Теоретическое и экспериментальное исследование импульсного метода измерений параметров неоднородных двухпроводных цепей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗМЕРЕНИЯ И МОНИТОРИНГ В ТЕХНИКЕ СВЯЗИ

УДК 621.315

М. С. Былина

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ НЕОДНОРОДНЫХ ДВУХПРОВОДНЫХ ЦЕПЕЙ

В статье представлены основные результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований, посвященных импульсному методу измерений параметров неоднородных двухпроводных линий. Разработаны и систематизированы научно-технические основы импульсного метода. Предложены модели неоднородной двухпроводной цепи, отдельных неоднородностей, процессов регистрации и обработки рефлектограмм. Рассмотрены традиционные и новые методики регистрации и обработки рефлектограмм, направленные на повышение точности и информативности измерений. Проанализированы пути расширения функциональных возможностей импульсных приборов.

импульсный метод, импульсный прибор, импульсный рефлектометр, рефлектограмма, неоднородная двухпроводная цепь, неоднородность, волновое сопротивление, коэффициент отражения, разрешающая способность.

Введение

Импульсный метод измерений основан на зондировании двухпроводных цепей короткими импульсами напряжения. Данный метод применяется для профилактических и аварийных измерений на воздушных, симметричных и коаксиальных линиях связи, а также на линиях электропередачи. Его достоинствами являются:

5

• возможность оперативно выявлять и локализовывать неоднородности и повреждения в кабельных цепях при одностороннем доступе;

• простота проведения и наглядность результатов измерений;

• высокая информативность и широкие функциональные возможности.

До начала 1990-х годов импульсные измерения входили в комплекс обязательных измерений на магистральных, внутризоновых и местных отечественных сетях связи [1-3]. Однако из более поздних редакций нормативных документов эти измерения были изъяты [4], что повлекло за собой потерю доверия и интереса к импульсному методу. Исследования возможностей импульсных измерений практически прекратились. Последняя монография, посвященная данному методу и реализующим его приборам, вышла в 1985 г. [5]. В настоящее время многие специалисты ошибочно полагают, что данный метод пригоден только для обнаружения и определения расстояния до грубых повреждений (обрыва и короткого замыкания).

Тем не менее, импульсные рефлектометры - приборы, реализующие данный метод, - выпускались и продолжают выпускаться как отечественной (ЗАО «Эрстед», НПП «Стелл», ООО «Связьприбор»), так и зарубежной (Tektronix, Megger, Riser Bond, SebaKMT, Elektronika, Bikotest и др.) промышленностью. Ежегодно разрабатываются новые, все более совершенные приборы. Современный рефлектометр является цифровым микропроцессорным прибором, снабженным памятью для записи результатов измерений и интерфейсом для передачи их в компьютер с целью хранения, анализа и обработки. Существование таких приборов открывает новые возможности для импульсного метода измерений.

Возникла необходимость обобщить современную теорию и достижения в области импульсных измерений, сделать их доступными для широкого круга специалистов, обслуживающих линейно-кабельные сооружения и разрабатывающих новые приборы и программное обеспечение, возродить доверие и интерес к их особенностям и новым возможностям. В данной работе изложены научно-технические основы импульсного метода, предлагаются методики обработки зарегистрированных рефлектограмм, позволяющие повысить точность и информативность импульсных измерений.

1 Научно-технические основы импульсного метода

Цепи симметричных и коаксиальных кабелей относятся к двухпроводным цепям с распределенными параметрами, которые во временной области можно характеризовать удельной конструктивной постоянной т0, удельным временем задержки xz и волновым сопротивлением Zv [6]. Двухпроводная цепь, параметры которой постоянны по всей длине, называется однородной.

6

I I w w w w

Для импульсной и переходной характеристик однородной согласованной двухпроводной цепи длиной l можно записать [6, 7]

g (t)

t -t.

1(tz); h(t) = erfc

t -1,

1(tz ),

(1)

где t0 =-JT01, tz = Tzl - конструктивная постоянная и время задержки цепи, 1 (t) - функция Хэвисайда.

Все реальные двухпроводные цепи являются неоднородными. Неоднородностью принято называть любое изменение волнового сопротивления цепи Zv (l) вдоль линии. Неоднородности приводят к частичному или полному отражению распространяющегося по цепи прямого потока. Отраженные волны формируют обратный поток, распространяющийся в сторону источника сигнала. Регистрация обратного потока, возникающего в неоднородной линии от зондирующего сигнала в импульсных рефлектометрах, позволяет получить информацию о распределении Zv (l) вдоль линии и другие параметры цепи (рис. 1).

Неоднородности могут иметь сосредоточенный и распределенный характеры. Сосредоточенной неоднородности соответствует скачкообразное изменение волнового сопротивления и (или) включение в цепь четырехполюсника, эквивалентная схема которого может содержать сосредоточенные резисторы, емкости и индуктивности. Наиболее простыми и распространенными неоднородностями являются скачки волнового сопротивления (стыковые

Zi

Рис. 1. Принцип импульсных измерений. Формирование сигнала обратного потока

7

неоднородности) и четырехполюсники, содержащие только резисторы. Такие неоднородности будем называть неискажающими, или резистивными.

Моделью сосредоточенной неоднородности являются импульсные характеристики отражения r (t) и пропускания K (t), позволяющие рассчитать формы отраженного от неоднородности uref (t) и прошедшего через неоднородность utra (t) импульсов:

uref (t) = uinc (t) * r(t) ; utra (t) = Uinc (tГ K(t), (2)

где u.nc (t) - падающий на неоднородность импульс; * означает свертку функций.

В общем случае функции отражения и пропускания зависят от направления распространения волны и обозначаются r+ (t), K+ (t) для прямого и r (t), K (t) - для обратного потоков.

В [7, 8] получены аналитические выражения для импульсных характеристик отражения и пропускания различных неоднородностей.

Отметим, что импульсные характеристики отражения и пропускания неискажающей неоднородности имеют вид r (t) = rn8(tzn); K (t) = Kn8(tzn), где tzn = 2tzln; ln - расстояние до неоднородности; 5 (t) - дельта-функция; rn и Kn -коэффициенты отражения и пропускания, соответственно. Выражения (2) для такой неоднородности существенно упрощаются:

uref (t) = rnuinc (t) ; utra (t) = Knuinc (t). (2*)

В большинстве случаев неоднородная кабельная цепь может быть представлена в виде последовательного соединения однородных участков с длинами lni (рис. 1). Каждый однородный участок можно характеризовать тремя параметрами: удельной конструктивной постоянной T0i, удельным временем задержки Tzi и волновым сопротивлением Z. Стык между участками i и i+1 можно характеризовать импульсными характеристиками отражения r+(t) и ri-(t) и пропускания Ki+(t) и K. (t) [7, 8].

В общем случае обратный поток формируют однократные и многократные отражения. Вклад многократных отражений обычно мал [7]. Запишем выражение для импульсной характеристики линии с ^-неоднородностями, учитывающее только однократные отражения:

g (t) = Е gni(t), (3)

i=0

где gni(t) - импульсная характеристика однократного отражения от i-й неоднородности, для которой в [8] предложено следующее выражение:

8

* ri+ (t) * gi(t)»

(4)

A i-1

gni(t) =

C k+ (t) * Kj (t)

j=0

где С и * - свертка функций; g (t) - импульсная характеристика линии, составленной из предшествующих i-й неоднородности участков, определяемая выражением (1), в котором:

t0 = t0i

= 4 •

tzi 2^Тzjlnj •

j=1

(5)

В [7, 8] приведены выражения, аналогичные (3)-(5), позволяющие рассчитать импульсную характеристику неоднородной линии с учетом как однократных, так и многократных отражений.

Для напряжения сигнала обратного потока в рефлектометрах справедливо:

t

Ur (t) = J Uzond (т) • g(t - T)dT (6)

0

где uzond(t) - форма зондирующего импульса рефлектометра.

Рефлектограмма, полученная с помощью современного цифрового рефлектометра, представляет собой совокупность отсчетов напряжения сигнала обратного потока uri в моменты времени t, интервал между которыми определяется частотой дискретизации. Отсчет времени t ведется от начала зондирующего импульса, он связан с расстоянием l . на рефлектограмме соотношением

l, = t,l 2т z. (7)

Рефлектограмма может быть сохранена в виде файла для последующего анализа и обработки.

Для проверки справедливости приведенных выражений было проведено экспериментальное исследование, в ходе которого приборами РЕЙС-205 (НПП «Стелл») и РИ-10 М (ЗАО «Эрстед») регистрировались рефлектограм-мы двухпроводных цепей, содержащих различные неоднородности, и сравнивались формы отраженных импульсов с результатами теоретического расчета по выражениям (1)-(7). На рис. 2 представлены результаты сопоставления форм экспериментально зарегистрированных и теоретически рассчитанных импульсов. Видно, что предложенные выражения позволяют с достаточной точностью рассчитать сигнал обратного потока.

9

а)

б)

500 520 540 560 580 600

l, м

ur, В ТПП-0,4, С = 680 пФ

Рис. 2. Сигналы, отраженные от обрыва, находящегося на расстоянии 500 м (а), и от емкостной неоднородности, находящейся на расстоянии 250 м (б)

2 Повышение точности измерения расстояний

2.1 Традиционная методика измерения расстояния

Основной задачей импульсных измерений является определение расстояния до неоднородности или повреждения кабельной цепи. Традиционно расстояние определяют по началу переднего фронта, отраженного от неоднородности импульса. Будем считать, что измеритель локализует неоднородность в точке, где величина отраженного импульса составляет не менее m-Ur, где Ur - амплитуда отраженного импульса, m < 1. На рис. 3 а показано, что в этом случае возникает погрешность локализации неоднородности Atm:

Atm = tm - 2Тzl, (8)

где tm - момент времени, в который передний фронт отраженного импульса пересекает уровень m-Ur:

Ur (tm ) = m • Ur . (9)

Уравнение (9) не имеет аналитического решения, но может быть решено численным методом. В единицах расстояния погрешность составит Al = At /2т .

m m z

Отметим, что погрешность локализации Atm зависит от конструктивной постоянной кабельной цепи т0, расстояния до неоднородности l, формы

10

а)

б)

Рис. 3. Нормализованные импульсная характеристика однократного отражения от неискажающей неоднородности (1) и форма отраженного от нее импульса (2): а) возникновение погрешности At при традиционной методике измерения расстояния, б) измерение расстояния по вершине отраженного импульса

Uzon(t) и длительности tzond зондирующего импульса. Хотя снижение уровня m ведет к уменьшению погрешности локализации неоднородности, его нельзя выбирать ниже некоторого минимального уровня, определяемого случайными колебаниями волнового сопротивления за счет внутренних неоднородностей. Количественные характеристики внутренних неоднородностей кабельных цепей рассмотрены в п. 4.5.

Измеренное на уровне m расстояние l.zm можно уточнить путем решения следующего уравнения:

1 = lizm - Alm = lizm - Atm/2тz, (10)

где l - уточненное расстояние до неоднородности. Как отмечалось выше, величины Alm и Atm зависят от l, т. е. (10) необходимо решать численным методом. Уточнение расстояния до неоднородности по выражению (11) позволяет более чем в 2 раза уменьшить погрешность его определения.

2.2 Методика измерения расстояния по вершине отраженного импульса

В [7] рассматривается способ повышения точности измерения расстояний до неоднородностей, основанный на локализации вершин отраженных

11

импульсов. Показано, что нормализованное смещение вершины отраженного импульса Str = Atr/tzond (рис. 3б) хорошо описывается выражением

St,. = (1 + (tjtzond )е )V6 ,

(11)

где Q = 1,371 - коэффициент аппроксимации; tg - смещение вершины импульсной характеристики однократного отражения от резистивной неоднородности, находящейся на расстоянии l, относительно времени задержки (рис. 3б):

tg = (8/3) V2. (12)

На основе выражений (11) и (12) в [7] предложен алгоритм для преобразования зарегистрированной цифровым импульсным прибором рефлекто-граммы (u2i, l() в рефлектограмму (u2i, i;), по которой отсчет расстояний до неоднородностей можно вести, ориентируясь на вершины отраженных импульсов:

[т2 (li - i;)]Q - [(1/3)v;2]Q=(o,25tp )Q. (13)

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что использование предложенной методики позволяет более чем в 3 раза уменьшить относительную погрешность локализации одиночной неоднородности, а также локализации близко расположенных неоднородностей.

2.3 Установка коэффициента укорочения

Известно, что результат измерения расстояния до неоднородности зависит от установленного при регистрации или анализе рефлектограммы коэффициента укорочения, который традиционно считается параметром кабельной цепи:

Kyk = CIV = СТz , (11)

где c - скорость света в вакууме; v - скорость распространения электромагнитного импульса по данной цепи. Скорость распространения монохроматической электромагнитной волны по кабельной цепи зависит не только от параметров самой цепи, но и от частоты, а значит, v и Kyk будут зависеть от формы и длительности зондирующего импульса. Кроме того, в результате искажения

12

зондирующего импульса, распространяющегося по кабельной цепи, его спектр изменяется, в нем начинают преобладать низкочастотные составляющие, имеющие меньшую скорость, что приводит к возрастанию Кук. Таким образом, коэффициент укорочения не является постоянной величиной, а зависит от расстояния до неоднородности и параметров зондирующего импульса. Для повышения точности определения расстояния рекомендуется экспериментально определить коэффициент укорочения по зарегистрированной рефлектограмме разомкнутой или короткозамкнутой кабельной цепи известной длины по методике, предложенной в [9].

2.4 Методика измерения расстояния, основанная на сравнении отсчетов экспериментально зарегистрированной и теоретически рассчитанной рефлектограмм

Принципиальным недостатком рассмотренных в п. 2.1 и 2.2 способов локализации неоднородностей является использование для определения расстояния только одного отсчета рефлектограммы. В [10] предлагается методика сравнения отсчетов фрагмента экспериментально зарегистрированной рефлектограммы с теоретически рассчитанными по выражениям (1)-(6) отсчетами сигнала обратного потока, позволяющая уменьшить относительную погрешность локализации неоднородностей в 5-10 раз.

3 Улучшение разрешающей способности импульсного метода

3.1 Понятие разрешающей способности

При исследовании кабельных цепей импульсным методом важную роль играет разрешающая способность - минимальное расстояние Л/п, на котором можно различить и локализовать две соседние неоднородности. Наибольшие сложности возникают при разрешении неоднородностей, имеющих коэффициенты отражения одного знака. Для количественной оценки разрешающей способности можно ввести коэффициент разрешения:

К =

2 • (U

r min max

- Urmin)(U

r max max

Ur min)

(Ur min max Ur min) + (U;

r max max

- U )2

r min/

(12)

Принятые в выражении (12) обозначения соответствуют обозначениям на рис. 4. Определенный таким образом коэффициент разрешения равен 0 при неразрешимых неоднородностях, когда U . = U . , что означает

г г г ^ г ^ ?^r min r min max7

13

Рис. 4. Определение коэффициента разрешения

отсутствие «провала». Максимальное значение коэффициента разрешения равно 1, оно достигается при U . = U .

Очевидно, что на величину коэффициента разрешения, определяемого по рефлектограмме, зарегистрированной цифровым импульсным прибором, должны оказывать влияние его параметры - коэффициент усиления и частота дискретизации и разрядность АЦП.

Расчеты показывают, что снижение частоты дискретизации АЦП Fd незначительно ухудшает разрешающую способность, если 1/Fd << Atr. Снижение разрядности АЦП незначительно ухудшает разрешающую способ-

если Ur min max - Ur min << AUadc , где AUadc - шаг квантования АЦП.

3.2 Использование фильтрации сигнала обратного потока

Для повышения разрешающей способности (уменьшения AJJ возможно использование фильтрации зарегистрированной рефлектограммы с помощью цифрового фильтра. В [7] рассмотрен фильтр, синтезированный по полосовому фильтру-прототипу:

us(i) = b0 ■ u2(i) - b0 ■ u2(i - 2) - a: • us(i -1) - a2 • us(i - 2). (13)

Коэффициенты b0, a1, a2 выражаются через параметры фильтра (резонансную частоту ю0, постоянную времени ту, коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте Ктту) и период дискретизации At следующим образом:

bo =

2At Т yKm

4тy + WoAt ту + 2At

; ax =

2CT°At2ту - 8ту _

4ту + ®oAt ту + 2At

14

4т y - 2At + №>0At2т y

a2 =—“----2—2-------•

4тy + WoAt тy + 2At

Для количественной оценки эффективности фильтрации в [7] введен специальный коэффициент:

Urs • tr trs ■ Ur’

(14)

где U, Us - амплитуды; tr, trs - длительности на уровнях m-Ur и m-Urs отраженных импульсов до и после фильтрации.

В [7] показано, что для каждого расстояния до неоднородности и длительности зондирующего импульса существует фильтр, обеспечивающий наибольший коэффициент эффективности.

На рис. 5 показаны зависимости разрешающей способности Aln от расстояния до первой неоднородности l без использования и при использовании фильтра с наибольшим коэффициентом эффективности. Видно, что фильтрация позволяет существенно улучшить разрешающую способность.

зоо

250

200

150 100

50

о

Рис. 5. Разрешающая способность при использовании и без использования фильтрации

1 1 ~ FTP tp = 500 нс

Без с >ильтр 1ЦИИ

С |)ИЛЬТ£ ацией

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5

/„1, КМ

3.3 Использование биимпульсного зондирующего сигнала

Для повышения разрешающей способности представляет интерес использование в качестве зондирующего сигнала биимпульса (рис. 6), со- 15

15

Рис. 6. Биимпульс

стоящего из двух прямоугольных импульсов противоположной полярности с различными в общем случае площадями Szond+ и Szond_ и длительностями t+ и t. В [7] показано, что целесообразно использовать биимпульс с t+ = t и S d/S d = 1,19. -

Для количественной оценки эффективности использования биимпульсного зондирующего сигнала по сравнению с прямоугольным можно воспользоваться коэффициентом (14), где U, Us - амплитуды, tr, trs - длительности на уровнях m-Ur и m-Urs отраженных импульсов при использовании биимпульсного зондирующего сигнала длительностью tzond и прямоугольного импульса длительностью 0,5-tzond. В [7] показано также, что для каждого рас- 16

А/и, м

Рис. 7. Разрешающая способность при использовании в качестве зондирующего сигнала биимпульса (1) и прямоугольного импульса (2)

16

стояния до неоднородности существует оптимальная длительность биимпульса, обеспечивающая наибольший коэффициент эффективности.

На рис. 7 представлена зависимость разрешающей способности от расстояния до первой неоднородности при использовании биимпульса оптимальной длительности tzond . Для сравнения на этом же рисунке приведена аналогичная зависимость, рассчитанная для прямоугольных зондирующих импульсов длительностью 0,57zond . Видно, что использование биимпульсов позволяет существенно улучшить разрешающую способность.

3.4 Использование «биимпульсной» обработки

Существующие импульсные приборы используют, как правило, только прямоугольный зондирующий импульс. В [11] предлагается методика обработки зарегистрированной рефлектограммы, позволяющая преобразовать ее в рефлектограмму, которая могла бы быть получена при использовании биимпульса.

В соответствии с методикой исходная рефлектограмма инвертируется, сдвигается на время, равное длительности зондирующего прямоугольного импульса tzond, домножается на Szond/Szond_ и суммируется с исходной (рис. 8). В [11] показано, что полученная таким образом рефлектограмма полностью идентична рефлектограмме, полученной при использовании биимпульса длительностью 2t „

zond 17

17

4 Количественное определение параметров неоднородностей

4.1 Затухание импульсов

Для получения количественной характеристики (коэффициента отражения) резистивной или стыковой неоднородности удобнее всего анализировать амплитуду отраженного от нее сигнала. Трудность заключается в том, что помимо процесса отражения сигнала от неоднородности на его амплитуду сигнала влияет также затухание, имеющее место в линии, и потери в предшествующих неоднородностях. В [7] вводится понятие затухания зондирующего импульса по отражению:

azond 201g(U_w/U), (15)

где UzoncP U r — амплитуды зондирующего и отраженного импульсов, соответственно. В [5, 7] предложена аппроксимация зависимости затухания azond от расстояния l до неоднородности и длительности зондирующего импульса tzond.

azond=

2l/ y]tzond

Ma + Ka • 2 ll Фzond

(16)

где M, Ka — аппроксимационные коэффициенты, значения которых для различных кабелей приведены в [7].

Для амплитуды импульса, отраженного от неоднородности с коэффициентом отражения rn+, справедливо

Ur = Uz„„d ■ r„+- 10-a-°"d/20. (17)

4.2 Коррекция амплитуд отсчетов рефлектограммы

На основе выражений (15)—(17) в [7] предложен алгоритм коррекции амплитуд отсчетов зарегистрированной рефлектограммы неоднородной линии с целью компенсации вносимого линией затухания:

u , = u • 10

rkorri ri

azond i 120

(18)

где azond. — затухания импульсов, рассчитанные по выражению (16), в котором l = lt - Al/, л/. — смещение вершины отраженного импульса в единицах расстояния, определяемое по выражению, следующему из (11) и (12): 18

18

(19)

Al; —

T zL

'mwif+((ii4)tzond )q

lV Q

Применение данной методики позволяет скомпенсировать затухание линии. Ниже рассмотрена методика учета потерь, вносимых предшествующими неоднородностями.

4.3 Дополнительная обработка отсчетов рефлектограммы

Для компенсации потерь, вносимых предшествующими неоднородностями, в [7] предложен алгоритм дополнительной обработки скорректированных отсчетов рефлектограммы. В соответствии с ним в выражение (18) добавляется дополнительный множитель Kdop.:

U terri = Uri- Ю--"120 ■ Kdopl.

(20)

Для расчета Kdop . полагаем, что после компенсации затухания линии амплитуда импульса, отраженного от первой неоднородности, пропорциональна коэффициенту отражения:

1 , h - l1

n-1 Т1 , (21)

П (Knj+Knj-) , h > l

j=1 _

где l1 - расстояние до 1-й неоднородности; N - количество неоднородностей до рассматриваемой точки i; Kj+ и Kj._ - коэффициенты пропускания j-й неоднородности в прямом и обратном направлениях, соответственно.

По вертикальной оси на обработанной рефлектограмме может быть непосредственно отложен коэффициент отражения в соответствии с выражением

K —

dopi

Urkorri r —______________

korri jj

^ zond

(22)

4.4 Исключение эффекта «лыжи» и смещения нулевой линии

В большинстве импульсных приборов на рефлектограмме наблюдается так называемый эффект «лыжи», который проявляется в том, что на колебания коэффициента отражения накладывается некоторый переходной процесс, обусловленный свойствами генератора зондирующих импульсов и усилите-

19

ля напряжения обратного потока. Кроме того, на рефлектограммах может наблюдаться смещение нулевой линии. Данные эффекты могут приводить к существенному возрастанию погрешностей измерения коэффициентов отражения. Для их исключения предлагается провести аппроксимацию участка экспериментальной рефлектограммы, не содержащего фрагментов зондирующего импульса и импульсов, отраженных от значимых неоднородностей, гладкой кривой вида

u(l) = A ■ exp(B ■ l) + C, (23)

где A, B и C - коэффициенты аппроксимации. Аппроксимацию (23) предлагается использовать для обработки отсчетов сигнала обратного потока:

Ki = uri - u (li). (24)

На рис. 9а показаны рефлектограммы кабельной цепи MAXILAN UTP Cat. 5e 4^4x24 AWG SOLID, в которой на расстоянии 102 м была создана омическая асимметрия 28,5 Ом, до и после обработки. Длительность зондирующего импульса составляла 125 нс. Обработка заключалась в исключении эффекта «лыжи» и смещения нулевой линии и коррекции отсчетов в соответствии с выражениями (24), (18) и (22). На рис. 9б показаны те же рефлек-тограммы, дополнительно обработанные в соответствии с выражением (20). Погрешность определения коэффициентов отражения оказалась менее 2 %, что доказывает эффективность предлагаемой методики.

а) б)

Рис. 9. Определение коэффициентов отражения по рефлектограмме

20

4.5 Количественная оценка внутренних неоднородностей.

Оценка степени однородности двухпроводной цепи

Неоднородности, связанные с выбранной конструкцией кабеля, а также с отклонениями от нее, называют внутренними, или структурными [10, 12]. Внутренние неоднородности определяют качество изготовления кабеля, ухудшение качества кабельных цепей после прокладки, в результате старения и воздействия внешних условий.

В [13] для количественной оценки внутренних неоднородностей двухпроводных цепей предлагается использовать среднеквадратическое отклонение коэффициента отражения. Для его определения проводится специальная обработка рефлектограммы, включающая: 1) выделение фрагмента рефлек-тограммы (ее начального участка), на котором хорошо видны отражения от внутренних неоднородностей; 2) исключение эффекта «лыжи» и смещения нулевой линии (п. 4.4); 3) получение отсчетов коэффициента отражения (п. 4.2-4.3); 4) расчет среднего значения и среднеквадратического отклонения коэффициента отражения.

В [13] показано, что получаемая оценка позволяет более адекватно оценить степень однородности двухпроводной цепи, чем традиционно используемый параметр «возвратные потери», который сильно зависит от качества согласования цепи с генератором и нагрузкой.

Заключение

В результате проведенных исследований:

1) подтверждена адекватность предложенных моделей неоднородной двухпроводной цепи, отдельных неоднородностей, процессов регистрации и обработки рефлектограмм;

2) проанализированы традиционные и разработаны новые, более точные, методики определения расстояния до неоднородностей или повреждений двухпроводной цепи;

3) введен критерий оценки разрешающей способности импульсных измерений и предложены методики ее улучшения;

4) предложены алгоритмы обработки рефлектограмм, позволяющие расширить функциональные возможности метода, в том числе получить количественную оценку коэффициентов отражения от неоднородностей (изменений волнового сопротивления), оценить степень однородности линии и ее пригодности для широкополосного доступа;

5) разработано программное обеспечение, реализующее предложенные методики и алгоритмы обработки рефлектограмм.

21

Библиографический список

1. Руководство по электрическим измерениям линий сельских телефонных сетей. -Москва : Связь, 1977.

2. Руководство по электрическим измерениям линий магистральной и зоновой сетей связи. - Москва : Связь, 1973.

3. Руководство по электрическим измерениям коаксиальных кабелей связи. - Москва, 1969.

4. ОСТ 45.01-98. Участки кабельные элементарные и секции кабельные линий передачи. Нормы электрические. Методы испытаний.

5. Импульсные измерения коаксиальных кабелей связи / А. С. Воронцов, П. А. Фролов. - Москва : Радио и связь, 1985.

6. Временные характеристики кабельных линий связи / В. А. Андреев. - М. : Радио и связь, 1986.

7. Исследование импульсного метода измерений параметров двухпроводных цепей : автореф. ... дис. канд. техн. наук / М. С. Былина. - Санкт-Петербург, 2006.

8. Математическая модель сигнала обратного потока кабельной цепи с неоднородностями, имеющими комплексный характер / М. С. Былина, С. Ф. Глаголев // Материалы 63-й науч.-технич. конф. проф.-преподават. состава, науч. сотрудников и аспирантов СПбГУТ. - Санкт-Петербург, 2011.

9. Повышение точности определения расстояний по рефлектограммам кабельных цепей / М. С. Былина, С. Ф. Глаголев // КАБЕЛЬ-News. - 2011. - № 5.

10. Новые возможности импульсного метода измерений параметров кабелей для цифровых систем передачи / М. С. Былина, С. Ф. Глаголев, А. С. Дюбов // Электросвязь. -2010. - № 2.

11. Пути повышения разрешающей способности импульсных измерений / А. Р. Былин, М. С. Былина, С. Ф. Глаголев // Науч.-технич. ведомости СПбГПУ. Спец. вып. Информатика. Телекоммуникации. Управление. - 2008. - № 6.

12. TIA/EIA-568-B.2 Commercial Building Telecommunications Cabling Standard. P. 2. Balanced Twisted Pair Cabling Components. 2001. May.

13. Оценка неоднородностей цепей кабелей для цифровой передачи импульсным рефлектометром / М. С. Былина, С. Ф. Глаголев, А. С. Дюбов // КАБЕЛЬ-News. - 2010. -№ 8.

© Былина М. С., 2014

22