Исследование свойств системы встроенного контроля высокочастотных трактов приемных СВЧ-устройств Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Красичков А. С. Алгоритм оценки дрейфа изо-электрической линии кардиосигнала при анализе длительных мониторограмм // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 2. С. 47-53.

2. Красичков А. С., Киреенков И. С., Нифонтов Е. М. Определение индивидуальной зависимости между временными параметрами электрокардиограммы // Вестн. аритмологии. 2004. № 35. С. 33.

3. Информационное обеспечение оперативной диагностики функционального состояния сердечно-сосу-

дистой системы человека / О. М. Андреева, М. И. Бога-чев, А. С. Красичков и др. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2009. 120 с.

4. Красичков А. С. Анализ статистических закономерностей ЭКС // Биомедицинская радиоэлектроника. 2011. № 5. С. 18-23.

5. Красичков А. С., Соколова А. А. Оценка точности воспроизведения кардиосигнала в процессе синхронного накопления // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып. 6. С. 48-53.

A. S. Krasichkov, Е. B. Grigoriev, V. N. Mixailov, M. A. Schevchenko Saint-Petersburg state electrotechnical university "LETI"

Characteristics of the ECG base line drift estimates in long-term monitoring records

ECG baseline drift estimates are obtained in long-term monitoring records. An analytical expression of the residual error in the drift elimination algorithm is obtained.

Electro cardio signal, myographic noise, base line drift, long-term monitoring

Статья поступила в редакцию 17 июля 2013 г.

УДК 621.372.632

С. П. Бровченко, Г. Г. Галустов, Д. В. Мирвода Инженерно-технологическая академия Южного федерального университета

Исследование свойств системы встроенного контроля высокочастотных трактов приемных СВЧ-устройств

Представлен анализ шумовых параметров варисторного преобразователя частоты с поглощением энергии комбинационных составляющих на зеркальной частоте.

Встроенный контроль, высокочастотный тракт, приемное устройство,

чувствительность приемного устройства, рабочая шумовая температура, шумовой тестовый сигнал

Вопросы реализации встроенного контроля линейных трактов приемных устройств частично рассмотрены в работах [1], [2]. Актуальным является построение системы диагностики состояния отдельных участков высокочастотного тракта (ВЧТ) в рабочем состоянии. Такая система может быть построена на основе корреляционного метода измерения импульсной характеристики диагностируемого участка ВЧТ. При этом в качестве диагностически значимых признаков можно использовать вектор оценок нормированной импульсной характеристики диагностируемого участка ВЧТ либо, воспользовавшись преобразованием Фурье, рассматривать оценки его нормированной частотной характеристики.

48

Настоящая статья посвящена исследованию свойств системы встроенного контроля ВЧТ приемных СВЧ-устройств, для которых с определенной точностью выполняется принцип суперпозиции.

Структурная схема ВЧТ со встроенным контролем диагностируемого участка представлена на рис. 1, где номерами 1, 2, ..., N отмечены кон -тролируемые, а номерами N +1, ..., М - неконтролируемые узлы ВЧТ. Схема встроенного контроля включает генератор тестового шума (ГШ), блок задержки (БЗ), блок корреляции (БК) и блок отбора признаков и классификации (БОиК).

Встроенный контроль состояния диагностируемого участка ВЧТ выполняется корреляцион-

© Бровченко С. П., Галустов Г. Г., Мирвода Д. В., 2013

Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. Вып. 3

V

N

ГШ

N +1 N + 2

1

БЗ БК

м

2

Утр

к (т)

БОиК

Сигнал о неисправности

Рис. 1

ным методом измерения импульснои характеристики тракта. Это позволяет осуществлять контроль в рабочем режиме, т. е. в режиме прохождения через ВЧТ аддитивной смеси полезного радиосигнала, флуктуационного шума, принятого антенной, тестового шума и собственных шумов функциональных узлов ВЧТ. Поступающий от генератора тестового шума сигнал после прохождения диагностируемого участка ВЧТ поступает на вход блока корреляции, ко второму входу которого подводится задержанная на время т его копия. Результатом корреляционной обработки является оценка нормированной импульсной характеристики /г (т) диагностируемого участка. После обработки оценки /г (т) формируется вектор диагностически значимых признаков, позволяющий судить о работоспособности или отклонении параметров диагностируемого участка.

Исследование модели ВЧТ показало, что система диагностики удовлетворительно работает при неточном выполнении принципа суперпозиции с учетом переноса частот. Такие явления, как блокирование, перекрестная модуляция и интермодуляция с коэффициентами не более нескольких процентов, происходят в области несущественной нелинейности и могут не учитываться системой диагностики в узкой полосе рабочих частот.

Качество приема оценивается энергетическим

отношением "сигнал/шум" д^, на выходе ВЧТ.

Относительное изменение реальной полезной чувствительности получено в виде [3]

,2

^ом/ РаНОм = 4/д2

где ДРЯ - абсолютное изменение уровня но-

аном

минальной мощности полезного радиосигнала; Ря - уровень номинальной мощности полезно-

ном

го радиосигнала, развиваемой приемной антенной;

N

дт = Ра П КР1 /

"ном Р/ ном /

энергетическое отно-

/=1

шение "сигнал/тестовый шум" на входе диагности-

руемого участка ВЧТ, причем Кр1 ном - номинальный коэффициент передачи по мощности /-го функционального узла каскадной группы недиагно-стируемого участка ВЧТ; Рт ш - номинальная мощность тестового шума. При приемлемых для инженерной практики энергетических параметрах

2

тестового шума, когда при значении дтр = 10 дБ относительное изменение реальной полезной чувствительности приемного устройства на 1 % достигается

при д2 = 30 дБ, ухудшение реальной полезной чувствительности составляет единицы процентов.

Для обучения системы диагностики необходимо задать параметры ВЧТ, соответствующие определенным классам состояния. Предложено выделить четыре класса состояния ВЧТ: 1 - нормальное, 2 - незначительное ухудшение параметров, 3 -значительное ухудшение параметров, 4 - неудовлетворительное. Каждый класс соответствует уменьшению коэффициента прямоугольности (П) амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) модели ВЧТ по уровню -20 дБ на 5, 10 и 15 % соответственно относительно первого состояния, для которого П1 = 1.9. Алгоритм классификации значимых признаков действует на основе критерия минимума расстояния [4]. В качестве моделей поступающих на вход ВЧТ сигналов рассматривались радиоимпульс и сигнал с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией. Для повышения скорости расчетов в качестве модели анализируемого тракта принят полосовой фильтр Чебышева первого рода шестого порядка, настроенный на частоту 10 МГц и имеющий полосу пропускания 200 кГц. Полученные результаты также справедливы для области сверхвысоких частот. Нормированная АЧХ К0 (/) и огибающая импульсной характеристики (ИХ) Н (т) модели ВЧТ для четырех классов состояния изображены на рис. 2. Моделирование показало, что разработанный алгоритм позволяет получать результаты измерения высокой точности и не требует при этом отключения линейной системы из работающего комплекса.

1

2

Ко, дБ

-5

-10

-15 -20

Н

9.97 9.98 9.99 10.00 10.01 10.02 f, МГц

Рис.

P, %

80 -

70 -

60'

10 40 70 т

Рис. 3

Получена зависимость достоверности классификации Р от размера вектора признаков т (рис. 3). Из нее следует, что для достоверности классификации 0.85 достаточно в качестве вектора признаков использовать 50 значений автокорреляционной функции процесса, прошедшего через линейную систему. Значения могут быть получены в течение 0.5 мкс.

Определены оценки статистической погрешности результатов моделирования алгоритма параметрического распознавания. Суммарная вероятность ошибки классификации (с точностью 20 %) для систем первого класса составила 0.15, второго класса - 0.19, третьего - 0.2, четвертого - 0.15.

Результаты численного моделирования классификации показали, что разработанный алгоритм встроенного контроля состояния ВЧТ приемных устройств без их отключения из рабочего режима может использоваться в ряде различных смежных областей, требующих решения задач встроенного контроля и диагностики состояния систем. Результаты проведенного исследования подтверждают возможность технической реализации встроенного контроля ВЧТ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Особенности схемотехнического построения многоканальных приемных устройств со встроенным контролем параметров их высокочастотных трактов / Г. Г. Галустов, С. П. Бровченко, И. В. Сидько и др. // Антенны. 2008. № 11 (138). C. 93-98.

2. Мирвода Д. В. Метод диагностики линейной системы в рабочем состоянии // Материалы LIII науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ, Таганрог, 2325 апр. 2009 г. // Изв. ЮФУ. Технические науки. Спец. вып. 2008. № 1 (78). C. 35.

3. Влияние встроенного контроля высокочастотных трактов приемных СВЧ-устройств на их реальную

полезную чувствительность / Г. Г. Галустов, С. П. Бровченко, Д. В. Мирвода, С. Н. Мелешкин // Излучение и рассеяние электромагнитных волн: тр. Междунар. науч. конф. "Излучение и рассеяние ЭМВ (ИРЭМВ-2009), Таганрог, 29 июня - 4 июля 2009 г. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. С. 437-440.

4. Мирвода Д. В. Использование параметрической классификации для диагностики линейной радиотехнической системы в рабочем режиме // Материалы Междунар. науч. конф. "Инновации в обществе, технике и культуре": в 4 ч. Таганрог, 7 нояб. 2008 г. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. Ч. 3. С. 44-45.

S. P. Brovchenko, G. G. Galustov, D. V. Mirvoda Engineer-technology academy of Southern federal university

Research of properties of integrated control high frequency tracts receiving microwave devices

Features of properties of the built in control systems of high-frequency paths of reception microwave devices in working order are considered.

Built-in monitoring, high frequency path, receiving device, receiving device sensitivity, working noise temperature, noise test signal

Статья поступила в редакцию 23 июля 2013 г.

2