авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование динамики дискретных систем фазовой синхронизации второго порядка с нелинейным фильтром

-- [ Страница 1 ] --

на правах рукописи

Палей Дмитрий Эзрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДИСКРЕТНЫХ

СИСТЕМ ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

ВТОРОГО ПОРЯДКА С НЕЛИНЕЙНЫМ ФИЛЬТРОМ

Специальность - 05.12.01 - "Теоретические основы радиотехники"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 1998 г.

Работа выполнена в Ярославском государственном университете им. Демидова П.Г. на кафедре динамики электронных систем

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Казаков Л.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Пестряков А.В.

- кандидат технических наук,

профессор Капранов М.В.

Ведущее предприятие - конструкторское бюро “Луч”,

г. Рыбинск.

Защита диссертации состоится "_____"__________________199   г. в _____ч.______мин. в аудитории _________ на заседании диссертационного совета К-053.16.13 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Е-250, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "_____"____________________ 199 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

К-053.16.13

кандидат технических наук,

доцент Т.И.Курочкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Системы фазовой синхронизации (СФС) нашли в настоящее время широкое применение во многих областях радиотехники, таких как радиопередающие и радиоприемные системы, радиолокация и радионавигация, радиоизмерительная техника и т. д. В качестве примера можно привести современные цифровые радиоприемные системы, в которых с помощью СФС решается целый ряд задач. Среди них синхронизация несущих колебаний, синхронизация и демодуляция поднесущих и модулирующих колебаний, синхронизация и демодуляция двоичных символов цифровой информации, синхронизация и свертка псевдослучайной последовательности в системах связи с использованием широкополосных сигналов.

Дискретные системы фазовой синхронизации (ДСФС) в большинстве случаев составляют основу вышеперечисленных устройств. Выбором структуры колец и типов входящих в них узлов, в первую очередь, фильтров цепи управления можно создавать варианты систем, обладающие требуемыми характеристиками по точности работы, быстродействию, помехоустойчивости для различных типов входных сигналов и законов модуляции. За счет усложнения алгоритмов обработки и реализующих их устройств появляется возможность создавать гибкие алгоритмы обработки информации, оптимизации различных параметров и характеристик.

Отдельно следует сказать о системах частотного синтеза, которые строятся на основе дискретных колец фазовой синхронизации. За счет усложнения цепей управления, и соответственно алгоритмов управления можно значительно повысить эффективность этих систем, расширить их функциональные возможности. Например, наряду с традиционным применением использование колец, обладающих высокими астатическими свойствами, позволяет совместить в синтезаторе функцию синтеза высокостабильной по частоте несущей с ее угловой модуляцией. Использование различных режимов управления фильтрами, как правило нелинейными, позволяет достичь высоких характеристик синтезируемых сигналов.



Приведенные примеры говорят о том, что в настоящее время существует устойчивая тенденция расширения области применения систем фазовой синхронизации. Развитие дискретных и цифровых технологий только усиливает ее. Вместе с тем увеличение области применения, связанное в том числе и с расширением функциональных возможностей СФС, предполагает усложнение алгоритмов управления, а это напрямую связано с использованием сугубо нелинейных режимов функционирования.

Можно утверждать, что задача повышения эффективности существующих и вновь созданных типов устройств на основе дискретных СФС достаточно актуальна. Решение этой проблемы неразрывно связано с анализом нелинейных режимов систем, при котором учитываются не только нелинейные свойства фазового детектора, но и других узлов - в первую очередь фильтра нижних частот цепи управления. При этом удачный выбор нелинейного фильтра, режима его работы позволяет не только оптимизировать динамические свойства системы, такие как область устойчивости в большом или в целом, характер движений, переходные процессы, но и придавать системе совершенно новые качества и характеристики, получение которых невозможно в системе с линейным фильтром.

Таким образом речь идет об исследовании моделей дискретных СФС, имеющих несколько нелинейностей. При этом одна из них периодическая, обусловленная фазовым детектором (синусоидальная, пилообразная, треугольная и т.д.), вторая, обусловленная нелинейными свойствами фильтра, может быть периодической, либо непериодической - ограничивающей. Периодическая (чаще пилообразная) нелинейность характерна для цифровых интегрирующих фильтров со сбросом по переполнению. Нелинейность ограничивающего типа характерна для аналоговых фильтров (например при реализации их на операционном усилителе) и цифровых с переполнением без сброса.

Необходимо отметить, что модель дискретной СФС с двумя и более нелинейностями представляет собой достаточно сложный объект исследования, практически неизученный до недавнего времени. Системы с перечисленными особенностями практически не рассмотрены в научно-технической литературе. Основные причины кроются в отсутствии достаточно развитой теории нелинейных дискретных систем.

Основы теории систем фазовой синхронизации заложены в монографиях В. В. Шахгильдяна, А. А. Ляховкина, Г. И. Тузова, в работах Б. И. Шахтарина, В. Н. Белыха, А. В. Пестрякова, М. В. Капранова, Г. А. Леонова. Теоретическим исследованиям систем с торроидальным фазовым пространством посвящены труды В. П. Пономаренко, Т.С. Федосовой.

Непосредственно исследованиям дискретных систем фазовой синхронизации с несколькими нелинейностями посвящены работы Паушкиной Т.К., Федосовой Т.С. Однако в них использованы непрерывные модели, что ограничивает область применения полученных результатов. В работах Казакова Л.Н., Широкова Ю.В. рассмотрен ряд задач по исследованию систем на основе дискретных связанных колец фазовой синхронизации, которые описываются дискретными моделями с двумя нелинейностями. В целом эти модели можно рассматривать как частный случай системы с периодическими нелинейностями.

Целью диссертационной работы является исследование динамики дискретных систем фазовой синхронизации второго порядка с нелинейными фильтрами в цепи управления, включая изучение общих свойств систем с фильтрами различного типа, вопросы анализа периодических и квазипериодических движений, устойчивости в большом и целом состояния синхронизма.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- разработка обобщенной модели импульсных и цифровых систем фазовой синхронизации с различными типами фазовых детекторов и нелинейных фильтров в цепи управления;

- разработка методики исследования и анализ периодических и квазипериодических движений в ДСФС с пилообразной характеристикой детектора с пилообразным и ограничивающим фильтром в цепи управления, включая вопросы устойчивости в большом и целом состояния синхронизма;

- разработка методики исследования и анализ периодических и квазипериодических движений в ДСФС с синусоидальной характеристикой детектора с пилообразным и ограничивающим фильтром в цепи управления, включая вопросы устойчивости в большом и целом состояния синхронизма;

- исследование динамических свойств ДСФС с пилообразным и ограничивающим фильтром в цепи управления при наличии шумового входного воздействия для случая синусоидальной характеристики детектора, включая вопросы статистических характеристик периодических движений, состояния синхронизма, области устойчивости в целом;

- компьютерное моделирование импульсных и цифровых систем фазовой синхронизации, исследование их динамических характеристик с учетом реального поведения отдельных узлов;

- проведение экспериментальных исследований импульсной системы фазовой синхронизации с нелинейным интегратором в цепи управления и цифрового синхронно-фазового демодулятора с квадратурным преобразователем на входе, проверка основных результатов теоретических исследований.

Научная новизна заключается в следующем:

- получена обобщенная модель ДСФС второго порядка с нелинейным фильтром, определены ее параметры, позволяющие легко интерпретировать результаты исследований для конкретных физических объектов;

- предложена методика нелинейного анализа дискретных систем фазовой синхронизации второго порядка с нелинейным фильтром для различных типов характеристики фазового детектора и фильтра, основанная на качественно-аналитическом анализе структуры фазового пространства;

- на основе разработанной методики и алгоритмов получены результаты нелинейного анализа дискретной СФС второго порядка с ограничивающим фильтром для пилообразной и синусоидальной характеристик детектора, включая области существования в пространстве параметров различных периодических движений, точные значения областей устойчивости в целом состояния синхронизма, графики полосы захвата;

- на основе разработанной методики и алгоритмов получены результаты нелинейного анализа дискретной СФС второго порядка с пилообразным фильтром для пилообразной и синусоидальной характеристик фазового детектора, включая основные бифуркации периодических движений, области существования в зависимости от нелинейных свойств фильтра, области глобальной устойчивости, полосу захвата;

- получены результаты исследований статистических свойств ДСФС с синусоидальной характеристикой фазового детектора для ограничивающей и пилообразной характеристики фильтра, включая статистические области глобальной устойчивости для различных значений дисперсии входного шума;

- разработаны компьютерные модели импульсной и цифровой систем синхронизации, учитывающие свойства реальных узлов и позволяющие проводить исследования для произвольных значений параметров устройств.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:

- установлены закономерности поведения дискретных систем фазовой синхронизации с различными типами нелинейности фильтра, учет которых позволяет улучшить ряд важных показателей устройств, созданных на основе подобных систем;

- получены результаты теоретических исследований математической и компьютерной моделей для различных типов нелинейности фильтра и детектора в виде формул и графиков для инженерного расчета параметров радиотехнических устройств на основе ДСФС с нелинейным фильтром;

- в ходе выполнения работы создан комплекс программных пакетов для персонального компьютера, позволяющий исследовать и производить расчеты необходимых характеристик импульсных и цифровых систем синхронизации с нелинейным фильтром;

- в ходе выполнения работы создан программно-аппаратный комплекс, позволяющий исследовать процессы в цифровых системах и производить расчеты необходимых характеристик цифровых систем синхронизации с нелинейным фильтром;

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная модель импульсных и цифровых СФС второго порядка с произвольной характеристикой фазового детектора и нелинейным фильтром в цепи управления.

2. Методика анализа ДСФС второго порядка с линейным фильтром для пилообразной и синусоидальной характеристик детектора. Результаты анализа обобщенной модели для данного случая, включая анализ областей существования возможных периодических движений, устойчивости в целом состояния синхронизма, графики полосы захвата.

3. Методика анализа дискретных СФС второго порядка с ограничивающим фильтром в цепи управления для пилообразной и синусоидальной характеристикой детектора. Результаты исследования обобщенной модели с данными типами нелинейностей: типы существующих в системе движений, их бифуркации и области существования в пространстве параметров, области устойчивости в целом, полоса захвата в зависимости от усиления.





4. Методика анализа дискретных СФС второго порядка с пилообразным фильтром для пилообразной и синусоидальной характеристикой детектора. Результаты, полученные при анализе обобщенной модели с данным фильтром: типы и качественные характеристики существующих в системе движений, области устойчивости в большом и целом, полоса захвата в зависимости от параметров системы.

5. Результаты исследования ДСФС с синусоидальной характеристикой детектора и нелинейным фильтром при наличии шума на входе системы, включая сравнительный анализ статистических областей глобальной устойчивости для ДСФС с различными типами нелинейности фильтра.

6. Результаты компьютерного моделирования импульсных и цифровых СФС второго порядка с различными типами нелинейных фильтров, включая полосу захвата для импульсных и цифровых систем.

7. Результаты экспериментальных исследований лабораторных модулей импульсных и цифровых СФС второго порядка с различными типами нелинейных фильтров, включая полосу захвата. Сравнительный анализ результатов, полученных при качественно-аналитическом, компьютерном и экспериментальном исследованиях.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач в диссертационной работе используются общие и прикладные методы качественной теории динамических систем и теории бифуркаций, методы анализа нелинейных разностных уравнений, теория точечных отображений, моделирование на ЭВМ.

Апробация результатов работы. Работа выполнялась в отраслевой научно-исследовательской лаборатории "Дискрет" в рамках ряда научно-исследовательских программ, проводимых кафедрой радиофизики Ярославского государственного университета в течение 1991-1997 г.г. по госбюджетным темам "Университеты России", "Исследование динамики дискретных и цифровых систем передачи информации". Основные результаты работы докладывались на Научно-технической конференции "Повышение качества и эффективности устройств синхронизации в системах связи" (Ярославль,1993), Международной научно-технической конференции "Цифровая обработка сигналов" (Ярославль, 1994), The Second International Scientific School-Seminar (Nizny Novgorod, 1994), Международной научной конференции "100 - летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники" посвященная дню радио (Москва, 1995), Научно-техническом семинаре секции "Фазовой синхронизации" РНТО РЭС "Нелинейные свойства систем синхронизации" (С-Петербург, 1995), конференции "Актуальные проблемы естественных и гуманитарных наук" (Ярославль, 1995), на IV конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Н. Новгород, сентябрь 1996), конференции "Направления развития систем и средств радиосвязи" (Воронеж, 1997), LII Научной сессии, посвященной дню радио РНТО РЭС (Москва, 1997), 5-th Internetional Specialist Workshop. Nonlinear Dynamics of Electronic Systems (Moskva, 1997).

По результатам исследований опубликовано 15 научных работ, в том числе: 3 статьи в центральной печати, 1 доклад в материалах международной конференции по нелинейной динамике, 2 доклада в материалах Всероссийских конференций по системам связи, 5 тезисов докладов в материалах международных конференций и семинаров, 4 тезисов докладов в материалах Всероссийских и региональных конференций и семинаров.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения, заключения и списка литературы. Работа содержит 125 страниц текста, 42 страницы рисунков и 8 страниц списка литературы. Список литературы включает 93 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, выполнен обзор научной и технической литературы, обоснована актуальность, сформулированы цель, основные задачи и методы исследования, дана общая характеристика рассматриваемых систем и их особенности, кратко изложено содержание работы.

В первой главе выполнено моделирование различных классов дискретных систем фазовой синхронизации второго порядка с нелинейным фильтром в цепи управления. Рассмотрены следующие типы широко используемых на практике ДСФС:

- цифровые системы фазовой синхронизации с многоуровневым аналого-цифровым преобразователем фазы или многоуровневым аналого-цифровым квадратурным преобразователем входного сигнала;

- импульсные системы фазовой синхронизации c детектором “выборка-запоминание” и нелинейным аналоговым фильтром в цепи управления;

- импульсно-цифровые системы фазовой синхронизации с нелинейным цифровым каналом в цепи управления.

При моделировании рассматривались следующие характеристики нелинейных фильтров: ограничивающая и пилообразная (рис. 1).

 a) б) Рис. 1. В результате-0

a) б)

Рис. 1.

В результате моделирования показано, что математические модели всех указанных классов систем могут быть сведены к отображению второго порядка, следующего вида:

(1)


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.