Ананьїн Олег Валерійович. Математичні моделі адаптивного радіоканалу зв'язку з системами ПІД- регулювання потужності передавача

brief description

Ананьїн Олег Валерійович. Математичні моделі адаптивного радіоканалу зв'язку з системами ПІД- регулювання потужності передавача : дис... канд. техн. наук: 05.12.13 / Державний ун-т інформаційно-комунікаційних технологій. — К., 2006. — 132арк. : рис. — Бібліогр.: арк. 125-130

Ананьїн О.В. Математичні моделі адаптивного радіоканалу зв’язку з системами ПІД-регулювання потужності передавача. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій. Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, Київ, 2005.
Дисертацію присвячено дослідженню адаптивних радіоканалів зв’язку з системами автоматичного ПІД-регулювання потужності передавача (системами АРПП). Розроблені математичні моделі систем АРПП з атенюатором, що перестроюється двигуном, і електронним атенюатором, що перестроюється сигналом управління з виходу регулятора, в яких управління потужністю випромінювання радіопередавального пристрою в каналі радіозв’язку здійснюється ПІД-регулятором. Проведено дослідження систем АРПП з ПІД-регулятором та атенюатором, що перестроюється двигуном, і електронним атенюатором, що перестроюється сигналом управління з виходу регулятора, методом математичного моделювання в середовищі інтерактивної системи MATLAB при моделюванні замирань в середовищі розповсюдження радіохвиль як мультиплікативних, так і адитивних збуджуючих діянь за умови, що радіоканал управління є ідентичним каналу радіозв’язку. Досліджено вплив замирань в каналі радіоуправління на роботу систем АРПП. Запропоновано ефективний засіб, який дозволяє практично повністю виключити вплив адитивних завад в каналі радіоуправління на основі застосування блоку компенсації. На основі наукових результатів, отриманих в дисертаційній роботі, можна проектувати мікропроцесорні адаптивні радіоканали зв`язку з системами регулювання потужності випромінювання передавача, в яких висока якість систем АРПП забезпечується за рахунок використання цифрових ПІД-регуляторів.
Ключові слова:адаптивний радіоканал зв’язку, потужність, ПІД-регулятор, якість, замирання, математична модель, математичне моделювання.

У дисертації отримані такі теоретичні і науково-практичні результати:

Вивчена та розв'язана актуальна наукова задача підвищення якості за рахунок зменшення динамічних похибок і підвищення швидкодії цифроаналогових адаптивних радіоканалів зв'язку з системами автоматичного регулювання потужності випромінювання передавача (системами АРПП) в прямому радіоканалі зв'язку шляхом застосування цифрових ПІД-регуляторів.

2. Обґрунтовано використання систем автоматичного регулювання потужності передавача (АРПП) як метода боротьби із швидкими замираннями сигналів на трасах розповсюдження радіохвиль з метою збільшення прихованості зв’язку, більш якісного вирішування задач електромагнітної сумісності різних радіозасобів, підвищення надійності та економічності зв’язку, особливо стосовно рухомих та стаціонарних тропосферних радіоліній.
3. Розроблені і запропоновані математичні моделі систем АРПП з потужним атенюатором, що перестроюється двигуном, та електронним атенюатором, що перестроюється сигналом управління з виходу регулятора радіоканалу зв’язку, в яких управління потужністю випромінювання радіопередавального пристрою в радіоканалі зв’язку здійснюється ПІД- регулятором.
4. З точки зору теорії автоматичного управління науково обґрунтовано нестаціонарність і нелінійність замкнутих систем АРПП і тому для цих систем запропоновано використовувати регулятори, які служать для управління не тільки об’єктами, для яких отримані математичні моделі, але й для управління об’єктами, які або не піддаються, або піддаються з великими труднощами формалізованому опису. Виходячи із аналізу типів регуляторів, показано, що такими регуляторами є нечіткі (що працюють на базі нечіткої логіки) регулятори і ПІД-регулятори.
5. З метою порівняльної оцінки фазі-систем АРПП і систем АРПП з ПІД-регуляторами проведено дослідження фазі-систем АРПП з потужним атенюатором, що перестроюється двигуном, та електронним атенюатором, що перестроюється сигналом управління з виходу нечіткого регулятора, при моделюванні замирань в середовищі розповсюдження радіохвиль як мультиплікативних, так і адитивних збуджуючих діянь.
6. Установлено, що при зменшенні відношення сигнал/шум на вході приймального пристрою каналу радіозв’язку на 40%система АРПП без нечіткого регулятора скорочує зменшення відношення сигнал/шум приблизно до 24%при впливі мультиплікативних збуджуючих діянь (замирань) і до 18%при впливі адитивних збуджуючих діянь (замирань), система АРПП з електрично управляємим атенюатором СВЧ та нечітким регулятором скорочує зменшення відношення сигнал/шум приблизно до 3%при впливі мультиплікативних збуджуючих діянь (замирань) та до 2%при впливі адитивних збуджуючих діянь (замирань), а система АРПП з потужним атенюатором, перестроюємим за допомогою двигуна, і нечітким регулятором скорочує зменшення відношення сигнал/шум приблизно до 0,35%при дії мультиплікативних збуджуючих діянь (замирань) і до 0,2%при дії адитивних збуджуючих діянь (замирань).
7. Показано, що в системах АРПП з ПІД-регуляторами при впливі адитивних збуджуючих діянь (замирань) максимальна поточна похибка менше, ніж ця ж похибка при впливі мультиплікативних збуджуючих діянь (замирань), і максимальна поточна похибка при збільшенні амплітуди замирань U при впливі адитивних збуджуючих діянь (замирань) зростає значно менше, ніж при впливі мультиплікативних збуджуючих діянь (замирань). Виявлено, що в системах АРПП з атенюатором радіоканалу зв’язку, що перестроюється двигуном, і електронним атенюатором радіоканалу зв’язку, що перестроюється сигналом управління з виходу ПІД-регулятора, як при мультиплікативних, так і при адитивних збуджуючих діяннях, із збільшенням періоду замирань максимальні поточні похибки розузгодження зменшуються.
8. В системах АРПП з ПІД-регуляторами встановлено, що при ступені адитивних замираннь 40%співвідношення сигнал/шум на вході приймача радіоканалу зв’язку при використанні системи АРПП з електронним атенюатором, який перестроюється сигналом управління з виходу ПІД-регулятора, зменшується на 0,05%від нормального, а співвідношення сигнал/шум на вході приймача радіоканалу зв’язку при використанні системи АРПП з потужним атенюатором, який перестроюється за допомогою двигуна, при ступені адитивних замирань 40%зменшується на 0,1%від нормального. При ступені мультиплікативних замирань 40%співвідношення сигнал/шум на вході приймача радіоканалу зв’язку при використанні системи АРПП з електронним атенюатором, який перестроюється сигналом управління з виходу ПІД-регулятора, зменшується на 0,085%від нормального, а співвідношення сигнал/шум на вході приймача радіоканалу зв’язку при використанні системи АРПП з потужним атенюатором, який перестроюється за допомогою двигуна, при ступені мультиплікативних замирань 40%зменшується на 0,2%від нормального. Таким чином, якість прийому, що визначається відношенням сигнал/шум на вході радіоприйомного пристрою радіоканалу зв’язку, при використанні систем АРПП з ПІД-регулятором навіть при великих замираннях сигналу практично не погіршується.
9. На основі порівняльної оцінки систем АРПП з нечіткими регуляторами (фазі-систем АРПП) і систем АРПП з ПІД-регуляторами виявлено та установлено, що системи автоматичного регулювання потужності випромінювання передавача в прямому каналі радіозв’язку з ПІД-регуляторами забезпечують більш високу точність відпрацьовування сигналу, яким оператор задає якість системи, тобто системи АРПП з ПІД-регуляторами мають менші похибки розузгодження.
10. Запропоновано ефективний засіб, який дозволяє практично повністю виключити вплив адитивних замирань в каналі радіоуправління систем АРПП з ПІД-регуляторами на основі застосування блоку компенсації, який представляє собою радіоприймач вимірювання, що ідентифікує (вимірює) адитивні замирання в середовищі розповсюдження радіохвиль каналу радіоуправління.
11. Науково обґрунтовано і методом математичного моделювання підтверджено висновок про те, що ПІД-регулятори є більш простими конструктивно, ніж нечіткі регулятори, дуже просто настроюються і забезпечують високу якість систем АРПП.