Дипломная работа на тему Анализ избирательных фильтров. ВКР на тему Анализ избирательных фильтров. Законом от 3 июля 2016 г. 226фз О войсках национальной гвардии Российской Федерации
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ ВВЕДЕНИЕ В соответствии с Федеральным Законом от 3 июля 2016 г. № 226–ФЗ «О войсках национальной гвардии Российской Федерации», некоторыми задачами, стоящими перед войсками национальной гвардии Российской Федерации (ВНГ РФ) является охрана важных государственных объектов, специальных грузов, сооружений на коммуникациях в соответствии с перечнем, утвержденным Правительством Российской Федерации, а так же охрана собственных объектов. В настоящее время продолжают иметь место угрозы безопасности важным государственным и собственным объектам со стороны радикально настроенных банд формирований, которые могут применять взрывчатые вещества и средства взрывания, захватывать жизненно важные центры обеспечения объектов и населения, такие как ядерно опасные объекты, химически опасные объекты, сооружений на коммуникациях топливно энергетического комплекса. В связи с этим, обеспечение безопасности важных государственных и собственных объектов войсками национальной гвардии Российской Федерации, является неотъемлемой и важной задачей. Защита объектов включает в себя решение комплекса инженерных и технических задач направленных на обнаружение, идентификацию и задержание нарушителей, осуществляющих попытку проникновения на объект охраны. При охране важных государственных и собственных объектов широко применяются комплексы инженерно технических средств охраны (КИТСО). От правильного выбора физических принципов действия технических средств охранной сигнализации (ТСОС) входящих в состав КИТСО, порядка размещения их на местности и передачи сигнала о срабатывании караулам, зависит надежность охраны объектов. В последнее время, имеющиеся конструктивные решения в системе охраны объектов, в основном позволяют решать поставленные задачи. Вместе с тем, многие средства не обеспечивают достаточную надежность в силу имеющихся конструкционных недостатков, а результативность их применения не Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ соответствует повышенным требованиям защиты. Одной из проблем оснащения объектов охраны техническими средствами, элементов системы, является проблема выбора рационального состава и оптимальной структуры построения входных фильтров в технических средствах охраны. Эти факторы определяют потребность совершенствования входных фильтров технических средств охранной сигнализации и улучшения их избирательных свойств. В связи с вышеизложенным следует, что актуальна задача обоснования выбора входного фильтра для технических средств охранной сигнализации, как одной из составляющих технических средств охранной сигнализации, в системе охраны объекта. Она направлена на улучшение выделения полезного сигнала и ускорение обнаружения нарушителя, стабильной и точной передачи сигнала тревоги на ССОИ для действия сил охраны. Конструктивно предлагается решить данную проблему путем изменения структуры входного фильтра технического средства охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями, обоснование ее рациональных параметров, направленных на повышение надежности и эффективности функционирования, а также точного и стабильного выделения полезного сигнала. При этом разрабатываемое устройство должно отвечать следующим требованиям: возможность интеграции в комплекс технических средств охраны; избирательность и многорежимность работы; высокая степень информативности и управляемости; простота конструкции, безопасная эксплуатация. Указанные факторы определяют новизну темы выпускной квалификационной работы. Целью работы является повышение эффективности функционирования входного фильтра технических средств охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВХОДНЫХ ФИЛЬТРОВ ТЕХНИЧЕ- СКИХ СРЕДСТВ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИ- РАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания и нагрузкой и служащий для беспрепятственного (с малым затуханием) пропускания токов одних частот и задержки (или пропускания с большим затуханием) токов других частот. Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания (с малым затуханием), называется полосой пропускания или полосой прозрачности; диапазон частот, пропускаемых с большим затуханием, называется полосой затухания или полосой задерживания. Качество фильтра считается тем выше, чем ярче выражены его фильтрующие свойства, т.е. чем сильнее возрастает затухание в полосе задерживания. В качестве пассивных фильтров обычно применяются четырехполюсники на основе катушек индуктивности и конденсаторов. Возможно также применение пассивных RC-фильтров, используемых при больших сопротивлениях нагрузки. Фильтры применяются как в радиотехнике и технике связи, где имеют место токи достаточно высоких частот, так и в силовой электронике и электротехнике. Для упрощения анализа будем считать, что фильтры составлены из идеальных катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. элементов соответственно с нулевыми активными сопротивлением и проводимостью. Это допущение достаточно корректно при высоких частотах, когда индуктивные сопротивления катушек много больше их активных сопротивлений ( ω L≫ R x ) , а емкостные проводимости конденсаторов много больше их активных проводимостей ( ω C≫G c ) Фильтрующие свойства четырехполюсников обусловлены возникающими в них резонансными режимами – резонансами токов и напряжений. Фильтры Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ обычно собираются по симметричной Т- или П-образной схеме, т.е. при Z 1 = Z 2 или Z 1 ' = Z 2 ' . В этой связи при изучении фильтров будем использовать введенные в предыдущей лекции понятия коэффициентов затухания и фазы. Классификация фильтров в зависимости от диапазона пропускаемых частот приведена в таблице 1. Таблица 1 – Классификация фильтров. Название фильтра Диапазон пропускаемых частот Низкочастотный фильтр (фильтр нижних частот) 0≤ ω ≤ ω Cj Высокочастотный фильтр (фильтр верхних частот) ω C 2 ≤ ω < ∞ Полосовой фильтр (полосно-пропускающий фильтр) ω C 1 ≤ ω ≤ ω C 2 Режекторный фильтр (полосно-задерживающий фильтр) 0≤ω≤ω C 1 ; ω C 2 ≤ ω < ∞ ; где ω С 1 < ω С 2 Если фильтр имеет нагрузку, сопротивление которой при всех частотах равно характеристическому, то напряжения и соответственно токи на его входе и выходе связаны соотношением U 1 U 2 = I 1 I 1 = e y = e α + j β = e α e j β (1) В идеальном случае в полосе пропускания (прозрачности) α = 0 , т.е. в соответствии с (1) U 1 = U 2 , I 1 = I 2 и ϕ 1 = ϕ 2 . Следовательно, справедливо и равенство P 1 = P 2 , которое указывает на отсутствие потерь в идеальном фильтре, а значит, идеальный фильтр должен быть реализован на основе идеальных катушек индуктивности и конденсаторов. Вне области пропускания (в полосе затухания) в идеальном случае α =∞ , т.е. U 2 = 0 и I 2 = 0 Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра, представленную на рисунке 1,а. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ а) б) Рисунок 1 – Входные фильтры Связь коэффициентов четырехполюсника с параметрами элементов Т- образной схемы замещения определяется соотношениями A=1+Z 1 / Z 3 ; B+Z 1 + Z 2 + Z 1 Z 2 / Z 3 ; C=1/Z 3 ; D=1+Z 2 / Z 3 . или конкретно для фильтра на рисунке 1,а A=D=1+ j ω L 1 / j ω C = 1− ω 2 LC ; (2) B=2 j ω L+ ( j ω L) 2 1/ j ω C = 2 jω L− jω 3 L 2 C ; (3) C= 1 1 / j ω C = j ω C (4) Из уравнений четырехполюсника, записанных с использованием гиперболических функций, вытекает, что A=ch γ = ch( α + β )= ch α cos β + jsh α sin β Однако в соответствии с (2) A - вещественная переменная, а следовательно, A=ch α cos β = 1− ω 2 LC . (5) Поскольку в полосе пропускания частот коэффициент затухания α = 0 , то на основании (5) cos β = 1− ω 2 LC Так как пределы изменения cos β : − 1≤cos β ≤ 1 , - то границы полосы пропускания определяются неравенством − 1≤1− ω 2 LC≤1 , которому удовлетворяют частоты, лежащие в диапазоне 0≤ ω ≤ √ 2 LC (6) Для характеристического сопротивления фильтра на основании (3) и (4) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 6 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ имеем Z C = √ B C = √ 2 j ω L− j ω 3 L 2 C j ω C = √ L C ( 2− ω 2 LC) (7) Анализ соотношения (7) показывает, что с ростом частоты ω в пределах, определяемых неравенством (6), характеристическое сопротивление фильтра уменьшается до нуля, оставаясь активным. Поскольку, при нагрузке фильтра сопротивлением, равным характеристическому, его входное сопротивление также будет равно Z C , то, вследствие вещественности Z C , можно сделать заключение, что фильтр работает в режиме резонанса, что было отмечено ранее. При частотах, больших √ 2/(LC) , как это следует из (7), характеристическое сопротивление приобретает индуктивный характер. Рисунок 2 – Качественные зависимости На рисунке 2 приведены качественные зависимости α ( ω ) , β ( ω ) и Z C ( ω ) Следует отметить, что вне полосы пропускания β=π . Действительно, поскольку коэффициент А – вещественный, то всегда должно удовлетворяться равенство sh α sin β = 0 (8) Так как вне полосы прозрачности α ≠ 0 , то соотношение (8) может выполняться только при sin β = 0 В полосе задерживания коэффициент затухания α определяется из уравнения (5) при β = π . Существенным при этом является факт постепенного нарастания α , т.е. в полосе затухания фильтр не является идеальным. Аналогичный вывод о неидеальности реального фильтра можно сделать и для Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ полосы прозрачности, поскольку обеспечить практически согласованный режим работы фильтра во всей полосе прозрачности невозможно, а следовательно, в полосе пропускания коэффициент затухания α будет отличен от нуля. Другим вариантом простейшего низкочастотного фильтра может служить четырехполюсник по схеме на рисунке 1,б. Схема простейшего высокочастотного фильтра приведена на рисунке 3,а. а) б) Рисунок 3 – Простейший высокочастотный фильтр Для данного фильтра коэффициенты четырехполюсника определяются выражениями A=D=1+ 1 / j ω С j ω L = 1− 1 ω 2 LC ; (9) B= 2 j ω C + ( 1/ j ω C) 2 j ω L = 1 j ω C ( 2− 1 ω 2 LC ) ; (10) C= 1 j ω L (11) Как и для рассмотренного выше случая, А – вещественная переменная. Поэтому на основании (9) − 1≤1− 1 ω 2 LC ≤ 1 Данному неравенству удовлетворяет диапазон изменения частот 1 √ 2 LC ≤ ω < ∞ (12) Характеристическое сопротивление фильтра Z C = √ B C = √ 1 j ω C ( 2− 1 ω 2 LC ) 1/ j ω L = √ L C ( 2− 1 ω 2 LC ) , (13) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Рисунок 4 – Качественный вид зависимости НЧ фильтра Изменяясь в пределах от нуля до √ 2 L/C с ростом частоты, остается вещественным. Это соответствует, как уже отмечалось, работе фильтра, нагруженного характеристическим сопротивлением, в резонансном режиме. Поскольку такое согласование фильтра с нагрузкой во всей полосе пропускания практически невозможно, реально фильтр работает с α = 0 в ограниченном диапазоне частот. Вне области пропускания частот α определяется из уравнения ch α cos β = 1− 1 ω 2 LC ; (14) при β =− π . Плавное изменение коэффициента затухания в соответствии с (14) показывает, что в полосе задерживания фильтр не является идеальным. Качественный вид зависимостей α ( ω ) , β ( ω ) и Z C ( ω ) для низкочастотного фильтра представлен на рисунке 4. Следует отметить, что другим примером простейшего высокочастотного фильтра может служить П-образный четырехполюсник на рисунке 3,б. Полосовой фильтр формально получается путем последовательного соединения низкочастотного фильтра с полосой пропускания ω ≤ ω С 2 и высокочастотного с полосой пропускания ω ≥ ω C 1 , причем ω C 1 < ω C 2 . Схема простейшего полосового фильтра приведена на рисунке 5,а, а на рисунке 5,б представлены качественные зависимости α ( ω ) , β ( ω ) для него. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 9 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ а) б) Рисунок 5 – Простейший высокочастотный фильтр и качественные зависимости У режекторного фильтра полоса прозрачности разделена на две части полосой затухания. Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости α ( ω ) , β ( ω ) для него приведены на рисунке 6. а) б) Рисунок 6 – Схема простейшего режекторного фильтра качественные зависимости В заключение необходимо отметить, что для улучшения характеристик фильтров всех типов их целесообразно выполнять в виде цепной схемы, представляющей собой каскадно включенные четырехполюсники. При обеспечении согласованного режима работы всех n звеньев схемы коэффициент Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 10 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ затухания α ц такого фильтра возрастает в соответствии с выражением α ц = ηα , что приближает фильтр к идеальному. По виду амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтры подразделяются на: 1. фильтр нижних частот (ФНЧ); 2. фильтр верхних частот (ФНЧ); 3. полосо-пропускающие фильтры (ППФ); 4. полосо-заграждающие фильтры (ПЗФ). Фильтры нижних частот пропускают сигнал с частотами ниже частоты срезы и исключают прохождение сигналов с частотами выше частоты среза. Фильтры верхних частот пропускают сигнал с частотами выше частоты среза и исключает прохождение сигналов с частотами ниже частоты среза. Полосо-пропускающие (полосовые фильтры, фильтры сосредоточенной селекции) пропускают сигналы с частотами в диапазоне между заданными частотами среза, исключая прохождение сигналов с частотами вне этого диапазона частот. Полосо-заграждающие (режекторные) фильтры исключают прохождение сигналов с частотами в диапазоне между заданными частотами среза, пропуская сигналы с частотами вне этого диапазона частот. Основными электрическими характеристиками фильтров являются: 1. Коэффициент передачи напряжения, который определяется отношениагем напряжения сигнала на входе первого активного элемента фильтра (Uвх) к напряжению на выходе. 2. Полоса пропускания – ширина области частот с допустимой неравномерностью коэффициента передачи. 3. Избирательность, характеризующая уменьшение коэффициента передачи напряжения при заданной расстройке K(f) по сравнению с резонансным значением К0. 4. Перекрытие заданного диапазона частот. Фильтр должен обеспечивать возможность настройки на любую частоту заданного диапазона Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 11 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ устройства, и при этом ее показатели (коэффициент передачи, полоса пропускания, избирательность и т. п.) не должны заметно изменяться. Диапазон рабочих частот характеризуется коэффициентом перекрытия диапазона kд, равным отношению максимальной частоты настройки к минимальной. 5. Постоянство параметров входной цепи при изменении параметров входного сигнала. Это важно при ненастроенных фильтрах, которые вносят в ВЦ активное и реактивное сопротивления. Вносимое активное сопротивление увеличивает потери ВЦ, что приводит к расширению полосы пропускания и ухудшению избирательности. Вносимое реактивное сопротивление приводит к изменению настройки ВЦ. Чтобы определить параметры и вид фильтра, необходимо провезти анализ фильтров, используемых ТСОС, применяемых в войсках национальной гвардии. В анализ включены ТСОС, принцип действия которых основан на радиоволновом принципе действия. Так как именно в данных ТСОС используются фильтры с высокими избирательными свойствами. 1.1 Техническое средство охранной сигнализации «Анчар 40-01» Извещатель представляет собой автоматический однопозиционный радиолокатор для обнаружения движения человека (пересечения охраняемой зоны) и предназначен для использования в качестве средства охранной сигнализации на открытых площадках или помещениях. Извещатель предназначен для эксплуатации вне помещений с установкой под навесом или козырьком. Возможно использование извещателя в помещениях, в том числе при наличии интенсивной принудительной или естественной вентиляции (склады, ангары и т.п.). Извещатель допускает маскировку радиопрозрачными материалами (пластик толщиной до 2 мм, ткани). Извещатель формирует зону обнаружения типа «штора», рекомендуется Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ использование для охраны крыш, стен зданий и т.п. Возможно применение извещателя в качестве средства охранной сигнализации рубежного типа (например, вдоль ограждений). При этом извещатель обеспечивает обнаружение ползущего человека. Возможно использование извещателя для охраны горизонтальных площадок, при этом плоскость ЗО должна быть ориентирована параллельно поверхности площадки (вариант – «площадь»). При этом благодаря узкой диаграмме направленности при определенной регулировке ее в вертикальной плоскости могут быть исключены срабатывания от собак и других мелких животных, перемещающихся по поверхности охраняемой площадки. Внимание: При функционировании в варианте «штора» извещатель имеет зону неустойчивого обнаружения на расстоянии до 3 м от извещателя. Извещатель формирует извещение о тревоге (далее по тексту – извещение) в виде размыкания выходной цепи шлейфа сигнализации «ШС» и включения светового индикатора при: 1. пересечении ЗО человеком (в варианте «штора»); 2. перемещении человека в ЗО в направлении, перпендикулярном направлению излучения, на расстояние не более 3 м (в варианте «площадь»); 3. подаче на вход ДК извещателя контрольного импульса; 4. при попытках саботажа путем экранирования излучения радиоотража- ющими или радиопоглощающими материалами в ближней зоне или воздействием маскирующего излучения. Извещатель формирует извещение в виде размыкания выходной цепи шлейфа сигнализации «ШС» при пропадании или снижении напряжения питания до (9,6±0,6) В. Извещатель формирует извещение о несанкционированном доступе в виде размыкания выходной цепи шлейфа блокировки «ШБ» при открытой крышке коробки распределительной (КР). Питание извещателя осуществляется от источника постоянного тока с номинальным напряжением от 12 до 24 В при амплитуде пульсаций не более 0,03 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 13 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ В. При установке вне помещения при температуре от минус 40 до плюс 65°С (с учетом перегрева от солнечной радиации) рекомендуется использование блока питания резервируемого «БПР-12/0,2», при этом КР не используется. Примечание – Работоспособность извещателя «Анчар-40А-01» при температуре ниже минус 50°С обеспечивается при питании от источника постоянного тока с номинальным напряжением 24 В. Условия эксплуатации изделия: 1. диапазон рабочих температур извещателя «Анчар-40-01» от минус 40 до плюс 65°С; 2. диапазон рабочих температур извещателя «Анчар-40А-01» от минус 60 до плюс 55°С; 3. относительная влажность воздуха до 100 % при температуре 25°С. Извещатель обеспечивает непрерывную круглосуточную работу, сохраняет работоспособность и не выдает извещение о тревоге при: 1. воздействии осадков в виде дождя и снега интенсивностью до 30 мм/час; 2. воздействии солнечной радиации; 3. воздействии ветра со скоростью до 20 м/с; 4. высоте травяного покрова до 0,2 м. Извещатель устойчив к воздействию следующих помех: 1. движение в ЗО одиночных мелких животных или птиц размерами не более кошки; 2. движение грузового транспорта параллельно оси ЗО на расстоянии более 2 м от ее оси (вариант «штора») при установленной максимальной длине ЗО; 3. движение человека параллельно оси ЗО на расстоянии более 1 м от ее оси (вариант «штора») при установленной максимальной длине ЗО; 4. движение грузового транспорта перпендикулярно оси ЗО на расстоянии, превышающем установленную дальность действия на 75%; 5. грозовые импульсы с пиковым значением наведенного тока до 50 А Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ длительностью до 1мс; 6. излучение УКВ радиостанций диапазона 433 МГц и сотового телефона на расстоянии более 0,5 м от приемопередатчика. Извещатель имеет автоматический и дистанционный контроль работоспособности, защиту от саботажа путем экранирования излучения предметами, вносимыми в ближнюю («мертвую») зону. Извещатель обеспечивает регулирование и отображение всех параметров и сигналов при помощи прибора контроля универсального (ПКУ). Извещатель защищен от переполюсовки питающих напряжений в результате ошибочных действий персонала. Конструктивное исполнение извещателя - пылебрызгозащищенное. Корпуса извещателя и КР обеспечивают степень защиты IP54. Допускается совместная параллельная установка нескольких извещателей, при этом расстояние между ними должно составлять не менее 2 м. Таблица 2 – Тактико-техническая характеристика «Анчар-40А-01». Параметр Значение Диапазон обнаруживаемых скоростей движения человека, м/с от 0,1 до 8,0 Длина ЗО при максимальной дальности, м, не менее 40 Максимальная ширина ЗО в плоскости, перпендикулярной оси корпуса (при максимальной дальности), м, не менее 25 Максимальная ширина ЗО в плоскости, параллельной оси корпуса (при максимальной дальности), м, не более 1 Длина ЗО при минимальной дальности, м, не менее 12 Диапазон рабочих напряжений питания, В от 10,2 до 30 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 2 Длительность извещения, с, не менее 2 Рабочая частота, МГц 24150 ± 100 Мощность на выходе ПРД, Вт, не более 0,01 Потребляемый ток «Анчар-40-01», мА, не более: - при напряжении питания 12 В, - при напряжении питания 24 В. 70 45 Потребляемый ток «Анчар-40А-01» при температуре от минус 25±5 до плюс 55ºС, мА, не более: - при напряжении 12 В - при напряжении 24 В - при температуре ниже минус 25±5 ºС, мА, не более 70 45 270 Время готовности после включения питания, с, не более 60 Параметры сигнала, коммутируемого контактами выходной цепи: - ток, постоянный или переменный, мА, не более; - амплитудное напряжение, В, не более 100 72 Параметры сигнала ДК: - ток, потребляемый по цепи, мА, не более; - напряжение импульса, В; - длительность импульса, с, не менее 5 8-30 0,4 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 2 Средний срок службы извещателя, лет, не менее 8 Среднее время наработки на отказ, ч, не менее 60000 Вероятность обнаружения, не менее 0,98 Масса извещателя в упаковке, кг, не более 2,2 Габаритные размеры приемопередатчика с кронштейном и с козырьком, мм, не более 365х120х90 Вероятность возникновения отказа, приводящего к ложной тревоге, за 1000 ч, не более 0,01 В данном ТСОС используется фильтр сосредоточенной селекции. Рассмотрим его технические характеристики: Таблица 3 – Тактико-техническая характеристика фильтра сосредоточенного селекции. Параметр Значение Полоса пропускания, МГц 24050 - 24250 Избирательность, К(f) 0,4 Перекрытие заданного диапазона частот, Кd 0,6 Постоянство параметров, погрешность % 0,1 Коэффициент передачи сигнала, Uвх/Uвых 0,07 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 1.2. Техническое средство охранной сигнализации «Тантал 200-01» Извещатель предназначен для использования в качестве средства охранной сигнализации, обеспечивает обнаружение человека, пересекающего ЗО, и характеризуется малой шириной требуемой зоны отчуждения. Извещатель формирует выдачу извещения о тревоге размыканием выходных контактов исполнительного реле при: 1. пересечении человеком ЗО в полный рост или пригнувшись; 2. подаче импульса напряжением (5-30) В длительностью более 0,5 с на вход дистанционного контроля (ДК) ПРД. Извещатель имеет два варианта применения: «забор» и «козырек». Названия режимов условно характеризуют тип формируемой ЗО. Вариант «забор» обеспечивает оптимальные характеристики для обнаружения человека, пересекающего ЗО по поверхности земли. Вариант «козырек» используется при установке по верху ограждения и оптимизирован для обнаружения человека, преодолевающего ограждение перелазом. Извещатель допускает функционирование на неподготовленных участках (нескошенная трава или неровности поверхности высотой до 0,5 м). Извещатель формирует извещение о неисправности размыканием выходных контактов исполнительного реле до устранения этой неисправности при: 1. снижении напряжения питания до (9,6±0,5) В; 2. возникновении неисправности в ПРД или ПРМ; 3. при попытках саботажа путем экранирования излучения радиоотражающими (радиопоглощающими) материалами или путем маскирования излучения ПРД внешним передатчиком. Извещатель выдает извещение о несанкционированном доступе в виде размыкания выходной цепи шлейфа блокировки «ШБ» при открытой крышке Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ коробки распределительной (КР). Извещатель обеспечивает непрерывную круглосуточную работу, сохраняет работоспособность и не выдает извещение о тревоге при: 1. воздействии осадков в виде дождя и снега интенсивностью до 40 мм/час; 2. воздействии солнечной радиации; 3. воздействии ветра со скоростью до 30 м/с; 4. высоте неровностей на участке до 0,3 м; 5. высоте травяного покрова до 0,3 м; 6. высоте снежного покрова без дополнительных регулировок до 0,3 м (при высоте снежного покрова более 0,3 м высота установки блоков извещателя от поверхности земли должна быть увеличена). Извещатель работоспособен и не выдает ложной тревоги при раздельном воздействии следующих источников помех: 1. движение человека на следующих расстояниях от оси ЗО, не менее: - 1,2 м при длине участка 200м, - 0,9 м при длине участка 100м, - 0,5 м при длине участка 50м; 2. движение одиночного автотранспорта на следующих расстояниях от оси ЗО, не менее: - 1,5 м при длине участка 200м, - 1,1 м при длине участка 100м, - 0,7 м при длине участка 50м; 3. движение в ЗО одиночных мелких животных (птиц) на расстоянии более 3 м от блоков извещателя; 4. воздействие на ПРМ излучения ПРД соседнего участка, как при последовательной, так и при параллельной установке извещателей; 5. излучение УКВ радиостанций диапазона 433 МГц и сотового телефона на расстоянии более 0,5 м от блоков извещателя; 6. излучение УКВ радиостанций в диапазоне от 150 до 175 МГц Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ мощностью до 40 Вт на расстоянии более 5 м от блоков извещателя. Извещатель имеет возможность выбора параметров модуляции (частотной литеры) рабочего сигнала с целью снижения взаимного влияния соседних извещателей при помощи органов регулировки, расположенных в коробке распределительной (КР). Допускается параллельная установка двух извещателей. Извещатель обеспечивает регулирование и отображение всех параметров и сигналов при помощи прибора контроля универсального (ПКУ). Извещатель защищен от переполюсовки питающих напряжений в результате ошибочных действий персонала и от импульсов напряжением до 1000В длительностью до 1 мс, наводимых в соединительных линиях во время грозы. Электропитание извещателя осуществляется от источника постоянного тока с номинальным напряжением от 12 до 24 В при амплитуде пульсаций не более 0,1 В. При установке вне помещения при температуре от минус 40 до плюс 65°С (с учетом перегрева от солнечной радиации) рекомендуется использование блока питания резервируемого «БПР-12/0,2», при этом одна КР не используется. Таблица 4 – Тактико-техническая характеристика фильтра «Тантал 200-01». Параметр Значение Длина ЗО, м 10 - 200 Запас по уровню принимаемого сигнала при максимальной длине ЗО, не менее, дБ 8 Высота ЗО при максимальной длине ЗО, не менее, м 1,5 Диапазон обнаруживаемых скоростей в варианте «забор», м/с от 0,1 до 10,0 Диапазон обнаруживаемых скоростей в варианте «козырек», м/с от 0,2 до 6,0 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 4 Диапазон рабочих напряжений питания, В от 10,2 до 30,0 Время готовности после включения питания, с, не более 60 Время восстановления дежурного режима после окончания извещения о тревоге, с, не более 10 Длительность извещения, с, не менее 2 Рабочая частота, МГц 24150 ± 100 Мощность на выходе ПРД, Вт, не более 0,003 Габаритные размеры ПРМ (ПРД) с кронштейном и с козырьком, мм, не более 90х120х375 Потребляемый ток для вариантов исполнения, мА, не более: а) «Тантал-200-01» б) «Тантал-200А-01» при напряжении питания 24 В при напряжении питания 12 В 60 220 270 Параметры выходной цепи: - ток, постоянный или переменный, мА, не более - амплитудное напряжение, В, не более 100 72 Параметры сигнала ДК: - входное сопротивление цепи, кОм, не более - напряжение импульса, В - длительность импульса, с, не менее 5 5-30 0,5 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 4 Масса комплектов ПРМ и ПРД в упаковке, кг, не более 4,2 Масса КМЧ-2 в упаковке, кг, не более 3,5 Габариты КМЧ-2 в упаковке, мм, не более 500х400х100 Масса КМЧ-3 в упаковке, кг, не более 25 Средний срок службы извещателя, лет, не менее 8 Вероятность обнаружения, не менее 0,99 Габариты КМЧ-3 в упаковке, мм, не более 2250х200х100 и 960х150х70 Габариты КМЧ-3 в упаковке, мм, не более 2250х200х100 и 960х150х70 Среднее время наработки на отказ, ч, не менее 60000 Вероятность возникновения отказа, приводящего к ложной тревоге, за 1000 ч, не более 0,01 В данном ТСОС используется режекторный фильтр. Рассмотрим его технические характеристики. Таблица 5 – Тактико-техническая характеристика режекторного фильтра. Параметр Значение Полоса пропускания, МГц 24000 - 24300 Избирательность, К(f) 0,5 Перекрытие заданного диапазона частот, Кd 0,7 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 5 Постоянство параметров, погрешность % 0,2 Коэффициент передачи сигнала, Uвх/Uвых 0,08 1.3. Техническое средство охранной сигнализации «Василек ОМ» Изделие «ВАСИЛЕК-О» является радиолучевым микропроцессорным датчиком, предназначенным для создания рубежа обнаружения в запретной зоне охраняемого объекта и подачи сигнала тревогой при преодолении его нарушителем. Изделие рассчитано на непрерывную работу в условиях открытого пространства и сохраняет свои характеристики при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 50 0 С и относительной влажности воздуха до 98% при температуре плюс 25 0 С. Технические характеристики: 1. Один комплект изделия создает объемную зону обнаружения протяженностью от 50 до 300 метров. 2. Размер зоны обнаружения в середине участка протяженностью 200 метров в горизонтальной и вертикальной плоскостях не более 3 метров. При преодолении зоны обнаружения нарушителем, движущимся со скоростью от 0,1 до 6 м/с в полный рост или согнувшись, изделие формирует сигнал тревоги в виде увеличения сопротивления выходной цепи от 3.9±1 кОм до величины не менее 100 кОм на время не менее 5 секунд. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 23 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 3. Чувствительность изделия регулируется плавно в пределах изменения уровней порогов управления микропроцессором изделия. 4. Выходная сигнальная цепь исполнительного устройства допускает подключение линий связи с напряжением не более 30 В. Изделие формирует сиг- нал тревоги постоянно по ниже перечисленным причинам: - попытка доступа к электронным узлам приемника или передатчика; - отключение напряжения питания изделия - выход из строя передатчика; - выход из строя приемника. 5. Питание изделия осуществляется от сети переменного тока напряже- нием (220 +15 -20 %)В частотой 50 Гц или от источников постоянного тока напря- жением (24 +50 -25 %)В при пульсации питающего напряжения не более 4 В. 6. Мощность, потребляемая одним изделием (без блока питания) от источника постоянного тока, не превышает 7 Вт. Мощность, потребляемая одним изделием от сети переменного тока (от блока питания изделия), не превышает 16 ВА. 7. Изделие сохраняет работоспособность при перепадах напряжения питания от 187 В до 242 В. 8. Конструкция изделия позволяет изменять положение плоскости поляризации излучаемых волн. Конструкция изделия позволяет быстро снимать и устанавливать его вновь на прежнее место без последующей регулировки. 9. Размер «мертвой зоны» у приемника и передатчика не превышает 10 м при высоте их установки - 1.4 м. 10. В изделии предусмотрена дистанционная проверка работоспособности путем принудительного понижения мощности излучения передатчика, что приводит к выдаче сигнала тревоги на ПРМ. 11. Изделие не реагирует, (не выдает сигнал тревоги) на птиц и мелких животных (кошек, зайцев и т.д.). 12. Среднее количество ложных срабатываний в условиях эксплуатации на участке протяженностью 200 м не превышает одного за 1000 ч непрерывной Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ работы. Изделие реагирует на все попытки преодоления зоны обнаружения нарушителем. 13. Вес одного изделия не превышает 9.2 кг без упаковки .в том числе: передатчика - не более 3.5 кг и приемника - не более 3.7 кг с учетом элементов крепления, блок питания - не более 2 кг. 14. Габариты составных частей комплекта изделия: - передатчик ЛНВЯ. 425511.012 - 279х209х67 мм; - приемник АНВЯ. 425511.013 - 279х209х67 мм; - блок питания ЖКИМ.436231.001 - 178х172х95 мм. В данном ТСОС используется полосовой фильтр. Рассмотрим его технические характеристики: Таблица 6 – Тактико-техническая характеристика режекторного фильтра. Параметр Значение Полоса пропускания, МГц 24030 - 24230 Избирательность, К(f) 0,3 Перекрытие заданного диапазона частот, Кd 0,5 Постоянство параметров, погрешность % 0,2 Коэффициент передачи сигнала, Uвх/Uвых 0,09 Анализ существующих входных фильтров технических средств охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями, оформленный в табличной форме (Приложение А), показывает, что у электрических фильтров существующих ТСОС имеются существенные недостатки, и их характеристики далеки от идеальных, по этому есть необходимость в усовершенствовании данного элемента. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 2 ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБАТЫВАЕМОМУ ВХОДНОМУ ФИЛЬТРУ ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИРАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Электрический фильтр — это устройство, предназначенное для выделения или подавления электрических сигналов заданных частот. Рисунок 7 – Полосы пропускания частот фильтров По характеру полосы пропускаемых частот фильтры делятся на шесть типов: 1. ФНЧ (фильтр нижних частот) — пропускает сигналы с частотой от 0 до fв(fв=ωв /2 π) 2. ФВЧ (фильтр верхних частот) — пропускает сигналы с частотой от fн до ∞. 3. ФПП (полосовой фильтр) — пропускает сигналы с частотой от fн до fв 4. РФ (режекторный фильтр) — не пропускает сигналы заданной частоты или полосы частот. 5. ГПФ (гребенчатый фильтр) — фильтр, имеющий несколько полос пропускания. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 6. РГФ (режекторный гребенчатый фильтр) — фильтр, имеющий несколько полос подавления. Основные характеристики электрических фильтров — это полоса пропускания и избирательность. Границы полос пропускания ( ωв , ωн) определяются по частотам, на которых коэффициент усиления Ко уменьшается в √ 2 ≈ 0,7 раз. Избирательность — мера, характеризующая способность фильтра разделять две группы колебаний с близкими частотами. Она определяется крутизной спада коэффициента передачи К( ) на переходном участке от полосы ω пропускания к полосе подавления. Обычно крутизна спада оценивается в логарифмических единицах, Дб /окт : Δ=20 Lg(K (ω2)/K (ω 1)), где ω 2=2 ω 1 Фильтры бывают пассивные — состоящие только из пассивных элементов (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и активные — в состав которых входят усилительные элементы. Пассивные фильтры используют только энергию фильтруемого сигнала, активные — используют дополнительно подведенную энергию. Для понимания того, как рассчитываются фильтры вспомним уравнения, связывающие напряжение и ток для пассивных элементов. 1. Резистор: u(t)=R∗i(t ) , в операторной форме U (S)=R∗I (S), W (S)=R 2. Конденсатор: i(t)=C∗d(u(t))/dt , в операторной форме U (S)=I (S)∗1/CS , W (S)=1/CS 3. Индуктивность: u(t)=L∗d (i(t ))/dt , в операторной форме U (S)=LS∗I (S ), W (S)=LS Рассмотрим последовательно соединенные L ,C , R звенья: Рисунок 8 – Схема последовательно соединенных L, C, R звеньев с нагрузкой Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Если считать, что входное сопротивление нагрузки много больше сопротивления фильтра, то i2=0 , i1=i . В действительности это не так, но мы рассматриваем идеальный вариант. Тогда (для данной схемы) можно считать Uвых(S )=I (S)∗R , Uвх(S)=I (S)∗(LS+1/CS+R) , отсюда коэффициент усиления: K (S)=Uвых(S)/Uвх(S)=R /(LS+1/CS+R) Подставив в эту формулу S=j , можно получить зависимости: ω K (ω) — АЧХ фильтра и j(ω) — ФЧХ фильтра. Необходимо помнить, что чем более неравномерны АЧХ и ФЧХ фильтра на рабочем участке, тем более сильно искажается форма отфильтрованного сигнала. Но наибольшей эффективностью обладают цифровые фильтры. С точки зрения физической реализуемости ЦФ делятся на каузальные и некаузальные. Каузальным (от лат. слова causal – причинный) или физически реализуемым называется фильтр, у которого реакция в данный момент времени не зависит от значений входного воздействия в последующие моменты. Импульсная характеристика каузального фильтра, реакция которого не может предшествовать приложенному воздействию. Некаузальный фильтр – это фильтр, у которого реакция в данный момент времени зависит от значений входного воздействия в последующие моменты. Такой фильтр нельзя физически реализовать в режиме реального времени, так при вычислении очередного значения, необходимо знать будущее значение. Некаузальные фильтры можно использовать на практике в тех случаях, когда процедура фильтрации происходит не в реальном времени, а выполняется над хранящимися в памяти последовательностями конечной длины. Основные требования, предъявляемые к разрабатываемому входному фильтру технических средств охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями указаны в приложении Б. Использование цифровых фильтров, позволит улучшить характеристики и обработку полезных сигналов в целом. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ВХОДНОГО ФИЛЬТРА ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИРАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ При построении системы любой сложности рекомендуется начать со структурной схемы системы видеонаблюдения, которая позволит видеть состав всей системы и определится с перечнем необходимых элементов системы. Структурная схема представляет собой совокупность элементарных звеньев определенного объекта, а также определенных связей возникающими между ними. Данная схема представляет собой один из видов графической модели системы. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию. Элементарные звенья изображаются прямоугольниками, а связи между ними сплошными линиями со стрелками, показывающими направление действия звена. Иногда в поле прямоугольника вписывают математическое выражение закона преобразования сигнала в звене, в этом случае схему иногда называют алгоритмичной. В схемотехнике вместе со структурной различают также принципиальную и функциональную схемы. Среди всех этих схем структурная наименее детализирована. Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначение структурной схемы могут быть достаточно свободными, хотя некоторые общепринятые правила всё же лучше выполнять. В состав структурной схемы входят: БПвЦС — блок преобразования в цифровой сигнал; БОС — блок обработки сигнала; БпвАС — блок преобразования в аналоговый сигнал; БФ — блок фильтрации. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ БПвЦС БОС БПвАС БФ Рисунок 9 – Структурная схема цифрового фильтра Блок преобразования в цифровой сигнал конвертирует входной сигнал из аналогового сигнала в цифровой и передает его на блок преобразования сигнала, после обработки, сигнал конвертируется в аналоговый сигнал и в фильтре нижних частот отбрасывает лишние частоты и формирует устойчивый сигнал. Таким образом в данном разделе выпускной квалификационной работы была разработана структурная схема, которая определяет основные узлы и блоки разрабатываемого средства. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 4 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ВХОДНОГО ФИЛЬТРА ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИРАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Для более лучшего понимания работы средства охранной сигнализации, рассмотрена его работа по функциональной схеме. Данная схема более широко раскрывает структурную схему проектируемого средства охранной сигнализации, и более наглядно показывает работу всего проектируемого устройства. Устройство имеет следующие основные конструктивные узлы: АЦП — аналогово-цифровой преобразователь; П — память; АУ — шифратор; ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; ПФ — полосовой фильтр. Блок преобразования Блок обработки сигнала Блок преобразования в аналоговый сигнал Блок фильтрации x(t) x(n) y(n) y(t) g(t) Рисунок 10 – Функциональная схема разрабатываемого средства Рассмотрим упрощенную функциональную схему цифрового фильтра. Непрерывный сигнал x (t) поступает на вход аналого-цифрового преобразования, который фиксирует значения x (n) сигнала в дискретные моменты времени t=nT , n=0,1 и преобразует их в цифровой код в виде двоичного числа. Последовательность x (n) поступает в процессор, состоящий из арифметического устройства и памяти. В процессе осуществляется Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 31 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ преобразования последовательности x (n) в соответствии с определенным алгоритмом. В результате на его выходе образуется последовательность y (n) x(t) t x(n) n n y(n) y(t) t g(t) t Рисунок 11 – Функциональная схема разрабатываемого средства Последовательность y (n) поступает на цифро-аналоговый преобразователь, в котором текущее значение y (n) , представленное в цифровом виде, преобразуется в постоянное напряжение, удерживаемое в течение соответствующего интервала дискретности. На выходе ЦАП формируется непрерывный сигнал y (t) в виде ступенчатой функции. С помощью фильтра нижних частот устраняются высокочастотные колебания, и выходной сигнал y (t) цифрового фильтра приобретает сглаживающий вид. Таким образом в данном разделе выпускной квалификационной работы была разработана функциональная схема, которая более широко раскрывает структурную схему проектируемого средства охранной сигнализации, и более наглядно показывает работу всего проектируемого устройства. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 32 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 5 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ВХОДНОГО ФИЛЬТРА ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИРАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Для оптимального прохождения сигнала от устройства формирования сигнала к блоку обработки сигнала, который будет принимать решение о наличия нарушения, необходимо использовать качественную фильтрацию, чтобы отсеять паразитные токи, наводки и шумы. Предлагается выбрать фильтр с двумя ступенями фильтрации, цифровым и аналоговым фильтрами. Конструктивно входной фильтр технического средства охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями состоит из нескольких элементов, а именно: аналогово-цифрового преобразователя, арифметического устройства, памяти, цифро-аналогового преобразователя и памяти (Приложение Д). Полезный сигнал передается на цифроаналоговый преобразователь, построенный на резисторах R1-R6 и микросхемах DD1-DD5, которые являются компараторами. Входной сигнал подаётся на инвертирующие входы компараторов DD1 – DD5, соединённые параллельно. На не инвертирующие входы этих компараторов подаются опорные напряжения с делителя напряжений на сопротивлениях R1–R6, на каждый компаратор подаётся опорное напряжение, отличающееся от соседних на шаг квантования. Количество включённых компараторов преобразуется в двоичный код при помощи приоритетного арифметического устройства DD6. Память организована на микросхеме DD7. Резисторы R7–R11 предназначены для согласованной работы арифметического устройства и памяти. Фильтрация происходит на основе алгоритма. Дискретный фильтр в переменных вход — выход описывается уравнением, представляющий собой апериодическую (линейную) свертку входного сигнала и импульсной характеристики. Линейной сверткой двух непериодических последовательностей x (n) и Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 33 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ h(n) , содержащих соответственно N 1 и N 2 отсчетов, называется последовательность. y (n)= ∑ m =0 n x(m)h(n−m) , n=0,1,2, ... , N 1 + N 2 − 2 (15) Последовательность y(n) является конечной и имеет длину N 1 + N 2 − 1 отсчетов. Другим типом свертки двух последовательностей является круговая (циклическая) свертка. Круговой сверткой двух периодических последовательностей x (n) и h(n) , n=0,1,2, ... , N 1 + N 2 − 1 называют последовательность, образованную таким образом: y (n)= ∑ l=0 N−1 h (l) x(n−l)= ∑ l=0 N−1 x (l)h(n−l) ; (16) Последовательность y (n) также периодическая с периодом N Операции вычисления круговой (циклической) свертки соответствует произведение коэффициентов ДПФ: Y (k )= X (k ) H (k ) , k =0,1 ,... , N−1 (17) Тогда реакция y (n) может быть найдена как обратное ДПФ: y (n)= 1 N ∑ k=0 Y (k )W N nk , n=0,1 ,... , N −1 (18) При вычислении прямого и обратного преобразования целесообразно использовать алгоритмы БПФ. Для применения этих алгоритмов к описанию процесса преобразования сигнала в линейном ЦФ, а следовательно, и для применения БПФ для реализации ЦФ, сведем апериодическую свертку к эквивалентной циклической. Для этого сформируем вспомогательные периодические последовательности x 1 ( n) и h 1 ( n) длиной по N 1 + N 2 − 1 отчетов путем дополнения нулями последовательностей x (n) и h(n) : x 1 ( n)= { x(n), n=0,1 ,... , N 1 − 1 0 , n=N 1 , ... , N 1 + N 2 − 2 } , (19) h 1 ( n)= { h(n), n=0,1 , ... , N 1 − 1 0 , n=N 2 , ..., N 1 + N 2 − 2 } (20) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 34 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Тогда линейная свертка последовательностей x (n) и h(n) будет равна N 1 + N 2 − 1 - точной круговой свертке последовательностей x 1 ( n) и h 1 ( n) : y (n)= ∑ k=0 Y (k )W N nk , n=0,1 ,... , N 1 + N 2 − 2 (21) и может быть вычислена с использованием алгоритмов БПФ. Вывод проиллюстрирован на рисунке 12. Переход к вспомогательным последовательностям, описывающим как входной сигнал, так и импульсную характеристику ЦФ, позволяет реализовать последний в частотной области, используя эффективные алгоритмы БПФ. Рисунок 12 – Эквивалентность апериодической циклической сверток После обработки, полезный сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь, основанный на DD8, входы Х0, Х1. С Выхода Y передается Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 35 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ аналоговый сигнал на вторую ступень фильтрации, полосовой фильтр, основой которого является компаратор. Такую схему иногда называют избирательным усилителем с интегродифференцирующей обратной связью. Подобно усилителям, содержащим колебательные контуры, полосовой фильтр также имеет амплитудно-частотную характеристику с выраженным максимумом на определенной частоте. Называть такую частоту резонансной нельзя, так как резонанс возможен только в контурах, образованных индуктивностью и емкостью. В других случаях частоту такого максимума обычно называют частотой квазирезонанса. Для рассматриваемого полосового фильтра частота квазирезонанса f 0 определяется элементами цепи обратной связи: f 0 = 1 2 π √ R 1 C 1 R 2 C 2 (22) Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра показана на рисунке 13. Рисунок 13 – Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра Максимальный коэффициент усиления на частоте квазирезонанса оказывается равным: K= − R 2 C 2 − R 1 C 1 (23) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 36 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Относительная полоса пропускания на уровне -3 дБ: 2 Δ f f 0 = f 02 − f 01 f 0 = √ R 1 C 1 R 2 C 2 (24) Здесь в цепь отрицательной обратной связи включен фильтр, образованный резистором R13 и конденсаторами С3, С4. Как известно, если выполняются следующие условия: R 2 = R 5 = R ;. R 3 = R 2 и С 1 = С 2 = С ; C 3 = 2C , (25) амплитудно-частотная характеристика фильтра обратной связи содержит квазирезонанс, частота которого равна: f 0 = 1 2% π RC , (26) причем на частоте квазирезонанса коэффициент передачи фильтра обратной связи равен нулю. Поэтому активный фильтр с фильтром обратной связи, включенным в цепь отрицательной обратной связи, является полосовым фильтром с максимумом амплитудно-частотной характеристики на частоте квазирезонанса. Три такие характеристики представлены на рисунке 14. Рисунок 14 – Амплитудно-частотная характеристика активного фильтра с двойным Т-фильтром в цепи отрицательной обратной связи Характеристики различаются разными сопротивлениями резистора R4: нижняя соответствует R 4=100 кОм, средняя - R 4=1 МОм, верхняя - R 4=∞ После фильтрации, полезный сигнал передается по цепи для дальнейшей обработки. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 37 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Таким образом, в данном разделе была разработана принципиальная схема входного фильтра технического средства охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями, которая показывает все радиоэлементы, из которых будет состоять разрабатываемое устройство, а так же их работу и расчет, а повышенная избирательность достигается двумя ступенями фильтрации. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 38 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ 6 КОНСТРУКЦИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ВХОДНОГО ФИЛЬТРА ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ПОВЫШЕННЫМИ ИЗБИРАТЕЛЬНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Понятие «Конструкция» представляет собой взаимосвязь, соединение элементов (деталей, узлов, частей) объекта. Особенности конструкции определяются типом соединения элементов объекта и их взаиморасположением. Конструкция объекта весьма жестко задается особенностями его устройства и назначения, а также материалами, применяемыми для изготовления и соединения элементов. Разрабатываемый входной фильтр технического средства охранной сигнализации с повышенными избирательными показателями представляет собой плату схему в составе технического средства охранной сигнализации. По этому необходимо определить количество радиоэлементов, используемых в фильтре и заодно их стоимость. Таблица 7 – Сводная таблица количества и стоимости элементов разрабатываемого средства. Наименование комплектующих изделий Количество изделий, шт Цена за единицу, руб. Сумма в руб. Резистор МЛТ-0.125 6 7 42 Резистор SMD-(ЧИП) типоразмер «0201» 7 8 56 Конденсатор танталовый SMD- (ЧИП) типоразмер серии «А» 4 17 68 Компаратор К456ЕП 5 158 790 Шифратор ЩН5677ВА 1 274 274 Память А567НЕП 1 125 125 Микросхема ПДР.58374 1 675 675 Микросхема У3ВАР 1 200 200 Печатная плата 1 50 50 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 39 ДР 23 ИТСО 01.19.019 ПЗ Продолжение таблицы 2 Другие расходы 700 700 |