В ряде систем телемеханики имеется промежуточный вариант управления, который условно можно отнести к использованию обратного канала по методу комбинированной обратной связи. В таких системах посланная на КП за адресом объекта команда в случае необнаружения ошибки сразу же принимается к исполнению. С объекта на ПУ всегда посылается адресное сообщение о принятой команде или об изменении состояния объекта. Если ни один из объектов не изменил своего состояния, то по обратному каналу ничего не посылается. В то же время некоторые системы телемеханики последних выпусков указывают, что разработчики пытаются приблизиться к классическим методам использования обратного канала для повышения помехоустойчивости.

§ 5.7. Помехоустойчивость передачи телеизмерений

Помехоустойчивость передачи пепрерывпых телеизмерепий. В телеизмерении часто передаются непрерывные и плавно изменяющиеся во времени функции. Помехи в канале связи искажают сигнал, в результате чего принятая функция X'(t) отличается от переданной X(t) в каждый момент времени (рис. 5.11, а). Для каждого момента времени I, ошибка телеизмерения 5; = /.'(t,) — /.'(t,). Если определение мгновенных значений ошибки произвести ддя большего числа точек, в которых ошибки независимы друг от друга, можно найти среднюю 5ср и среднеквадратичную 5СКошибки по формулам

где п — число замеров.

Если передаваемая функция X(t)«C (рис. 5.11, б), то 5ср представляет собой постоянную составляющую ошибки, а бск является мерой отклонения ошибки относительно уровня С+ 5ср . На выходе системы ТИ обычно устанавливают узкополосные усредняющие устройства (инерционные приборы, фильтры и т. и.), которые сглаживают сигнал ошибки. Ошибка на выходе такого устройства обычно подчиняется закону нормального распределения вероятности, который полностью характеризуется средними и среднеквадратичными значениями. При наличии помех стрелка регистрирующего прибора отклоняется на величину 5ср (из положения I в положение II на рис. 5.12). Кроме того, происходят хаотические колебания стрелки относительно нового ее положения, причем амплитуда этих колебаний пропорциональна среднеквадратичной ошибке 5СКЭти хаотические колебания уменьшаются при увеличении постоянной времени цепи выходного прибора, однако значение средней ошибки остается постоянным. При нормальном распределении ошибок вероятность ошибки, превышающей заданное значение 5ц легко определить с помощью формулы

имнульсной модуляцией (ВИМ) при сильных и слабых флуктуационных помехах. На рис. 5,13, а изображена форма сигнала системы ТИ с времяимнульсной модуляцией (ВИМ) без помех (сплошная линия) и искаженного помехами (нунктир). Приемник отмечает момент появления имнульса, когда напряжение сигнала (или сигнала с помехой) достигает некоторого порогового уровня Unop. Информация в такой системе передается временным интервалом между принятым сигналом и тактовой точкой (на рис. 5.13, а она расположена в начале координат), которая или известна на приемной стороне, или передается с помощью специального сигнала. Аппроксимируя фронт импульса прямыми, из треугольника АВС (рис. 5.13, а) можно определить сдвиг фронта импульса:

Отрезок ВС равен мгновенному значению помехи 11цск в момент времени t. Тангенс угла САВ равен крутизне фронта имнульса, искаженного помехами. При слабых помехах это значение приблизительно равно крутизне импульса S в точке В. Чем круче фронт импульса, тем меньше ошибка. Крутизна фронта возрастет пропорционально полосе частот (рис. 5.13, б, в).

При расширении полосы частот повышается и действующее напряжение помехи, однако оно растет пропорционально корню квадратному из полосы \Г канала, т. е. медденнее, чем крутизна фронта. Поэтому величина At, представляющая собой абсолютную ошибку (погрешность) телеизмерения, уменьшается с ростом ширины полосы частот. Отношение At к девиации имнульса Т называют приведенной ошибкой при времяимнульсной модуляции:

Подставляя из (5.33) значениеА!в (5.34), получаем

Так как Un(t) — случайная величина, то 5пр — также случайная величина. Можно доказать, что уравнение (5.35) справедливо и для среднеквадратичных значений:

где иП.ск — среднеквадратичное напряжение помехи в полосе частот Af входного фильтра.

Рис, 5J3, Определение ошибок, возни­ кающих or помех, в системе телсиэкере» вив с времяимпульсиой модуляцией:

а — при МИННМсЦ'ТЬНО допустимой полосе частот; <.> —при расширенны полосы частот до олтиэиалЪгЫой; а — при чрезмерном рас­ тяжении полосы частот

Известно, что крутизна фронта 5 равна отношению амплитуды сигнала к длительности фронта:

Дтя опреде тения Тф можно воспользоваться соотношением Тф = p/Af. Тогда

и выражение (5.36) преобразуется к виду

Обозначая А/Г=у и принимая во внимание, что оти = U c/Un_(B полосе частот А/), можно записать

Из уравнения (5.40) следует, что ошибка за счет слабых флуктуационных помех уменьшается при расширении полосы частот, так как при этом фронт импульса растет быстрее, чем эффективное напряжение помехи.

Таким образом, расширение полосы частот приемника увеличивает помехоустойчивость передачи при слабых помехах. То же происходит и при всех других видах модуляции (за исключением амплитудной модуляции). При амплитудной модуляции расширение полосы частот приводит к ухудшению помехоустойчивости.

Анализ показывает, что расширение полосы частот при ВИМ увеличивает помехоустойчивость только до определенного предела. При дальнейшем расширении полосы напряжение помех увеличивается настолько, что возникает относительно большая вероятность появления отдельных выбросов флуктуационного щума, превышающих пороговый уровень (случай относительно сильных помех). Следствием таких выбросов, если они возникают до появления рабочего имнульса, является большая ошибка, обусловленная тем, что приемник воспринимает выброс щума как рабочий имнульс (рис. 5.13, б). Кроме резкого увеличения среднеквадратичной ошибки появляется значительная средняя ошибка, так как все ошибки за счет появления выбросов будут иметь один и тот же знак. Максимальная ошибка (100 %) получится, если выброс помехи возник в самом начале цикла работы, а рабочий имнульс находился в конце интервала. При сильных помехах система становится неработоспособной. Зависимость среднеквадратичной ошибки при ВИМ от коэффициента широкополосности у при оТИ = const показана на рис. 5.14. Как видно из рисунка, имеется оптимальное значение у при котором ошибка будет ми­ нимальной. Аналогичные зависимости 5ск = f получаются также для ЧИМ и ШИМ.

Практическая реализация оптимальной полосы частот нередко встречает технические трудности, если полоса AF мала, т. е. в системах с малым быстродействием. Помехоустойчивость таких систем значительно ниже возможной.

где Prp max — уровень максимальной мощности на входе приемника, a P n&F — уровень помех на входе приемника в полосе частот AF.

Амплитудпая модуляция с передачей одпой боковой полосы (ОБП).

Результирующее выражение для уровня максимальной мощности запишется в виде

Из сравнения выражений (5.43) и (5.44) вытекает, что AM ОБП обеспечивает более высокую помехоустойчивость передачи, чем AM ДБП. Выражение, из которого можно определить выигрыш в помехоустойчивости передачи с ОБП по сравнению с ДБП, имеет вид

В этом выражении слагаемое In (\+т)/т определяет выигрыш в помехоустойчивости за счет лучшего использования мощности передатчика, а слагаемое 0,35 Нп — выигрыш за счет уменьшения полосы частот приемника. При ттах = 0,8 общий выигрыш составит

Р[ОВП)/(ДЕП) = 1 ,1 5 Нп.

Частотпая модуляция (ЧМ). На основании [38] можно получить выражение для действующего напряжения помех на входе ЧМ - приемника:

(5.46)

Здесь к — коэффициент пропорциональности, определяемый элементами схемы приемника; AF — полоса фильтра низкой частоты на выходе приемника; А/ — полоса входного фильтра приемника. Формула справедлива при \/ 2 \1<\

Онуская выводы, сделанные в [22], получим выражение для разности уровней сигнала и помехи на выходе ЧМ - приемника:

A/rct4M j Рпр /А.,\р4" 1В 0,2, (t>,47)

где т.ц —• индекс частотной модуляции.

Сравнение помехоустойчивости ЧМ с AM ДБП показывает преимущество первой:

В этом выражении первый член определяет выигрыш в помехоустойчивости, получаемый за счет более полного использования мощности передатчика, а второй и третий члены — выигрыш за счет снижения уровня помех в приемнике. Выигрыш в помехоустойчивости тем больше, чем больше девиация частоты, т. е. чем больше индекс частотной модуляции тч. Если принять шч = 0,9, а ттах=0,8, то

Таким образом, системы передачи ОБП и ЧМ являются более помехоустойчивыми по сравнению с системами ДБП. Поэтому в современной аппаратуре связи амплитудную модуляцию с передачей несущей из двух