CC BY
7
УДК 621.398
Щебетин И.В.
инженер испытательной лаборатории
ТЕЛЕМЕТРИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Аннотация
В статье описываются общие сведения о телеметрируемых параметрах и способах их представления, в зависимости от определения погрешностей и требуемой точности измерений.
Ключевые слова
Телеметрируемые параметры. Непрерывный сигнал. Дискретный сигнал. Квантованный сигнал. Дискретно-квантованный сигнал.
Schebetin I.V.
engineer of the testing laboratory
TELEMETRY PARAMETERS AND WAYS OF THEIR REPRESENTATION
Annotation
The article describes general information about the telemetry parameters and methods of their presentation, depending on the definition of errors and the required measurement accuracy.
Keywords
Telemetry parameters. Continuous signal. Discrete signal. Quantized signal. Discrete-quantized signal.
1. Телеметрируемые параметры, их свойства и методы описания
Важной функцией телеметрической системы является получение измерительной информации и информации о событиях, характеризующих состояние и функционирование различных систем, и информации о явлениях природы.
Показатели физических процессов, событий или явлений, которые подлежат измерению или контролю с помощью телеметрической системы, называют телеметрируемыми параметрами. Для современной телеметрии характерны 3 вида сообщений:
1) сообщение о заранее известных событиях типа «включено - выключено», «да - нет», «работает -не работает» и т.п. Показателем таких событий является состояние объекта или системы на данный момент времени, в которой произошло событие;
2) сообщения, несущие информацию о величинах телеметрируемых параметров в определенный момент времени. Такие сообщения содержат сведения об отдельных измерениях физических величин;
3) сообщения о процессах конечной деятельности, представляемых в непрерывной или дискретной форме.
Измеряемые физические величины \(t) разделяются на постоянные и переменные во времени. Для постоянной величины достаточно определить лишь одно её мгновенное значение. Переменные во времени величины могут быть детерминированными и случайными. При детерминированном характере, например гармоническом, изменения мгновенного значения \(t) неизвестной может быть
амплитуда. Закон изменения параметра может быть определен по мгновенным значениям Aj. Наиболее общим является телеметрирование параметров со случайным законом изменения величины
Mt).
Физические параметры применительно к телеметрии ракетной техники характеризуют:
- состояние и функционирование объекта, его систем и агрегатов;
- работу различной бортовой аппаратуры;
- окружающую среду.
Телеметрируемые параметры в зависимости от задач контроля объекта могут быть представлены в виде непрерывных или дискретных функций времени. Часто достаточно иметь данные об экстремальных и средних значениях или дисперсиях, а также о моментах превышения параметром заданного уровня или о выходе его из зоны допуска. Существует большая группа параметров, для которых достаточно знать спектральные характеристики (распределение амплитуд частотных составляющих, изменение во времени отдельных частотных компонентов, энергетический спектр или корреляционную функцию).
Телеметрируемые параметры классифицируются по ряду признаков.
По характеру изменения во времени телеметрируемые параметры делятся на функциональные и сигнальные. Функциональные параметры (рис.1а) являются непрерывными функциями времени, число градаций параметра по уровню бесконечно. Плавно изменяются многие физические параметры, например, температура, параметры движения и т д.
0 1 0 1ср 1
а) б)
Рисунок 1 - Функциональные и сигнальные параметры
Сигнальные параметры (рис.1б) характеризуются скачкообразным изменением во времени значения физической величины. К ним относятся, например, параметры типа «включено - выключено», «норма - не норма» и т.п. Функциональные параметры Л могут представляться в непрерывной форме, то есть в виде непрерывной Л(1) и дискретной А(^¿) функции времени, а также в квантованной по уровню форме при непрерывном изменении времени И дискретном изменении времени Л.КЕ(£г). Для
сигнальных параметров важен момент времени t возникновения того или иного события или определение состояния на данный момент.
В зависимости от скорости изменения во времени телеметрируемые параметры делятся на медленноменяющиеся и быстроменяющиеся. Первые характеризуются шириной спектра от 0 до 10-20 Гц. А вторые имеют верхнюю границу спектра от единиц до десятков и сотен килогерц. Подавляющее большинство телеметрируемых параметров являются медленноменяющимися функциями времени. К ним относятся температура твердых и жидких тел и газов, давление, механические и угловые перемещения скорости и ускорения и т.д. В группу быстроменяющихся параметров входят вибрации, акустические шумы и переходные процессы в различных системах. К телеметрируемым параметрам относятся:
- параметры, характеризующие положение объекта относительно центра масс;
- линейные и угловые перемещения, скорости и ускорения.
механические напряжения и растяжения;
- колебательные параметры механических тел; давления газов и жидкостей и скорости их перемещения; температура газов, жидкостей и твердых тел;
- влажность;
- состав газов;
- уровень (количество) рабочего тела в баллонах;
- секундный расход горючего и окислителя и другого рабочего тела;
- скорость газообмена в отсеках объекта;
- электрические параметры различных систем, входящих в объект и размещенных на его борту для выполнения исследовательских задач;
- магнитные;
- оптические; радиационные;
параметры типа «да - нет» и т.д.
Телеметрируемые параметры независимо от физической природы, в большинстве случаев, являются случайными нестационарными процессами, однако, всегда можно определить относительно протяженные участки стационарности. Как и всякий стационарный случайный процесс зависимость \(t) можно охарактеризовать числовыми характеристиками:
- одномерной и многомерной функциями распределения; одномерной и многомерной плотностью вероятности случайного процесса; распределением вероятностей дискретных случайных величин; средним значением или математическим ожиданием; дисперсией;
- функцией корреляции (автокорреляционной и взаимнокорреляционный);
- спектральной плотностью.
Знание этих характеристик или их получение на основе обработки результатов телеизмерений позволяет решать новые задачи познания материального мира, в которых телеметрии принадлежит достойное место [1].
2. Способы представления телеметрируемых параметров.
Первичные непрерывные сигналы S(t) телеметрируемых параметров \(t) могут быть представлены
в дискретной S(tj), квантованной Sv(t) и дискретно - квантованной 5v(t;) форме. Преобразование
сигнала в дискретный сигнал и квантованный сигнал называется соответственно дискретизацией и квантованием.
При дискретизации множество значений непрерывного сигнала S(t), заданного на интервале t Е Г,, , ( Тп - интервал наблюдения), преобразуется в последовательность дискретных отчетов (выборок) с интервалом дискретизации T=tj —
При квантовании шкала сигнала S(t) разбивается на М уровней квантования с шагом d=5v-5v_j , V=0, М-1
В результате квантования любое из значений сигнала округляется до некоторой фиксированной величины.
Процесс дискретизации и квантования может основываться только на априорных данных о сигнале или на учете его текущих свойств [2].
Рисунок 2 - Формы представления телеметрируемых параметров
В первом случае реализуются регулярные представления (рис. 2а), во втором - нерегулярные (адаптивные) представления (рис. 2б). Регулярные представления обеспечивают постоянный шаг квантования d=5v-5v_^, число уровней квантования в пределах фиксированной шкалы и интервал дискретизации в пределах t 6 Т}г При адаптивных представлениях шаг квантования, число уровней квантования и интервал дискретизации являются переменными и изменяются в зависимости от текущих свойств сигнала S(t).
Дискретное и квантованное представление непрерывного сигнала S(t) в дискретные S(t;) и квантованные 5v(t) сигналы выполняются с заданной погрешностью. В процессе представления может быть обеспечено равномерное приближение восстановленного сигнала к исходному или приближение в среднем.
Выбор конкретного вида представления (регулярного или адаптивного) сигнала S(t) определяется многими факторами. Следует иметь в виду, что адаптивные представления сложнее регулярных в реализации, так как связано с необходимостью использования адаптивных операторов, преобразования и оперативного контроля за текущим поведением сигнала. Вместе с тем, такие представления обеспечивают в условиях ограниченных априорных данных и нестационарности сигнала рациональное описание сигнала на интервале Тп. Это важно с точки зрения передачи сигналов по каналу связи, имеющему ограниченную пропускную способность. Кроме того, нерегулярное дискретное представление приводит к случайному во времени потоку отсчётов и, как следствие, к необходимости их индивидуальной временной привязки. В многоканальной системе нерегулярное дискретное представление связано с адресацией отсчётов.
Список использованной литературы:
1. Белицкий В.И., Зверев В.И., Морозов В.М., Поляков О.М., Сафаров Р.Т., Шитов И.В. Телеметрия. -Министерство обороны СССР, 1984.-456с.
2. Назаров А.В., Козырев Г.И., Шитов И.В., Обрученков В.П., Древин А.В., Краскин В.Б., Кудряков С.Г., Петров А.И., Соколов С.М., Якимов В.Л., Лоскутов А.И. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс. - Санкт-Петербург.: Наука и техника, 2007.-672с.
© Щебетин И.В., 2023
