ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОРНІЛОВСЬКА НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 681.32

ІНФОРМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ КАНАЛІВ АВТОМАТИЗОВАНИХ

СИСТЕМ ПЕРЕРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ Й УПРАВЛІННЯ

05.13.06 – автоматизовані системи управління та

прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Херсонському державному технічному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, професор

Рогальський Франц Борисович, Херсонський державний технічний університет, проректор, завідувач кафедри інформатики і комп’ютерних технологій

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Марасанов Володимир Васильович,

Херсонський державний аграрний університет, завідувач кафедри економічної кібернетики;

кандидат технічних наук, доцент

Хошаба Олександр Мирославович,

Вінницький національний технічний університет, доцент кафедри інтелектуальних систем

Провідна установа: | Харківський національний університет радіоелектроніки, кафедра автоматизації проектування обчислювальної техніки, Міністерство освіти і науки України, м. Харків

Захист відбудеться “21” лютого 2004 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, Херсон-8, Бериславське шосе 24, корпус 1, ауд. 223.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, Херсон-8, Бериславське шосе 24, корп.1

Автореферат розісланий “14”січня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Костін В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

В умовах створення ринкових відносин одним із важливих завдань є підвищення ефективності функціонування промислових підприємств, у тому числі і за рахунок більш раціональної побудови автоматизованих систем переробки інформації й управління. Ефективна робота таких систем вимагає високої точності та достовірності передачі інформації. Для цього у вказаних системах необхідні надійні телекомунікаційні канали, постійне їх удосконалення. Нові можливості для отримання покращених характеристик телекомунікаційних каналів відкриваються при використанні сучасних інформаційних технологій. Такі технології повинні забезпечувати розв'язання спеціальних прикладних задач, коректність і точність розрахунку, підвищення продуктивності праці, можливість покращити параметри та характеристики каналів. Науковою базою для дисертаційних досліджень стали роботи Скуріхіна В.І., Анісімова В.Г., Костюка В.І., Петрова Е.Г., Ходакова В.Є., Норенкова І.П., Баскакова С.І., Варакіна Л.Е., Д'яконова В.П., Рогальського Ф.Б. та ін.

Актуальність теми. Сучасні автоматизовані системи переробки інформації та інструментальні засоби складні у застосуванні, мають значну вартість, часто недоступні широкому колу фахівців, до того ж, багато з них стали інтелектуальною власністю, що ретельно охороняється. Крім того, освоєння неадаптованого програмного забезпечення процесу вдосконалення телекомунікаційних каналів потребує значного часу та зусиль, а отже виникає питання доцільності його застосування. З огляду на вищезазначене досить актуальним є необхідність розробки нових моделей, методів, алгоритмів і програмних продуктів, адаптованих до задач удосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління з чітко визначеними функціональними можливостями й галуззю застосування, з простим і зручним для користувача інтерфейсом. Саме це й обумовило актуальність дисертаційних досліджень.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи, мета й основні задачі відповідають державним науково - технічним програмам, що сформульовані в Законі України "Про науково - виробничу діяльність" та в Законі України "Про національну програму інформатизації". Дисертаційна робота є складовою частиною програми досліджень кафедри інформатики і комп’ютерних технологій Херсонського державного технічного університету з теми "Удосконалення інформаційних систем підтримки прийняття управлінських та проектних рішень", номер державної реєстрації 0102U004861, яка затверджена рішенням експертної ради Міністерства освіти і науки України. У виконанні науково-дослідницької роботи роль автора полягає у розробці моделей та алгоритмів підтримки прийняття рішення при вдосконаленні каналів телеуправління-телесиналізації (ТУ-ТС) автоматизованих систем переробки інформації й управління, адаптації та доопрацюванні багатоетапного інформаційно-структурного підходу.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційного дослідження – розробка інформаційного забезпечення процесів удосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління шляхом створення моделей, алгоритмів і програмних продуктів, адаптованих до задач удосконалення телекомунікаційних каналів з чітко визначеними функціональними можливостями. Мета відповідно визначила такі задачі:

- проаналізувати особливості передачі інформації в телекомунікаційних каналах автоматизованих систем переробки інформації й управління (АСПІУ), стан комп’ютеризації процесів удосконалення каналів ТУ-ТС та відповідні інформаційні технології;

- розробити моделі елементів телекомунікаційних каналів з комплексно покращеними параметрами та характеристиками;

- на основі розроблених моделей та алгоритмів запропонувати інформаційну технологію вдосконалення телекомунікаційних каналів АСПІУ та розробити елементи системи підтримки рішень при автоматизації процесів удосконалення каналів ТУ-ТС;

- виконати моделювання процесів функціонування приймально-передавальної апаратури та запропонувати нові рішення, що покращують параметри і характеристики телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління;

- реалізувати розроблені методи у вигляді підсистем і програмних модулів, дати оцінку ефективності застосування запропонованих моделей та алгоритмів.

Об'єкт дослідження – процеси передачі інформації в телекомунікаційних каналах автоматизованих систем переробки інформації й управління.

Предмет дослідження – моделі, методи і алгоритми процесів удосконалення каналів телеуправління-телесигналізації автоматизованих систем переробки інформації й управління.

Методи дослідження. В основу досліджень покладено інформаційно-структурний метод та діалоговий процес спілкування людина – ЕОМ у процесі вдосконалення каналів передачі інформації. Використовувались системний підхід і формалізація при формуванні структур пристроїв, що вдосконалюються, моделювання, аналіз і синтез, абстрагування при розробці моделей каналів та їх елементів. Інформаційно-логічне забезпечення прийняття рішень виконано з використанням положень статистичної радіотехніки, теорії сигналів і ланцюгів, теорії ймовірностей, теорії кодування. При розробці алгоритмів і програмних модулів використано методи алгоритмізації і програмування. Для розв’язання задач моделювання і визначення параметрів та характеристик елементів телекомунікаційних каналів використане комп'ютерне моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- запропоновано інформаційну технологію вдосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління, яка реалізує метод комплексного вдосконалення параметрів і характеристик каналів ТУ-ТС систем телемеханіки;

- розвинуто і адаптовано до особливостей вдосконалення телекомунікаційних каналів інформаційно-структурний метод, запропоновано методологію підтримки прийняття рішень при вдосконаленні телекомунікаційних каналів та розглянуто можливості створення СППР з використанням інформаційно-структурного підходу;

- запропоновано моделі підтримки прийняття рішень при проектуванні окремих елементів і комплексному вдосконаленні телекомунікаційних каналів та здійснено втілення їх у підсистему моделювання каналів та у відповідні програмні продукти;

- розроблено і доповнено елементи прикладної теорії, запропоновано інформаційну технологію та проблемно-орієнтований інструментарій розв’язання задач створення СППР у вигляді моделей, алгоритмів і програм, що дозволило вперше обґрунтувати метод комплексного вдосконалення телекомунікаційних каналів за рахунок використання шумоподібних кодованих сигналів та запропонувати нову різновидність активних смугових фільтрів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені моделі та алгоритми дозволили підвищити ступінь автоматизації процесу вдосконалення телекомунікаційних каналів. Вказані моделі та алгоритми дали змогу впровадити в практику сучасні інформаційні технології та за рахунок цього зменшити термін і підвищити якість удосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління.

Застосування інформаційних технологій для дослідження процесів у телекомунікаційних каналах дозволило запропонувати схему універсального приймача - передавача, активних фільтрів сигналів, визначити область частот, де їх використання технологічно і економічно більш доцільне, ніж тих, що використовувались раніше.

Розроблено елементи системи прийняття рішень при вдосконаленні каналів ТУ-ТС систем телемеханіки, створено проблемно-орієнтований інструментарій, використання якого в серії імітаційних експериментів дозволило запропонувати та запатентувати способи приймання-передачі шумоподібних кодованих сигналів та регулювання смуги прозорості при фільтрації сигналів, а також декілька пристроїв, що використовуються в телекомунікаційних каналах. Запропоновані пристрої забезпечили можливість регулювання частотного діапазону в 103 разів та більш, ніж в 10 разів збільшити кількість каналів у виділеній смузі частот. Упровадження знакового цифрового відеокорелятора, зокрема, забезпечило зменшення апаратурних витрат приблизно в 102 раз. Приблизно в 10 разів підвищено завадостійкість каналів.

Дослідження, що виконані в дисертаційній роботі, орієнтовані, перш за все на системи телемеханіки. Такі системи можна стисло визначити як системи управління об’єктами на відстані. Це можуть бути системи управління промисловими об’єктами, мережами електропостачання, об’єктами комунального господарства, мережами газопостачання, нафтопроводами.

Результати досліджень упроваджені в автоматизованих системах промислових підприємств ВАТ "ХБК", ВАТ "Херсонгаз", використовуються в мережі прийому - передачі інформації ХДТУ та в навчальному процесі ХДТУ при підготовці інженерних кадрів.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці й обґрунтуванні задач та мети дослідження. Автором проведено практичний аналіз науково - технічної літератури, на основі якого запропоновано створити адаптовану до задач дисертаційних досліджень інформаційну технологію, при цьому сформульовані алгоритми досліджень і визначені вимоги до кінцевих результатів досліджень; систематизовано та розроблено нові математичні моделі як окремих елементів, так і телекомунікаційних каналів ТУ-ТС вцілому, розроблено алгоритми та створено програмні продукти, проведено узагальнення одержаних при дослідженнях результатів. Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати належать авторові й не містять результатів, що належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на Міжнародній конференції з математичного моделювання "Математичні моделі і сучасні інформаційні технології" (С.-Петербург, 1998); Третій міжнародній конференції з математичного моделювання "Математичне моделювання в освіті, науці і промисловості" (Херсон, 1999); Міжнародній конференції по керуванню "Автоматика-2001" (Одеса, 2001). Зроблено доповіді на наукових семінарах “Прикладні проблеми інформатики” з проблеми “Кібернетика” (Херсон, 2001-2002), науково-практичній конференції “Інформаційні технології в освіті й управлінні” (Н.- Каховка, 2000-2001), на семінарах кафедри інформатики і комп’ютерних технологій ХДТУ (Херсон, 2001-2003).

Публікації. Основні результати виконаної роботи відображені у 9-ти друкованих наукових працях фахових видань, що входять до переліку ВАК України. Крім того, результати роботи захищені чотирма патентами України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Дисертація містить 203 сторінки тексту, 121 рисунок, 137 найменувань літературних джерел. Обсяг додатків - 44 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі досліджень, наведено відомості про зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами, висвітлено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналіз сучасного стану інформатизації процесів створення та вдосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління, проведено аналіз інструментарію вдосконалення телекомунікаційних каналів, виконано дослідження характеристик телекомунікаційних каналів, визначено мету та задачі дисертаційних досліджень, а також конкретизовані шляхи розв’язання поставлених задач.

Аналіз програмного інструментарію, включаючи ППП (Electronics Workbench, Mathcad і т.і. ), CASE – технології, алгоритмічні мови та інші засоби, показує, що універсальний інструмент дослідження та вдосконалення, адаптований до задач дослідження характеристик телекомунікаційних каналів ТУ-ТС автоматизованих систем переробки інформації й управління, сьогодні відсутній. Отже, для вдосконалення вказаних каналів важлива розробка моделей, алгоритмів, інформаційних технологій.

Узагальнену математичну модель АСПІУ можна представити в такий спосіб:

Масиви інформації X1,X2,…,Xm передаються в режимах телевимірювання (ТВ), телесигналізації (ТС). Масиви інформації Y1,Y2,…,Yn - передаються в режимі телеуправління (ТУ). Функції формують алгоритм управління.

Функції визначають залежність стану об'єкта від управляючих впливів та результатів обробки вхідних даних. Функції утворюють контрольні тести системи обробки даних. У процесі дисертаційних досліджень необхідно визначити вид і характерні риси операторів F і f.

Аналіз принципів побудови й організації функціонування застосовуваних сьогодні систем дозволяє зробити висновок про те, що параметрами і характеристиками каналів прийому-передачі інформації цих систем є завадостійкість, багатоканальність, розподільча здатність за часом пристроїв синхронізації, об'єм апаратури, міра уніфікації і стандартизації апаратури, простота обслуговування.

Недоліком приймання-передачі інформації ТУ-ТС, є те, що правила формування інформаційних посилок для передачі адреси, команд і повідомлень, для здійснення циклової синхронізації та реалізації багатоканальності, для підвищення завадостійкості різні. Тому правила побудови приймально-передавальних каналів для різних за своєю структурою і змістом інформаційних посилок різні. Заходи, спрямовані на поліпшення параметрів і характеристик приймально-передавальних каналів для одних інформаційних посилок не приводять до поліпшення параметрів та характеристик приймально-передавальних каналів для інших інформаційних посилок. Виходячи з цього, актуальним є пошук таких засобів і методів, що дозволять комплексно поліпшити параметри та характеристики каналів.

У другому розділі розглянуто особливості ітераційного процесу взаємодії проектувальника і комп'ютера у процесі створення та вдосконалення телекомунікаційних каналів.

Схемотехнічне вдосконалення є ітераційним процесом, що складається з виконання сукупності проектних процедур при взаємодії множини моделей , множини операцій над моделями та множини критеріїв (обмежень) та умов удосконалення .

Кожна множина процедур переводить модель схеми, що вдосконалюється, в наступний стан , де . При цьому множина повинна враховувати результати попередніх кроків удосконалення.

У процесі вдосконалення використовується модель бібліотеки схем. При цьому з урахуванням накопиченого досвіду в даній предметній галузі складається опис відповідностей (Ат.д.) параметрів функціональної (Fт.з) та атрибутивної специфікації та зберігається у пам'яті комп'ютера. Кожному переліку параметрів

ставиться у відповідність перелік параметрів

Процес схемотехнічного вдосконалення складається із циклів, під час яких виконуються синтез схемного рішення, аналіз схемного рішення і оптимізація параметрів за критеріями, заданими у технічному завданні.

В роботі розглянуто методологію підтримки прийняття рішень при вдосконаленні телекомунікаційних каналів, особливості та основні компоненти інформаційної технології прийняття рішень. Показана необхідність і особливе значення когнітивної підтримки прийняття рішень при вдосконаленні та створенні елементів телекомунікаційних каналів.

Розглянуто особливості формалізації та моделювання інформаційних процесів у приймально-передавальному каналі автоматизованої системи переробки інформації й управління. Показано, що найдоцільніше використовувати математичні моделі у вигляді передавальних функцій елементів телекомунікаційних каналів.

В основу дисертаційних досліджень покладено інформаційно-структурний підхід та здійснено його адаптацію, доопрацювання згідно до вимог дисертаційних задач. Схема інформаційно-структурного методу зображена на рис.1.

Рис .1. Схема інформаційно-структурного методу

Показано, що така багатоетапна процедура дозволяє на першому етапі отримати структурну модель пристрою приймання – передачі; на другому етапі отримати математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення для виконання моделювання пристрою; на третьому етапі створюються підсумкові програмні продукти з детальним опрацюванням інтерфейсних режимів удосконалення. У результаті з'являється можливість удосконалювати та створювати об'єкти з чітко визначеними вимогами щодо швидкості передачі інформації, виділеної смуги частот, апаратурного виконання, умов функціонування.

У третьому розділі виконано моделювання процесу функціонування телекомунікаційних каналів, що дозволило запропонувати спосіб приймання-передачі інформації у каналах ТУ-ТС, при якому замість простих сигналів (поодиноких імпульсів) використовуються складні шумоподібні сигнали, кодовані за законами квазівипадкових послідовностей (КВП). Така послідовність записується як , де Т - загальна тривалість послідовності, - тривалість елементарних кодових знаків, з яких складається послідовність.

До складу шумоподібних кодованих сигналів (ШКС) входять фазо-маніпульовані за законами КВП сигнали (ФМн), частотно-маніпульовані сигнали (ЧМн), амплітудно-маніпульовані радіосигнали (АМнрадіо) та амплітудно-маніпульовані відеосигнали (АМнвідео).

Математичні моделі ШКС подано таким чином:

де А – амплітуда сигналів; – радіочастоти, причому . , а .

При моделюванні враховувались такі критерії поліпшення якості телекомунікаційних каналів:

- завадостійкість

-когерентність генераторів тактових імпульсів передавача та приймача

- багатоканальність

-процент уніфікованої апаратури в загальному об'ємі апаратури

- функціональні можливості

Комплексний критерій можна представити у вигляді:

де - критерії поліпшення якості каналів, - вагові коефіцієнти.

Відповідно до вибраних сигналів побудовано узагальнену топологічну модель приймально-передавального каналу автоматизованої системи переробки інформації й управління з використанням ШКС (рис.2). Запропоновано структурні моделі передавача та квазіоптимального приймача ШКС.

Основними апаратурними частинами приймально-передавального каналу, що дозволяють реалізовувати переваги ШКС, є генератор КВП та цифровий корелятор.

Рис.2. Узагальнена топологічна модель приймально-передавального каналу з використанням ШКС

Генератор КВП визначає структуру ШКС, а цифровий корелятор здійснює узгоджений зі структурою сигналу прийом. Генератор КВП повинен виробляти велику кількість взаємоортогональних кодових слів. Цифровий корелятор легко узгоджується з будь-яким кодовим словом, кореляційну функцію якого треба знайти.

Рис.3 ілюструє той факт, що узгоджене зі структурою ШКС приймання, в якому використовується цифровий знаковий відеокорелятор, забезпечує зменшення апаратурних витрат більш ніж в 102 раз порівняно з узгодженим прийманням до детектора.

На рис.3 – автокореляційна функція (АКФ) ШКС на радіочастоті; – аналогова АКФ ШКС після детектора; - цифрова знакова АКФ. Для побудови цифрової знакової АКФ достатньо одного на довжину елементарного кодового знака співпадання кодових знаків при порівнянні. S(t) – структура ШКС. Для побудови радіо-АКФ необхідно забезпечити в 102 разів більше порівнянь. Тому що, як правило, довжина елементарного кодового знаку повинна бути принаймні в 10 разів більше періодів радіочастоти, а для більш-менш точної побудови центрального піка відео-АКФ необхідно виконати принаймні 10 порівнянь. Детектор, що є складовою частиною квазіоптимального приймача дозволяє зменшити апаратурні витрати, є нелінійним пристроєм і тому погіршує завадостійкість приймання.

Рис. 3. Можливості зменшення апаратурних витрат в разі приймання за допомогою цифрового знакового корелятора

Шумоподібні кодовані сигнали відкривають можливість комплексного вдосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління. По-перше, збільшення довжини сигналу ТУ-ТС дає змогу суттєво збільшити завадостійкість передачі. По-друге, збільшення смуги частот інформаційної посилки дозволяє покращити розподільчу здатність за часом, яка використовується у пристроях синхронізації. По-третє, використання кореляційних властивостей ШКС (а саме їх АКФ та ВКФ) дає змогу будувати багатоканальні системи передачі інформації.

Показано, що використання вказаних можливостей комплексно дає змогу уніфікувати та стандартизувати апаратуру, за рахунок цього зменшити апаратурні витрати та розширити функціональні можливості.

При проведенні комп’ютерного експерименту особлива увага надається аналізу вимог до вхідних смугових фільтрів, що разом із цифровим знаковим корелятором забезпечують необхідну завадостійкість каналу. Показано, що для побудови смугових фільтрів доцільно застосовувати LRC частотно-залежний двополюсник фільтра Баттерворта. Із використанням цього двополюсника запропонована електрична схема активного смугового LRC – фільтра.

Показано переваги запропонованих активних смугових LRC- фільтрів у порівнянні з тими, що використовуються на цей час. Знайдена математична модель RLC - двополюсника. Модуль еквівалентного опору двополюсника є його частотною характеристикою. Він дорівнює (де Re – дійсна частина еквівалентного опору, Im – уявна частина еквівалентного опору). Причому:

Rе ( ) = (AS + BD) / (S2 + D2),

Im () = (AD - BS) / (S2 + D2),

A = r (a / щ2C2 + г+ Q2r2),

B = M – aс2 / щC, S = M – (a / щC)2 + с2,

D = r – a (R0 +2r) / щC, a = (f / f0)2 – 1,

M = R0 r + r2, с = ,

Q = с / r , г = с2 / r R0,,

.

Тут - центральна частота смугового двополюсника, L та C – індуктивності та ємності резонансних контурів двополюсника, r - активний опір індуктивності. R0 – резистор, що є складовою частиною послідовного резонансного контуру, який входить до складу двополюсника. Фазова характеристика розглянутого частотно-відбіркового ланцюга .

Показано, що запропонований LRC – фільтр є універсальним в діапазоні частот від 0 до 100 мГц. Тому такий фільтр можна використовувати в усіх системах телемеханіки, в яких канали передачі інформації будуються із використанням телефонного кабелю, звиваної пари провідників, коаксіального кабелю, радіоканалу.

Отримані моделі процесів функціонування телекомунікаційних каналів ТУ-ТС є основою для розробки алгоритмів і інформаційної технології автоматизації прийняття рішень при вдосконаленні та створенні телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління.

У четвертому розділі здійснено практичну реалізацію розроблених моделей, алгоритмів та інформаційних технологій. Їх застосування забезпечує збільшення завадостійкості приймання-передачі інформації ТУ-ТС, покращення роботи пристроїв синхронізації, можливість побудови багатоканальних систем передачі інформації, уніфікацію та стандартизацію апаратури вдосконалення телекомунікаційних каналів.

Із використанням розроблених моделей, алгоритмів, інформаційних технологій, що реалізують інформаційно-структурний підхід, запропонована система підтримки прийняття рішень (СППР) при вдосконаленні телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління (рис.4).

Розроблені моделі, алгоритми, інформаційні технології та результати виконаного моделювання складають в сукупності суть підсистем інтелектуальної підтримки та проблемно-орієнтованих підсистем.

Рис.4. Структурна схема системи підтримки прийняття рішень при вдосконаленні телекомунікаційних каналів ТУ-ТС

У якості носіїв інформації ТУ-ТС досліджувались АМн- та ЧМн-сигнали. Їх використання забезпечує мінімальні апаратурні витрати. Ретельно досліджувались смуговий фільтр на вході квазіоптимального приймача ШКС та цифровий корелятор на виході каналу, що забезпечують узгоджене приймання відповідно зі спектром сигналу та структурою ШКС і завдяки цьому максимально можливу завадостійкість квазіоптимального приймання ШКС.

Моделювання виконувалось із використанням відомих пакетівприкладних програм Mathcad, EWB та власно створеного ППП PROJECT-K.

ППП PROJECT-K забезпечує широкі функціональні можливості, простий та доступний непрофесіональному користувачу інтерфейс (рис.5). Зокрема, пакет призначено для збільшення поля взаємно ортогональних адрес при реалізації багатоканальних систем передачі інформації з використанням кодового ущільнення-розподілу за структурою ШКС; для всебічного дослідження параметрів та характеристик пасивного LRC – двополюсника, який є основою для побудови активних LRC – фільтрів; для порівняння АФЧХ активних смугових та режекторних RC та LRC –фільтрів тощо.

Рис. 5. Інтерфейс ППП PROGECT-K

У додатках наведено: математичну модель смугового LRC – двополюсника; аналіз ефективності квазіоптимального приймання ШКС; моделювання цифрового корелятора; результати моделювання активних LRC – фільтрів; екранні форми модулів CORREL, KONTUR, FILTERS; акти впровадження результатів дисертаційних досліджень.

Висновки

1. Проведено аналіз процесів передачі інформації телеуправління-телесигналізації у телекомунікаційних каналах автоматизованих систем переробки інформації й управління, існуючих методів та засобів удосконалення апаратури, використання сучасних інформаційних технологій і програмного інструментарію для отримання каналів із поліпшеними характеристиками. Показано, що універсальний інструмент, адаптований до задач удосконалення каналів сьогодні відсутній, отже, необхідна розробка відповідних моделей, алгоритмів і інформаційних технологій.

2. Розглянуто особливості ітераційного процесу взаємодії проектувальника та комп’ютера у процесі вдосконалення телекомунікаційних каналів, їх окремих елементів. Розглянуто методологію підтримки прийняття рішень при вдосконаленні телекомунікаційних каналів, особливості та основні компоненти інформаційної технології підтримки прийняття рішень.

3. Розглянуто особливості формалізації та моделювання інформаційних процесів у телекомунікаційному каналі автоматизованих систем переробки інформації й управління. Здійснено адаптацію та доопрацювання багатоетапного інформаційно-структурного підходу, що дозволило на першому етапі отримати топологічну модель пристрою приймання-передачі, на другому етапі отримати математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення для моделювання пристроїв, на третьому етапі створювати підсумкові програмні продукти з детальним опрацюванням інтерфейсних режимів. Підхід дозволяє отримати комплексно вдосконалені об’єкти з чітко визначеними вимогами щодо швидкості передачі інформації, виділеної смуги частот, апаратурного виконання, умов функціонування.

4. Виконано моделювання процесу функціонування каналів ТУ-ТС, що дозволило запропонувати для використання шумоподібні кодовані сигнали, які дають можливість підвищити завадостійкість каналів, удосконалювати пристрої синхронізації, створювати якісні багатоканальні системи передачі інформації, зменшувати апаратурні витрати та збільшувати функціональні можливості апаратури.

5. Побудовано узагальнену топологічну модель телекомунікаційних каналів ТУ-ТС із використанням шумоподібних кодованих сигналів та моделі його елементів. Запропоновано моделі передавача та квазіоптимального приймача шумоподібних кодованих сигналів, моделі смугових фільтрів, знакового цифрового корелятора. При цьому запропоновану топологічну модель приймача-передавача шумоподібних кодованих сигналів можна використовувати практично в усіх системах телемеханіки, в яких канали передачі інформації будуються з використанням телефонного кабелю, звиваної пари провідників, коаксіального кабелю та радіоканалу. Моделі телекомунікаційних каналів послужили основою для розробки алгоритмів та інформаційної технології моделювання.

6. Розроблено структурну схему СППР, реалізовано її алгоритмічне і програмне забезпечення у вигляді діалогових підсистем, що дозволило автоматизувати процес удосконалення телекомунікаційних каналів, а саме: визначати параметри сигналів, що передають інформацію. Удосконалювати вхідні смугові фільтри, корелятори і телекомунікаційний канал вцілому. Програмне забезпечення створено на базі інструментального середовища Delphi 3.0. Пакет прикладних програм має широкі функціональні можливості, простий і доступний непрофесійному користувачеві інтерфейс. Дає можливість ефективно розв’язувати практичні задачі створення і вдосконалення каналів ТУ-ТС із комплексно покращеними характеристиками.

7. Розроблено та доповнено елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію для вдосконалення елементів каналів ТУ-ТС у вигляді моделей, алгоритмів, інформаційних технологій. Використання їх дозволило запропонувати, розробити та запатентувати низку способів та пристроїв, що забезпечили підвищення завадостійкості каналу приблизно в 10 разів, зменшення апаратурних витрат приблизно в 102 разів, можливість регулювання смуги прозорості приблизно в 103, можливість збільшення кількості каналів у виділеній смузі частот приблизно в12 разів.

Обґрунтованість висновків та рекомендацій підтверджується практичним використанням результатів дисертаційних досліджень. Результати досліджень впроваджені на виробництві, зокрема, ВАТ "Херсонгаз", ВАТ "ХБК", у мережах зв’язку ХДТУ та в навчальному процесі на факультеті кібернетики ХДТУ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

У роботі автором розроблено топологічну модель приймально-передавального тракту вцілому і математичні моделі окремих елементів тракта.

5.

У роботі авторові належить розробка програмного забезпечення.

6.

Автором проаналізовано принципи регулювання добротності та коефіцієнта прямокутності АЧХ одного класу активних широкополосних LRC-полосових фільтрів.

7.

Автором запропоновано основні алгоритми і програмні підходи до реалізації порівняльного аналізу характеристик і параметрів активних частотно-відбіркових RC та RLC ланцюгів.

8.

У роботі автором виконано аналіз науково-технічної літератури, зроблені висновки про переваги LRC – схем полосової фільтрації.

9.

У роботі автором розроблена схема і математична модель активного полосового перехідного LRC-фільтра.

10.

Автором запропоновано спосіб прийому-передачі інформації телеуправління-телесигналізації за допомогою шумоподобних кодованих сигналів.

11.

В роботі автором досліджено спосіб регулювання смуги проходження активного полосового LRC- фільтра.

12.

Автором розроблена схема і математична модель полосового фільтра.

13.

Автору належить схема і математична модель широкополосного активного режекторного фільтра.

АНОТАЦІЯ

Корніловська Н.В. Інформатизація процесів удосконалення телекомунікаційних каналів автоматизованих систем переробки інформації й управління. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2003.

Дисертація присвячена рішенню питань комплексного вдосконалення телекомунікаційних каналів телеуправління-телесигналізації (ТУ-ТС) автоматизованих систем переробки інформації й управління шляхом використання нових інформаційних технологій.

Виконано моделювання інформаційних процесів в телекомунікаційному каналі ТУ-ТС автоматизованих систем переробки інформації й управління, що дозволило запропонувати для використання шумоподібні кодовані сигнали, які дають можливість підвищити завадостійкість каналів, удосконалювати пристрої синхронізації, створювати якісні багатоканальні системи передачі інформації, зменшувати апаратурні витрати та збільшувати функціональні можливості апаратури. Побудовано узагальнену топологічну модель телекомунікаційних каналів ТУ-ТС із використанням шумоподібних кодованих сигналів та моделі його елементів.

Здійснено адаптацію та доопрацювання багатоетапного інформаційно-структурного підходу. Підхід дозволяє отримувати комплексно вдосконалені об’єкти з чітко визначеними вимогами щодо швидкості передачі інформації, виділеної смуги частот, апаратурного виконання, умов функціонування. Розглянуто методологію підтримки прийняття рішень при вдосконаленні телекомунікаційних каналів, особливості та основні компоненти інформаційної технології підтримки прийняття рішень. Розроблено структурну схему СППР та реалізовано її алгоритмічне і програмне забезпечення у вигляді діалогових підсистем, що дозволило автоматизувати процес удосконалення телекомунікаційних каналів, а саме: визначати параметри сигналів, що передають інформацію, удосконалювати вхідні смугові фільтри, корелятори і телекомунікаційний канал вцілому.

Ключові слова: інформаційна технологія, модель, алгоритм, удосконалення, канали телеуправління-телесигналізації, система підтримки прийняття рішень.

АННОТАЦИЯ

Корниловская Н.В. Информатизация процессов усовершенствования телекоммуникационных каналов автоматизированных систем обработки информации и управления. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2003.

Диссертация посвящена решению вопросов комплексного усовершенствования телекоммуникационных каналов телеуправления-телесигнализации автоматизированных систем обработки информации и управления с использованием новых информационных технологий.

Эффективность работы автоматизированных систем переработки информации и управления зависит от качества передачи информации. Телекоммуникационные каналы, которые могут обеспечить необходимое качество передачи информации, должны характеризоваться соответствующей помехоустойчивостью, многоканальностью, синхронизацией, скоростью передачи информации, объемом аппаратурных затрат, выделенной полосой частот, условиями функционирования. Анализ процессов приема-передачи информации ТУ-ТС показал, что мероприятия, направленные на улучшение вышеперечисленных параметров и характеристик телекоммуникационных каналов ТУ-ТС, сталкиваются с необходимостью решения противоречивых задач. В такой ситуации актуальным является разработка методов создания аппаратуры, которая позволяет строить телекоммуникационные каналы ТУ-ТС с комплексно улучшенными параметрами и характеристиками. Особое внимания заслуживает автоматизация процессов принятия решений на ранней стадии создания элементов телекоммуникационных каналов.

В работе проведен анализ процессов передачи информации в телекоммуникационных каналах автоматизированных систем обработки информации и управления, существующих методов и средств усовершенствования аппаратуры, использования современных информационных технологий и программного инструментария для получения каналов с улучшенными характеристиками. Показано, что универсальный инструмент, адаптированный к задачам усовершенствования каналов сегодня отсутствует. Поэтому необходима разработка соответствующих моделей, алгоритмов и информационных технологий для решения задач усовершенствования телекоммуникационных каналов.

Проведено моделирование информационных процессов в телекоммуникационном канале автоматизированных систем обработки информации и управления. Осуществлена адаптация и доработка многоэтапного информационно-структурного подхода. Это дает возможность оперативно осуществлять перебор вариантов проектных решений и выбор наиболее рационального из них, варьировать параметры устройства или системы. В особенности такой подход важен на ранних стадиях решения задачи, что даёт возможность значительно повысить производительность работы проектировщика, минимизировать затраты материальных, трудовых, финансовых ресурсов и т.п.

Информационно-структурный подход даёт возможность получать комплексно усовершенствованные объекты с четко определенными требованиями относительно скорости передачи информации, выделенной полосы частот, аппаратурного выполнения, условий функционирования.

Рассмотрена методология поддержки принятия решений при усовершенствовании телекоммуникационных каналов, особенности и основные компоненты информационной технологии поддержки принятия решений. Разработана структурная схема СППР и реализованы элементы ее алгоритмического и программного обеспечения в виде диалоговых подсистем, что дало возможность автоматизировать процесс усовершенствования телекоммуникационных каналов, а именно: определять параметры сигналов, которые передают информацию, совершенствовать входные полосовые фильтры, корреляторы и телекоммуникационный канал вцелом.

Выполнено моделирование процесса функционирования каналов ТУ-ТС, что позволило предложить к применению шумоподные кодированные сигналы, которые обеспечивают повышение помехоустойчивости каналов, совершенствование устройств синхронизации, создание качественных многоканальных систем передачи информации, уменьшение аппаратурных затрат и увеличение функциональных возможностей аппаратуры. Построена обобщенная топологическая модель телекоммуникационных каналов ТУ-ТС с использованием шумоподобных кодированных сигналов.

Программное обеспечение создано на базе инструментальной среды Delphi 3.0. Пакет прикладных программ PROJECT-K имеет широкие функциональные возможности, простой и доступный непрофессиональному пользователю интерфейс и дает возможность эффективно решать практические задачи создания и усовершенствования каналов ТУ-ТС с комплексно улучшенными характеристиками.

Разработанные прикладные программы отвечают современным требованиям к программным продуктам такого назначения.

Ключевые слова: информационная технология, модель, алгоритм, усовершенствование, каналы телеуправления-телесигнализации, система поддержки принятия решений.

SUMMARY

Kornilovs'ka N.V. Informatization of processes of improvement of telecommunicational channels of the automatized systems of information processing and control. - Manuscript.

The dissertation for a candidate degree in technical sciences. Speciality 05.13.06 - automatized systems of control and progressive information technologies. - Kherson technical state university, Kherson, 2003.

The dissertation deals with the solution of aspects of comprehensive improvement of telecommunicational channels of telecontrol-telesignalization (TC-TS) of automatized systems for information processing and control. Peculiarities of modelling of information processes in a telecommunicational channel of TC-TS automatized systems for information processing and control are examined. As a result, the use of pseudonoise coded signals for enhancement of noise immunity of the channels, improvement of synchronization devices, creation of quality multi-channel systems for information transmission, decreasing of apparatus costs and increasing of functional capabilities of the apparatus are proposed. The generalized topological model of TC-TS telecommunicational channel with pseudonoise coded signals and models of its elements are built.

Multi-stage informational-structural approach is elaborated and adapted. The approach makes it possible to obtain comprehensively improved objects with clearly defined demands on the speed of information transfer, specified band of frequencies, device fulfillment and conditions of functioning. The methodology of decision making support for improvement of telecommunicational channels, peculiarities and main components of informational technology of decision making support are discussed.

The structure scheme of decision support system is developed and its algorithmic and software support by dialog subsystems is realized which allows automatization of the process of improvement of telecommunicational channels, namely, determining the parameters of information transferring signals, and improvement of receiving band-pass filters, correlators and telecommunicational channel as a whole.

Keywords: informational technology, model, algorithm, improvement, telecontrol and signalization channels, decision making support system.

Відповідальний за випуск Костін В.О.

Підписано до друку 18.12.03 р. Формат 60х90\16

Папір офісний. Умовн.- друк. Аркушів 0,9

Тираж 100 прм. Замовлення №3574

Надруковано у видавництві ХДТУ,

73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24