Псевдослучайные кодовые шкалы для преобразователей линейных перемещений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Жуань Чжипэн

• Жуань Чжипэн
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жуань Чжипэн

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Функциональное назначение и классификация преобразователей перемещения.

1.2. Классификация и анализ кодовых шкал преобразователей перемещения.

1.3. Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ.

2.1. Метод получения псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины (М-последовательностей).

2.2. Алгоритм нахождения примитивных полиномов степени п над полем Галуа .1.

2.3. Получение линейно-независимых сдвигов М-последовательностей.

2.4. Выводы.

3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

3.1. Метод построения линейных ПСКШ с несколькими информационными кодовыми дорожками.

3.2 Алгоритм выбора числа дорожек линейной ПСКШ.

3.3. Критерий выбора минимального увеличения длины линейной ПСКШ.

3.3. Преобразование псевдослучайных кодов в обыкновенный двоичный код

3.4. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЛИНЕЙНЫХ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ.

4.1. Анализ и классификация корректирующих кодов.

4.2. Контроль на четность в линейных псевдослучайных кодовых шкалах

4.3.Применение кодов Хемминга с минимальным кодовым расстоянием ^шт = 3 в линейных псевдослучайных кодовых шкалах.

4.4. Применение кодов Хемминга с минимальным кодовым расстоянием шт — ^ в линейных псевдослучайных кодовых шкалах.

4.5. Применение циклических кодов в линейных псевдослучайных кодовых шкалах.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Псевдослучайные кодовые шкалы для преобразователей линейных перемещений»

Bt настоящее; время? и в перспективе одной из актуальных и технически сложных задач- является цифровое измерение угловых, иг линейных, перемещений подвижных органов многочисленных система автоматического; управления? . различными объектами. Эту функцию- выполняют-преобразователи перемещения (1ШП); . ! "•,/' Развитие ШI .- поставщиков первичной информации в значительной ' степени обусловлено повсеместным:: использованием управляющих: микроЭВМ и различных вычислительных устройств на основе микропроцессорных и других БИС и СБИС. •

В целом к этому классу изделий, отличающемуся большим разнообразием, предъявляется совокупность самых различных и, как правило/ высоких технических требований. К их числу в первую; очередь относятся высокая.; точность преобразования;, значительное быстродействие, малые габариты и масса, надежность, технологичностьищизкая^стоимость ^^

В большей степени^ требованиям по разрешающей^ способности, быстродействию и помехоустойчивости удовлетворяют преобразователи с непосредственным преобразованием перемещения в код на основе считывания с использованием* пространственного кодирования, основным элементом которых является кодовая шкала (КШ) [2, 3].

Известен ряд; работ, посвященных вопросам: снижения трудоемкости синтеза кодовых шкал, а также уменьшения габаритов преобразователей по сравнению со шкалами; имеющими кодовую маску, выполненную в обыкновенном двоичном! или в традиционном коде Грея. Значительный вклад в решение данных вопросов внесли В.Г. Домрачев, Б.С. Мейко; В.В. Кривенков, Ю.С. Шарин, и др. отечественные и зарубежные ученые.

Профессором Ожигановым A.A. были разработаны псевдослучайные кодовые шкалы для преобразователей угловых и линейных перемещений (ПСКШ) - новый тип КШ, которые позволяют на своей основе создавать преобразователи перемещения с улучшенными массогабаритными, технологическими и одновременно надежностными характеристиками [4]. Основная особенность данного вида КШ состоит в том, что шкала имеет только одну информационную кодовую дорожку, вдоль которой размещаются информационные и корректирующие считывающие элементы.

Однако, методы разработки таких типов кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений не содержат в себе решение вопросов уменьшения габаритов преобразователей.

Поэтому актуальной представляется задача синтеза и исследования КШ, которые позволили бы создавать преобразователи линейного перемещения с улучшенными технологическими и одновременно надежностными характеристиками.

Решению этой задачи и посвящена данная работа. Автор защищает:

1. Метод построения псевдослучайных кодовых шкал с 2-4 информационными дорожками для преобразователей линейных перемещений.

2. Алгоритм выбора оптимального числа информационных дорожек псевдослучайных кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений.

3. Критерий выбора минимального увеличения длины псевдослучайной кодовой шкалы для преобразователей линейных перемещений.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Жуань Чжипэн

4.6. Выводы

1. Предложена классификация корректирующих кодов. Установлено, что в линейных ПСКШ наиболее целесообразно применять блочные разделимые линейные корректирующие коды, в частности коды Хемминга с кодовыми расстояниями с1т-т = 2, 3, 4, а также циклические коды.

2. Исследованы корректирующие возможности линейных ПСКШ. Установлено, что эти возможности могут быть реализованы только за счет введения избыточности по числу считывающих элементов без использования дополнительных кодовых дорожек.

3. Предложены методы размещения корректирующих СЭ на линейных ПСКШ с применением кодов Хемминга для ¿/т1п = 2, 3 и 4.

4. Предложен метод размещения корректирующих СЭ на линейных ПСКШ с применением циклических кодов.

5. Подтверждена необходимость и актуальность метода построения линейных ПСКШ с несколькими информационными кодовыми дорожками при использования в шкалах корректирующих кодов.

Заключение

К основным результатам диссертационной работы относятся следующие:

1. Проанализированы основные этапы построения кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений.

2. Разработан метод построения псевдослучайных кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений с улучшенными технологическими и одновременно надежностными характеристиками.

3. Предложен критерий выбора оптимального варианта псевдослучайной кодовой шкалы для преобразователей линейных перемещений.

4. Исследованы корректирующие возможности псевдослучайных кодовых шкал для преобразователей линейных перемещений.

5. Разработан метод размещения на псевдослучайных кодовых шкалах для преобразователей линейных перемещений информационных и корректирующих считывающих элементов.

6. Разработана структурная схема для преобразования псевдослучайных кодов в обыкновенный двоичный код.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жуань Чжипэн, 2010 год

1. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие. —М.: Энергоатомиздат, 1987. —328 е.: ил.

2. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла: принципы построения, теория точности, методы контроля. —М.: Энергоатомиздат, 1984. —328'е., ил.

3. Кривенков В.В. Автоматический контроль и проверка преобразователей угловых и линейных величин. —Д.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1986. —247 с, ил.

4. Ожиганов A.A., Азов А.К., Тарасюк М.В. Рекурсивные кодовые шкалы // Информационные технологии, 1998. № 6. С. 39 — 43.

5. Гитис Э.И., Пискунов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. —М.: Энергоиздат, 1981. —360 с.

6. Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. —М.:Энергия, 1970.—73 с.

7. Петрова Г.И. Преобразование информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах —М.: Машиностроение, 1973. —360 с.

8. Бычатин Д.А., Вильнер Г.А. Индукционные преобразователи информации. —Д.: Энергоиздат, 1981. —96 с.

9. Преснухин Л.Н., Майоров С.А., Меськин И.В., Шаньгин В.Ф. Фотоэлектрические преобразователи информации. —М.: Машиностроение, 1974.—375 с.

10. Конюхов Н.Е., Плют A.A., Шаповалов В.И. Фотоэлектронные измерительные преобразователи. —Д.: Энергия. Ленингр. Отд-ние 1977.

11. Солодовникова В.В. Устройства и элементы систем автоматизированного регулирования и управления. Техническая кибернетика. Кн. 1.—М.: Машиностроение, 1973.

12. Виноградов Ю.Д., Машинистов В.М., Розенбург С.А. Электронныеизмерительные системы для- контроля малых перемещений —М.:11. Машиностроение, 1976.

13. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. —М.: Энергоиздат, 1981.

14. Асиновский Э.Н., Ахметжанов A.A., Габидулин М.А. Высокоточные преобразователи угловых перемещений.—М.: Энергоатомиздат, 1986.

15. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. —Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние 1983.

16. Домрачев В.Г.,Мейко Б.С. Классификация цифровых преобразователей// Измерительная техника. 1978. N7. С.22—26.17.' Мироненко A.B. Фотоэлектрические измерительные системы (измерение линейных и угловых величин). -М.¡Энергия, 1967. —360 с.

17. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. О тенденциях развития цифровых преобразователях угла// Приборы и системы управления. 1978. N10. С.20—23.

18. Иванов Б.Н. О проверке преобразователей угла в код// Измерительная техника. 1974. N3.

19. Сафонов Л.Н., Волнянский В.Н., Окулев А.И.-, Прохоров В.Н. Прецизионные датчики угла с печатными обмотками. —М.: Машиностроение, 1977. —152 с.

20. Ахметжанова A.A. Высокоточные преобразователи угловых перемещений —М.: Энергоатомиздат, 1986. —128 с.

21. Саламатин В.А., Шилин В.А. Фазовые оптико-электронные преобразователи. —М.: Машиностроение, 1986. —144 с.

22. Косинский A.B., Матвеевский В.Р., Холопов A.A. Аналого-цифровые преобразователи перемещений. —М.: Машиностроение, 1991. —224 е., ил.

23. Голубовский Ю.М., Пивоварова Л.Н., Афанасьева Ж.К. Фотоэлектрические преобразователи линейных угловых перемещений//4

24. Оптико-механическая промышленность. 1984. N8. С. 50.

25. KeitH Antonelli, Viktor P. Astakhov, Richard 0. Claus. Displacement Measurement, Linear and Angular. 1999'by CRC Press LLC.

26. StePhen, Petronio. Rotary- optical encoders: Automation workhorses.

27. Control solutions, 2001, (8): 32—37.i .

28. ZunZhong Ye, Yibin Ying. A multifunctional rotary photoelectric encoder management system. Proc SPIE, 2005, Vol.5999 59990Y-1-59990Y-10.

29. Tsukasa Watanabe, Hiroyaki.Fujimoto, KanNakayama, et aU Automatic high precision calibration system for angle encoder (I): Proc SPIE, 2001*, Voi:4401, C. 267—274.

30. Шарин Ю.С. Комбинаторные кодовые шкалы// Измерительная техника. 1970. N7. С.13-14.

31. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Приборостроение, 1987. Т.30. N 2. G.40—43.

32. Ожиганов А.А. Параметрический анализ кодовых шкал преобразователей угла // Деп. в ВИНИТИ, 1995, N 2629 В95, 8 с.

33. Ожиганов А.А. Комплекс общих требований к кодовым шкалам преобразователей угла // Деп. в ВИНИТИ, 1995, № 2630 В95, 5 с.

34. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Приборостроение, 1987. Т. 30. № 2. С. 40 — 43.

35. Бессарабова А.А., Клыков М.В. О свойстве сдвига и сложения М—последовательности// Радиотехника. 1984. № 6.' 35. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 576 с.

36. Luo Rong Realization of chaos pseudo-random sequences generator // Journal of Anhui University of Technology and Science (Natural Science), 2009, Vol.02.

37. Golomb S.W. Periodic Binary sequences with the "trinomial property". IEEE Trans. On IT, 1999; 45(4): 1276 — 1279

38. Zeng Fanxin The Cycle and Add Properties of m-Sequences //

39. Communications.Technology, 2001, № 2. С. 56 — 58^39: Roman S. Coding and Information Theory. New York: Springer Verlag, 1992: Gh. 7.

40. Ball I.R., Spittle A.H., Sin H.T. High speed m-sequence generdtion : a further note // Elektron Lett., vol. 11, pp, 107 — 108, 1975.

41. Fridricsson S. Pseudo-randomness properties of binary shift register sequences // IEEE Trans. Inform. Theory. — 1975. — V.21. P. 115 — 120.

42. Weng L.I. Decomposition of M-sequences and its applications // IEEE Trans: Inform. Theoiy. — 1971. — V. 17. — P.457 — 463.

43. Willett M. The index of m-sequence // SIAMI. Appl. Math. — 1973. — V.25. —P. 24 —27.

44. Wang Huihua, Li Baoping Design and Realize of m Sequence Generator // Journal of Beijing Electronic Science and Technology Institute, 2007, №.02.

45. Ожиганов A.A. Кодовые шкалы на основе рекуррентных последовательностей. Труды Второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук". — М:. МГТУ. 1994. —С. В-162, В-163.

46. Ожиганов A.A. Использование М-последовательностей дляi< 152кодирования угловых перемещений. Тезисы докладов^ Всесоюзной конференции "Оптоэлектронные методы и>средства обработки.изображений". — Винница— Тбилиси, 1987. — С. 177.

47. Ожиганов А.А. Принципы построения и корректирующие возможности псевдослучайных кодовых шкал. Тезисы докладов Всесоюзного совещания-семинара "Фотоэлектрические цифровые преобразователи угловых и линейных перемещений!'. —Горис, 1988. — С. 50.

48. Ожиганов A.A., Жуань Чжипэн: Критерий выбора длины линейной псевдослучайной кодовой шкалы // Изв. Вузов. Приборостроение. 2010. Т.53. №>5, С. 30-35.

49. Ожиганов A.A., Жуань Чжипэн (асп.). Преобразователь линейных перемещений с ПСКШ на основе пересчетной схемы // Научно-технический вестник СПбГИТМО (ТУ). Информационные технологии. СПб: СПбГИТМО, 2009. - вып. 60. С. 83 - 86.

50. Г.И. Никитин. Первичные коды: Метод, указ., ЛИАП, JI., 1984, 28 с.

51. Г.И. Никитин. Эффективные коды: Метод, указ:, ЛИАП, Л., 1987, 28с.

52. А.К. Журавлев, Г.И. Никитин. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб.пособие /ЛИАП, Л., 1984, 86 с.

53. Питерсон У, Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: Пер. с англ. М.: Мир, 1976, 600 с.- 66:- Кларк Д., Кейн Д. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: Пер. с англ. М.: Радио и Связь, 1987, 300 с.

54. Пенин П.Е.,Филиппов Л.Н. Радиотехнические системы передачи информации. М.: Радио и Связь, 1984, 256 с.

55. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. Пер. с англ. М.: Мир, 1986, 576 с.69: Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 576 с.

56. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: Пер. с англ. -М.: Мир, 1976. 594 с. ! '' 71*. Теория кодирования/ Т.Касани, Н.Такура, Е.Ивадари, Я.Инагаки: Пер.154с япон. М.: Мир, 1978. - 576 с.

57. Теория кодирования/ под ред. Э.Л.Блоха: Пер. с англ.-М.: Мир, 1964.-258 с.

58. Ньюкум Э.А., Пасупатхи С. Контроль ошибок в цифровых линиях связи/7 ТИИЭР. 1982. Т.70. N 8. С. 26-54.

59. Блейхут Р.4 Алгебраические поля, обработка сигналов, контроль ощибок// ТИИЭР. 1985. Т.73. N 5. С. 30-53.

60. Муттер В.М. Основы» помехоустойчивой телепередачи информации. -Л.: Энергоатомиздат. Лениннгр. отд-ние, 1990. -288 е.: ил.

61. Аршинов М.Н., Садовский Д.Е. Коды и математика.-М.: Наука, 1983. -144 с.'(библиотечка "Квант". Вып. 30).

62. Цымбал В.П. Теория информации и кодирования. Киев: Вища школа;' 1977.- 288с.I

63. Кодирование информации (двоичные коды). Справочник./ Березюк Н.Т., Хндрущенко A.F., Мощицкий С.С. и др. Харьков.: Вища школа, 1987. -252 с.

64. Удалов А.П., Супрун Б.А. Избыточное кодирование при передаче информации двоичными кодами. М.: Связь, 1964. - 270 с.

65. Самойленко С.И. Помехоустойчивое кодирование. М.: Наука, 1966. -240 с.'I

66. Хетагуров Я.А., Руднев Ю.П. Повышение надежности цифровых устройств методами избыточного кодирования. -М.: Энергия, 1974. -272 с.

67. Рахматкариев Э.У. Анализ избыточности помехоустойчивых кодов. В1кн.: кодирование в сложных системах. М.: Наука, 1974. - С. 115-153.

68. Жуань Чжипэн. Контроль на четность в ПСКШ преобразователей линейных перемещений // Научно-технический вестник СПбГИТМО (ТУ). Информационные технологии. СПб: СПбГИТМО, 2008. - вып. 46. С. 127 -131.

69. Ожиганов A.A. Корректирующие возможности псевдослучайноых кодовых шкал // Приборостроение, 1988. Т.31. № 7, С. 26 — 30.85; Shu Lin, Daniel J.Costello, Jr. Error Control Coding- Second Edition // Prentice HalL 20041.-815c.

70. Hamming R.W. Error Detecting and Error Correcting Codes // Bell Syst. Tech. J;, 1950. 29: C. 147 160.

71. Peterson W W., Weldon E.J. Error Correcting Codes, 2d ed. // MIT Press, Cambridge, 1972.

72. Klove T Error Correcting Codes // Kluwer Academic, Boston, mass., 1995. •

73. Blahut R.E. Theory and Practice of Error-Correcting Codes // Addison-Wesley, Reading, Mass. 1984.1 94: Clark G., Cain J. Error-Correcting Codes for Digital Communications // Plenum: New York. 1981.

74. Vanstone S.A., P C van Oorschot. An Introduction to Error Correcting Codes with Applications // Kluwer Academic, Boston, Mass. 1989.96: Error Control Systems for Digital Communication and Storage // Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1995.