шуми з рівномірним спектром і достатньою потужністю в області низьких і інфранизьких частот.

Тому в даній роботі запропонована структурна схема генератора шуму (рис. 1), в якій використаний метод переносу спектра шуму в область низьких частот, оснований на пропусканні шуму від джерела через нелінійну ділянку з постійними параметрами.

Рисунок 1– Структурна схема генератора низькочастотного шуму

Процес формування вихідного сигналу здійснюється наступним чином. При проходженні початкового шуму через нелінійний елемент спектр шуму збагачується, тому-що з’являються складові спектру, що лежать в області нульових частот і частот, кратних середній частоті вхідного сигналу. Відфільтрувавши високочастотні складові, отримаємо інфранизькочастотний шум. Глибоке обмеження являється ефективним засобом стабілізації характеристик генеруючих шумів. Застосовуючи в якості нелінійного елементу пускову схему, можливо при відносно малому рівні шумового сигналу на її вході отримати досить сильний вихідний сигнал. При цьому ширина спектру вихідного сигналу легко регулюється за рахунок зміни рівня спрацювання обмеженого пристрою [3].

Апаратурна реалізація генератора шуму може бути виконана або на дискретних елементах (наприклад, широко розповсюджені елементи: стабілітрон VD814, транзистори КТ315, операційні підсилювачі 140УД2, стіковий повторювач [4]) або на єдиному кристалі при використанні сучасних мікро-, нанотехнологій, що дозволить підвищити надійність пристрою на три - чотири порядки [2].

Отже, шляхом аналізу систем визначення дальності встановлено, що підвищення техніко-економічних показників висотомірів при обробці інформації приводить до адекватного підвищення ефективності досліджуваних систем, що функціонують в реальному часі.

Висновки:

1. Проведено аналіз та синтез систем обробки інформації для визначення відстані до об’єкту.

2. Визначена аперіодична модулююча функція в системі з антикореляційним методом обробки інформації.

3. Запропонована структурна схема генератора низькочастотного шуму.

4. Рекомендована елементна база для апаратурної реалізації генератора аперіодичної модулюючої функції.

Література

1. Белоглазов И. Н., Тарасенко В. П. Корреляционно-экстремальные системы. М., «Сов. радио», 1974,392 с.

2. Horton B.M. Noise-Modulated Distance Measuring Systems Proc. IRE, Vol. 47 (1959), №5, p. 821-828.

3. Лукашенко В.М., Лега Ю.Г., Шарапов В.М., Шеховцов Б.А. Аппаратурная реализация антикорреляционной обработки шумового сигнала. // Вестник ХГТУ. –2000.-№2(8). – С. 159-161.

4. Дятлов В.А., Калинин Б.Ф. Генератор низкочастотного шума с нормальным законом распределения //Системы управления. -1978. Вып. 3. Томск:ТУ. - С. 177-180.

5. Буняк А. М. Електроніка та мікросхемотехніка: Навч. Посібник для вищих учбових закладів: - Київ - Тернопіль: ТДТУ, 2001, – 382 с.