Введение к работе
Актуальность работы. Бурное развитие цифровой вычислительной техники естественным образом породило острую потребность в средствах аналогово-цифрового преобразования (АЦП). Распространёнными устройствами для выполнения аналогово-цифрового преобразования являются цифровые преобразователи угла (ЦПУ). Такие устройства находят своё применение в приборостроении, робототехнике, радио- и лазерной локации, различных системах связи и навигации, управления движением и пр.
Современные ЦПУ строятся на основе различных физических принципов. В соответствии с физическими методами считывания информации ЦПУ можно разделить на шесть групп: контактные, пневмоакустические, электромагнитные, электростатические, фотоэлектрические и прочие (магнитоэлектрические, тепловые и др.). Наиболее перспективными на данный момент являются фотоэлектрические ЦПУ.
Значительный вклад в развитие ЦПУ внесли работы отечественных учёных Домрачева В.Г., Мейко B.C., Городецкого A.E., Кривенкова В.В., Месь- кина И.В., Ожиганова А.А., Прибыткина П.А., Шарина Ю.С. и др. Однако зачастую под развитием средств ЦПУ подразумевается исключительно повышение точности и надёжности преобразователей. В последнее время особенную актуальность приобрела принципиально новая задача повышения разрешающей способности при одновременном уменьшении массо-габаритных характеристик ЦПУ.
В тех случаях, когда не накладывается ограничений на массо-габаритные характеристики преобразователя, существует множество методов решения задачи повышения разрешающей способности. Однако задача повышения разрешающей способности преобразователя при одновременном уменьшении его массо-габаритных характеристик остаётся открытой. В силу конструктивных особенностей преобразователей, решение этой задачи напрямую связано с проектированием кодовой шкалы (КШ) ЦПУ. Основной функциональной частью КШ является её кодирующая маска (КМ). Именно сложность процесса синтеза КМ, в основном, определяет сложность проектирования как КШ, так и ЦПУ в целом.
Логическим представлением маски КШ является двоичный код. Обычно в качестве такого кода используется обыкновенный двоичный код или код Грея. При этом, число информационных кодовых дорожек как правило равно разрядности преобразователей, что негативно влияет на массо-габаритные характеристики ЦПУ.
Известны более технологичные по сравнению с классическими КШ псевдослучайные кодовые шкалы (ПСКШ), информационный рисунок единственной кодовой дорожки (КД) которых выполнен в соответствии с символами двоичной линейной рекуррентной последовательности. Однако ПСКШ могут быть использованы только для пострения на их основе ЦПУ малой разрядности.
Развитием ПСКШ являются псевдорегулярные кодовые шкалы (ПРКШ), позволяющие в заданных габаритах ЦПУ всего на нескольких КД (до 5) реализовать разрешающую способность до 20 двоичных разрядов.
Синтез псевдорегулярных КШ является трудоёмкой задачей и до настоящего времени выполнялся вручную. При этом, получаемый результат не давал разнообразия вариантов масок, необходимых для эффективного проектирования. Поэтому актуальной является проблема разработки методов и алгоритмов синтеза псевдорегулярных КШ и автоматизации процесса их проектирования. Такие КШ позволили бы на своей основе создавать ЦПУ с улучшенными массо-габаритными и технологическими характеристиками.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов и алгоритмов для синтеза псевдорегулярных кодовых шкал цифровых преобразователей угла с улучи юным и массогабаритными характеристиками.
Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:
-
Провести анализ методов построения кодовых шкал современных цифровых преобразователей угла.
-
Осуществить поиск новых классов двоичных последовательностей пригодных для построения информационных рисунков псевдорегулярных кодовых шкал.
-
Разработать методы и алгоритмы автоматизированного синтеза псевдорегулярных кодовых шкал на основе найденных двоичных последовательностей.
-
Разработать структуру и программный код САПР псевдорегулярных кодовых шкал цифровых преобразователей угла.
Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:
-
-
Предложен метод синтеза полного множества порождающих полиномов М-последовательностей с одинаковым периодом на основе одного заданного с улучшенными показателями вычислительной сложности.
-
Разработан алгоритм получения индексов децимации, используемый как основной этап в методе построения порождающих полиномов М-последовательностей .
-
Предложен метод синтеза псевдорегулярных кодовых шкал на основе М-последовательностей.
-
Разработан алгоритм синтеза полного множества двоичных последовательностей де Брейна заданной степени.
-
Предложен метод синтеза псевдорегулярных кодовых шкал на основе двоичных последовательностей де Брейна.
-
Предложен метод синтеза псевдорегулярных кодовых шкал на основе комбинации М-последовательностей и двоичных последовательностей де Брейна.
-
Предложена структура и разработан программный код системы автоматизированного проектирования псевдорегулярных кодовых шкал ЦПУ.
Практическая значимость. Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы для синтеза масок кодовых шкал, позволяющих строить на своей основе ЦПУ с улучшенными массо-габаритными и технологическими характеристиками. Разработанные методы и алгоритмы являются научной основой для создания САПР псевдорегулярных масок кодовых шкал ЦПУ.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
-
-
-
Метод синтеза полного множества порождающих полиномов М-последовательностей с одинаковым периодом на основе одного заданного.
-
Алгоритм синтеза полного множества двоичных последовательностей де Брейна заданной степени.
-
Методы синтеза круговых псевдорегулярных кодовых шкал на основе М-последовательностей, двоичных последовательностей де Брейна и их комбинаций.
4. Структура и программный код системы автоматизированного проектирования псевдорегулярных кодовых шкал ЦПУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и результаты исследований докладывались на различных конференциях, в том числе на I и II Майоровских чтениях в НИУ ИТМО (2010г., 2011г., СПб), VIII конференции молодых ученых НИУ ИТМО (2011 г., СПб), XL и XLII научных и учебно-методических конференциях в НИУ ИТМО (2011 г., 2013 г., СПб), V Научно-технической конференции молодых специалистов по радиоэлектронике в ОАО "Авангард"(2012 г., СПб).
Публикации. Теоретические и практические результаты, представленные в диссертации, отражены в 7 научных работах, в том числе входящие в список рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций [1-3], сборники трудов сотрудников кафедры ВТ НИУ ИТМО [4, 5], сборники трудов конференций и тезисов докладов [6, 7].
Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с научных руководителем, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографии и 7 приложений. Общий объем диссертации 173 страницы, из них 128 страниц текста, включая 17 рисунков. Библиография включает 67 наименований на 8 страницах.
Похожие диссертации на Методы автоматизированного синтеза псевдорегулярных кодовых шкал цифровых преобразователей угла
-
-
-
