Введение к работе
Актуальность работы
Современные системы распределения и передачи информации являются цифровыми. Основные параметры цифровых систем - верность и скорость передачи информации - в существенной мере зависят от характеристик действующих в канале помех.
Поиск оптимальных путей повышения качества работы систем в условиях действия электромагнитных помех должен осуществляться в двух основных направлениях:
повышения помехозащищёности и помехоустойчивости систем радиотехники и связи;
снижения энергии помех в их источниках и среде распространения.
В общем случае должно быть найдено комплексное решение в виде совокупности технически обоснованных и экономически целесообразных мероприятий как по повышению помехоустойчивости систем, так и улучшению по-меховой обстановки на объекте.
Среди помех различной природы особое место занимают индустриальные помехи. В большинстве случаев причиной их возникновения являются резкие изменения напряжений и токов в сети электропитания. При этом поме-ховая обстановка в сети электропитания не только отражает общую электромагнитную обстановку (ЭМО) на объекте, но и в большинстве случаев определяет её. Сказанное обуславливает необходимость измерения помех в сетях электропитания и использование результатов измерения для последующей оценки качества работы цифровых устройств (ЦУ).
В настоящее время достаточно полно отработана методология измерений и испытаний ЭМО на основе методов анализа с применением узкополосного фильтра. Данный метод успешно используется для выбора методов защиты от помех при радиоприеме.
Существует множество путей проникновения импульсных помех в устройства связи (рецептор*). Довольно часто помеха проникает через источник питания, вызывая при этом сбой ЦУ. Длительность данных помех может изменяться в довольно больших пределах: от сотен микросекунд до нескольких наносекунд.
* Под рецептором здесь и далее будем понимать любое техническое устройство, реагирующее на электромагнитный сигнал и (или) на электромагнитную помеху.
Стандартные узкополосные методы и средства измерения импульсных помех позволяют фиксировать помехи с длительностью, лежащей в миллисе-кундном диапазоне.
В последнее время все большее распространение получают системы интегрального обслуживания и в том числе широкополосные системы, поэтому представляет интерес измерение помех всё более короткой длительности. Для этой цели требуется использование широкополосных методов измерения импульсных помех. Однако широкополосные методы и средства в настоящее время не стандартизованы для применения при исследовании помех сетей электропитания. Широкополосные измерительные приборы серийно не выпускаются. Анализ возможностей существующих несерийных устройств указывает на необходимость совершенствования их характеристик, а также на целесообразность автоматизации процессов измерения и обработки результатов контроля.
Контроль ЭМО является не только самостоятельной задачей, но и необходимым условием решения других вопросов. А именно, контроль ЭМО в первичной сети электропитания может быть использован для оценки вероятности неправильного приёма. Решению вопросов оценки вероятности неправильного
приёма РІНІ Ueblx) посвящены работы Бородина Л.Ф., Шувалова В.П. Однако в них импульсные помехи представлены в виде одиночной помехи с заданным распределением амплитуд на входе рецептора. При этом не учитывается природа возникновения помехи и влияние на параметры этой помехи характеристик источника питания и среды распространения.
В ситуации, когда на объекте одновременно работают несколько рецепторов, экономически эффективным представляется контроль помеховой обстановки в одной точке первичной сети с последующей оценкой вероятности сбоя для каждого рецептора.
Рассматривая влияние на вероятность сбоя рецептора импульсной поме-
хи сети электропитания, характеризующейся вектором X, следует отметить, что уровень помехи на входе рецептора в этом случае будет зависеть от многих факторов, в частности, от амплитуды, длительности и момента появления помехи в первичной сети.
Для определения вероятности сбоя при действии импульсной помехи
первичной сети Р(Н I X} необходимо пересчитать помеху из первичной сети электропитания во вторичную (найти Umx) и далее, используя
—>
РуН I Ugblx) для известного рецептора, определить Р(Н I X).
При этом параметры помехи могут измеряться в различных точках тракта питания (рис.1), а именно, на выходе блока питания, на его входе или на некотором удалении от точки подключения рецептора в сеть. Результаты контроля, в конечном счёте, следует использовать для определения амплитуды импульсной помехи, поступающей на рецептор.
БПЬ3
Контролируя помеху в точке «а», мы имеем возможность определить амплитуды помех, поступающих на все рецепторы, источники которых подключены через точку «а». Соответственно, контролируя параметры помехи в точке «Ь», мы можем пересчитать эту помеху в точку «с». При этом для анализа прохождения помехи, поступающей в точку «а», воспользуемся методом Рлс' ! Точкн контроля помех
ДеКОМПОЗИЦИИ И рассмотрим ОТДЄЛЬ- ІШ - источник помех; БП - блок питания,
u u Р -рецептор; К - устройство контроля;
но участки ab и be. v v v ' F v
J рэс -участок распределительнон электрической сетп
Рассмотренные выше задачи являются актуальными, поскольку способствуют повышению качества работы цифровых широкополосных систем интегрального обслуживания.
Цель диссертации. Разработка комплекса научно-технических решений, обеспечивающих исследование помеховой обстановки в сетях электропитания объектов связи и определение напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания.
Основные задачи: - разработка методик исследования помех в сетях электропитания объектов связи;
разработка и практическая реализация аппаратуры контроля поме-ховой обстановки в сетях электропитания, ориентированной на обеспечение оценки вероятности сбоя в широкополосной цифровой системе;
разработка математических моделей участка сети и блока питания, позволяющих анализировать процессы распространения импульсных помех в сетях электропитания;
разработка методов определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории вероятности, математической статистики, машинного моделирования и теории цепей с распределенными параметрами. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных измерительных средств и разработанной диссертантом аппаратуры контроля.
Научная новизна:
разработана математическая модель блока питания, используемая для оценки степени подавления импульсных помех;
получены количественные оценки зависимости коэффициента передачи блока питания от длительности импульсных помех;
разработан алгоритм и программа расчёта на ЭВМ параметров передачи участка электрической сети, представленного симметричной неэкраниро-ванной парой в среде, отличной от идеальной; получены численные значения параметров передачи электрических сетей, выполненных на основе широко используемых силовых проводов типа АППВ; проведены экспериментальные исследования, подтверждающие правильность предложенной модели участка сети;
получены количественные оценки изменений параметров импульса помехи при прохождении по участку электрической сети;
предложена методика исследования помеховой обстановки в сетях электропитания объектов;
предложены методики определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.
Практическая ценность
Разработана модель стандартного блока питания, с помощью которой можно оценить как прохождение импульсных помех из первичной электрической сети переменного напряжения во вторичную сеть питания постоянного напряжения, так и влияние импульсных помех, возникающих в первичной сети электропитания, на работу рецептора.
Разработана программа расчёта параметров передачи силовых проводов и кабелей в широком диапазоне частот с учётом свойств среды прокладки.
Результаты проведённых исследований позволили создать аппаратуру котпроля, реализующую предложенную методику контроля помеховой обстановки и обладающую рядом преимуществ по сравнению с существующими аналогами.
Практическая реализация
На основе диссертационной работы осуществлена разработка и внедрение аппаратуры контроля и регистрации помех сети электропитания на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
Всесоюзной научно-технической конференции "Цифровые системы передачи городских и сельских сетей связи - ЦСП-92"( Новосибирск, 1992 г.);
Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы связи" (Москва, 1989 г.);
Российской научно-технической конференции " Информатика и проблемы телекоммуникаций" (Новосибирск, 1996 г.);
На семинарах кафедр технической электроники и линий связи НЭИС (Новосибирск, 1993-1995 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, результаты работы отражены в двух отчетах по НИР.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертационная работа содержит 189 страниц, из них 32 страницы рисунков, графиков, таблиц, 13 страниц списка литературы, включающего 141 наименование и 35 страниц приложений.
Основные результаты, представляемые к защите:
Алгоритм и результаты исследования параметров передачи силовых проводов в широком диапазоне частот.
Модель блока питания и результаты оценки степени подавления импульсных помех.
Методики и результаты исследования импульсных помех в сетях электропитания.
Методики определения напряжения импульсных помех, поступающих на рецептор через цепи питания, и оценки вероятности сбоя рецептора.
Аппаратура контроля и регистрации помех сети электропитания.
