Псевдослучайная кодовая шкала

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам цифровых преобразователей угла (ЦПУ). Техническим результатом является повышение информационной надежности устройства за счет формирования корректирующего кода с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок. Устройство содержит информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных и (k+kд+2) корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/М, с возможностью получения с них М различных (n+k+kд+2)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок, выходы считывающих элементов являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам цифровых преобразователей угла (ЦПУ).

ЦПУ используются в различных технических системах самого широкого назначения. Естественно, что надежность работы преобразователя влияет на надежность работы всей системы. Основными компонентами ЦПУ являются кодовая шкала и считывающие элементы. В процессе работы ЦПУ возможны выходы из строя считывающих элементов. В этом случае информация со шкалы будет считываться с ошибками. Для компенсации таких ошибок ЦПУ снабжаются дополнительными (корректирующими) считывающими элементами, число которых определяется разрядностью шкалы и кратностью исправляемых ошибок. Решение данной задачи базируется на использовании теории кодов, исправляющих ошибки. Наиболее подходящими кодовыми шкалами, в которых могут быть применены корректирующие коды, являются псевдослучайные кодовые шкалы.

Известна псевдослучайная кодовая шкала, (см. Псевдослучайная кодовая шкала. Патент RU 2510572 С1, МПК Н03М 1/24. Опубликовано: 27.03.2014. Бюл. №9.) - [1], содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/M, с возможностью получения с них М различных n разрядных кодовых комбинаций (см. Ожиганов А.А. Алгоритм размещения считывающих элементов на псевдослучайной кодовой шкале // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1994. Т. 37. №2. с. 22-27.) - [2], k корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с возможностью получения с них совместно с n информационными считывающими элементами М различных (n+k) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с обнаружением и исправлением одиночной ошибки, контрольный считывающий элемент, размещенный вдоль информационной дорожки с возможностью получения с него совместно с (n+k) считывающими элементами М различных (n+k+1) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой код Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, выходы n информационных считывающих элементов, выходы k корректирующих считывающих элементов и выход контрольного считывающего элемента являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.

Недостатком такой шкалы является низкая информационная надежность, поскольку в ней не обеспечена возможность исправления двойных ошибок и тем более, обнаружения тройных.

Наиболее близким по техническому решению и выбранному авторами за прототип, является псевдослучайная кодовая шкала (см. Псевдослучайная кодовая шкала. Патент RU 2660609 С1, МПК Н03М 1/24. Опубликовано: 06.07.2018. Бюл. №19.) - [3], содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных и k+1 корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/М, с возможностью получения с них М различных (n+k+1) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки, kд дополнительных корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ, с возможностью получения с них совместно с (n+k+1) считывающими элементами М различных (n+k+kд+1) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с исправлением двойной ошибки, выходы считывающих элементов являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.

Недостатком прототипа является не высокая информационная надежность, поскольку в ней не обеспечена возможность обнаружения тройных ошибок.

В предлагаемом изобретении решается задача повышения информационной надежности псевдослучайной кодовой шкалы за счет формирования с нее корректирующих кодов с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок.

Для достижения технического результата псевдослучайная кодовая шкала, содержит информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных и (k+kд+1) корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/М, с возможностью получения с них М различных (n+k+kд+1) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойной ошибки, дополнительный корректирующий считывающий элемент, размещенный вдоль информационной дорожки с угловым шагом, кратным величине кванта шкалы δ, с возможностью получения с него совместно с (n+k+kд+1) считывающими элементами М различных (n+k+kд+2) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок, выходы считывающих элементов являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.

Новым в предлагаемом изобретении является:

- снабжение псевдослучайной кодовой шкалы дополнительным корректирующим считывающим элементом;

- соответствующее размещение всех считывающих элементов вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ, с возможностью получения с них М различных (n+k+kд+2) - разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок

Совокупность существенных признаков в предлагаемом изобретении позволяет повысить информационную надежность псевдослучайной кодовой шкалы.

В результате этого можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем и позволяет получить технический результат.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано во всех областях, где требуется высокоточное позиционное определение углового положения объекта с использованием цифровых преобразователей угла повышенной информационной надежности на основе заявляемых псевдослучайных кодовых шкал.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурой, где показана линейная развертка круговой пятиразрядной псевдослучайной кодовой шкалы.

Заявляемая псевдослучайная кодовая шкала содержит информационную кодовую дорожку 1, информационные считывающие элементы 2, 3, 4, 5, 6 (n=5), корректирующие считывающие элементы 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 числом 9.

Для пояснения сути изобретения приведем некоторые теоретические предпосылки.

В [1, 2 и 3], а также в (см. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1987. т. 30. №2. с. 40-43.) - [4] рассмотрены использованные в изобретении кодовые шкалы, получившие название псевдослучайные (ПСКШ), и строящиеся на основе теории М-последовательностей. ПСКШ имеют всего одну информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами М-последовательности a=a0a1aM-1 и n информационных считывающих элементов (СЭ), размещенных вдоль дорожки. Считывающие элементы дают возможность получить при полном обороте шкалы М=2n-1 различных n-разрядных кодовых комбинаций, что обеспечивает разрешающую способность ПСКШ δ=360°/М. В общем виде задача размещения информационных СЭ на ПСКШ решена в [2].

Для генерации М-последовательности с периодом М=2n-1 используется примитивный неприводимый многочлен h(x) степени n с коэффициентами поля Галуа GF(2) (см. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. Т. 64. №12. С. 80-95.) - [5], т.е.

Символы М-последовательности an+j удовлетворяют рекуррентному выражению

где знак означает суммирование по модулю два, а индексы при символах М-последовательности берутся по модулю М. Начальные значения символов М-последовательности a0a1an-1 могут выбираться произвольно, за исключением нулевой комбинации. Для определенности при построении круговой ПСКШ символы М-последовательности a0a1aM-1 отображаются на информационной дорожке по ходу часовой стрелки.

М-последовательности относятся к классу циклических кодов и могут задаваться с помощью порождающего многочлена g(x)=(xM+1)/h(x), где h(x) определяется в соответствии с выражением (1), М=2n-1.

Для каждой М-последовательности длины М существует ровно М различных циклических сдвигов, которые могут быть получены путем умножения порождающего многочлена g(x) на xj, где j=0, 1, …, М-1.

Поскольку ПСКШ строятся в соответствии с символами М-последовательсти, можно путем циклических сдвигов определить порядок размещения на шкале n информационных считывающих элементов, т.е. m-му СЭ, m=1, 2, …, n, ставится в соответствие jm-й циклический сдвиг М-последовательности.

Тогда многочлен, определяющий порядок размещения n информационных СЭ на шкале имеет вид:

Положив j1=0, согласно многочлена (3) получим положения 2-ого, 3-ого, …, n-ого информационных СЭ, смещенные относительно первого СЭ на j2, j3, …, jn квантов информационной дорожки шкалы соответственно.

В табл. 1 приведены многочлены h(x) до n=11 включительно, которые могут быть использованы для генерации соответствующих М-последовательностей [5].

Поясним вариант построения ПСКШ, приведенной на фигуре.

В примере для простоты принято n=5 и соответственно из табл. 1 выбран примитивный неприводимый многочлен h(x)=x52+1, где h0=h2=h5=1, h1=h3=h4=0. Здесь период М-последовательности М=25-1=31, а сама М-последовательность a=a0a1a29a30=0000100101100111110001101110101. При начальных значениях М-последовательности a0=a1=a2=a3=0, a4=1 остальные символы последовательности получены в соответствии с рекуррентным соотношением (2), которое в данном примере имеет вид a5+j=a2+jaj, j=0, 1, …, 25. Размещение пяти информационных считывающих элементов СЭ1 (на фигуре позиция 2), СЭ2 (на фигуре позиция 3), СЭ3 (на фигуре позиция 4), СЭ4 (на фигуре позиция 5) и СЭ5 (на фигуре позиция 6) вдоль информационной дорожки шкалы задано согласно (3) многочленом ru(х)=1+х+х22930.

При построении информационной дорожки 1 М-последовательность с периодом М=31 должна быть нанесена на шкалу в виде пассивных (нули М-последовательности) и активных (единицы М-последовательности) участков информационной дорожки, например, по ходу часовой стрелки, причем на информационную дорожку шкалы наносится только один период М-последовательности. М-последовательность с периодом М=2n-1 определяет число квантов информационной дорожки шкалы, которое в данном примере равно М=31. Отсюда величина кванта δ=360°/M=3600/31=11,61290322806450. Информационные считывающие элементы, числом 5, должны быть размещены вдоль информационной дорожки согласно r(х) с угловым шагом кратным величине кванта шкалы δ, например, по ходу часовой стрелки. Причем, СЭ1 устанавливается точно в начало шкалы, СЭ2 - со сдвигом на 1 квант относительно начала шкалы, СЭ3 _ со сдвигом на 2 кванта относительно начала шкалы, СЭ4 - со сдвигом на 29 квантов относительно начала шкалы, а СЭ5 - со сдвигом на 30 квантов относительно начала шкалы. Отметим, что возможны и другие варианты размещения информационных СЭ вдоль дорожки шкалы [2].

Последовательно фиксируя информационными СЭ пятиразрядную кодовую комбинацию при перемещении шкалы на один квант против хода часовой стрелки, получаем 31 различную пятиразрядную кодовую комбинацию. Эти кодовые комбинации, соответствующие 31 различному угловому положению ПСКШ, приведены в табл. 2.

Технический результат изобретения (повышение информационной надежности) достигается за счет использования циклических корректирующих кодов с исправлением двойных и (или) обнаружения тройных ошибок известных по:

- Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 576 с. - [6];

- Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1976. - 594 с. - [7];

- Теория кодирования / Т. Касани, Н. Такура, Е. Ивадари, Я. Инагаки: Пер. с япон. - М.: Мир, 1978. - 576 с. - [8].

Для того, чтобы корректирующий код обладал возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок его минимальное кодовое расстояние должно быть не менее 6, т.е. d≥6. Методы формирования корректирующих кодов с d≥6 подробно рассмотрены в [6, 7, 8] и другой доступной литературе по теории кодирования.

В нашем примере число информационных символов n=5 (это пятиразрядный код, который снимается с 5 информационных СЭ).

Для получения корректирующего кода с d≥6 выбирается образующий многочлен циклического кода g(x)=1+x+x2+x4+x6+x9 с числом значащих членов равным 6.

Далее, посредством образующего многочлена g(x)=1+x+x2+x4+x6+x9 формируется образующая матрица циклического корректирующего кода

Для каждого столбца матрицы G определяются номера циклических сдвигов М-последовательности, используемые для нахождения мест установки на шкале СЭ.

Тогда многочлен размещения корректирующих СЭ будет иметь вид (определен по столбцам 4÷12) rк(х)=х34562223242528.

Многочлен размещения как информационных, так и корректирующих СЭ - r(х)=ru(х)+rк(х)=1+х+х2345622232425282930.

Следовательно, корректирующие СЭ, числом 9, должны быть размещены вдоль информационной дорожки согласно rк(х) с угловыми шагами кратными величине кванта шкалы δ, например, по ходу часовой стрелки. Причем, КСЭ1 устанавливается относительно начала шкалы со сдвигом на 3 кванта, КСЭ2 - со сдвигом на 4 кванта, КСЭ3 - со сдвигом на 5 квантов, КСЭ4 - со сдвигом на 6 квантов, КСЭ5 - со сдвигом на 22 кванта, КСЭ6 - со сдвигом на 23 кванта, КСЭ7 - со сдвигом на 24 кванта, КСЭ8 - со сдвигом на 25 квантов, а КСЭ9 - со сдвигом на 28 квантов.

Размещение СЭ, определенное согласно приведенной процедуре не является единственно возможным, поскольку любая нетривиальная линейная комбинация строк матрицы G определяет блоковый код с аналогичными характеристиками.

Последовательно фиксируя информационными и корректирующими СЭ четырнадцатиразрядную кодовую комбинацию при перемещении шкалы на один квант против хода часовой стрелки, получаем 31 различную четырнадцатиразрядную кодовую комбинацию циклического корректирующего кода с минимальным кодовым расстоянием d≥6. Известно [6, 7, 8], что такой код позволяет исправлять двойную и (или) обнаруживать тройную ошибку. Эти кодовые комбинации, соответствующие 31 различному угловому положению ПСКШ, приведены в табл. 3.

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача повышения информационной надежности ПСКШ за счет формирования с нее корректирующих кодов с возможностью исправлением двойных и (или) обнаружения тройных ошибок. Как отмечалось ранее, под ошибкой в работе ЦПУ на основе ПСКШ в рассматриваемом изобретении понимается выход из строя считывающих элементов. Еще одним применением изобретения является его использование там, где информация с ЦПУ на основе ПСКШ должна непосредственно передаваться в устройство обработки по каналу связи, подверженному помехам.

Предлагаемая ПСКШ может быть положена в основу построения ЦПУ повышенной информационной надежности. В свою очередь, такие преобразователи целесообразно использовать в различных системах управления летательными аппаратами или технике специального назначения, где обеспечение надежности их работы является первостепенным требованием.

Литература

1. Псевдослучайная кодовая шкала. Патент RU 2510572 C1, МПК Н03М 1/24. Опубликовано: 27.03.2014. Бюл. №9.

2. Ожиганов А.А. Алгоритм размещения считывающих элементов на псевдослучайной кодовой шкале // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1994. т. 37. №2. с. 22-27.

3. Псевдослучайная кодовая шкала. Патент RU 2660609 С1, МПК Н03М 1/24. Опубликовано: 06.07.2018. Бюл. №19 - прототип.

4. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1987. т. 30. №2. с. 40-43.

5. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. т. 64. №12. с. 80-95.

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

7. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1976. - 594 с.

8. Теория кодирования / Т. Касани, Н. Такура, Е. Ивадари, Я. Инагаки: Пер. с япон. - М.: Мир, 1978. - 576 с.

Псевдослучайная кодовая шкала, содержащая информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М=2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h(x) степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных и (k+kд+1) корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ=360°/М, с возможностью получения с них М различных (n+k+kд+1)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойной ошибки, отличающаяся тем, что псевдослучайная кодовая шкала снабжена дополнительным корректирующим считывающим элементом, размещенным вдоль информационной дорожки с угловым шагом, кратным величине кванта шкалы δ, с возможностью получения с него совместно с (n+k+kд+1) считывающими элементами М различных (n+k+kд+2)-разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойных и (или) обнаружения тройных ошибок, выходы считывающих элементов являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к беспроводной связи и предназначено для конфигурирования и передачи агрегированных блоков данных протокола конвергенции физического уровня (PPDU: PLCP протокольный блок данных).

Изобретение относится к области техники связи, а именно к системам передачи информации с помехоустойчивым кодированием, и может быть использовано в канальных кодерах систем передачи информации, в которых передача информационных сообщений осуществляется посредством радиоволн.

Изобретение относится к технологии цифровой связи и может быть использовано для передачи цифровой информации по каналам связи, использующим многоантенные системы.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем обмена данными. Техническим результатом является сокращение объема памяти для хранения эталонных матриц.

Изобретение относится к области кодирования информации. Технический результат изобретения заключается в возможности обеспечить корректную передачу информации с достаточным уровнем надежности, соответствующим уровню приоритета.

Изобретение относится к передаче данных и предназначено для отображения и обратного отображения сигнала в системе, использующей код с малой плотностью проверок на четность (LDPC).

Изобретение относится к средствам для передачи данных в системе цифровой радиосвязи на основе кодов с низкой плотностью проверок на четность. Технический результат заключается в повышении эффективности кодирования.

Изобретение относится к способу ускоренного декодирования линейного кода. Технический результат заключается в повышении скорости декодирования.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих систем передачи дискретной информации. Технический результат заключается в возможности сократить объем памяти для хранения порождающих матриц эквивалентных кодов.

Изобретение относится к беспроводной связи. Техническим результатом является обеспечение скорости передачи данных, сравнимой с самыми современными проводными цифровыми интерфейсами в беспроводной связи.

Изобретение относится к области гидроакустики, радиотехники и электротехники и может быть использовано для построения синхронных многоканальных систем аналого-цифрового преобразования при использовании аналого-цифровых преобразователей с избыточной частотой дискретизации (АЦП-ИЧД), применяемых в гидроакустической аппаратуре.

Изобретение относится к технике преобразования электрических сигналов, в частности к преобразованию цифровой информации в аналоговый сигнал. Техническим результатом является повышение точности.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования частот в коды. Технический результат - создание более простой структуры многоканального преобразователя частоты в код, позволяющего осуществлять контроль частоты сигналов в m приемниках в информации в опросном режиме по запросу ЭВМ.

Преобразователь напряжения разбаланса мостовой схемы в частоту или скважность относится к информационно-измерительной технике и может быть использован в прецизионных преобразователях физических параметров (линейного ускорения, давления), магнитометрах, устройствах измерения гальванически развязанных токов, в электротермических преобразователях (расходомеры) в частоту или скважность.

Изобретение относится к устройствам цифро-аналогового преобразования и может быть использовано при построении быстродействующих высокоточных цифро-аналоговых преобразователей.

Изобретение относится к области электронно-вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении быстродействия аналого-цифрового преобразования при существенном увеличении разрядности АЦП.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления подвижными объектами. Техническим результатом является повышение надежности преобразователя за счет использования метода граничного сканирования для выявления дефектов монтажа основного микроконтроллера на уровне отдельных контактов, а также реализация диагностики измерительных каналов ОЦПУ на уровне отдельных функциональных элементов.

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат заключается в уменьшении относительной погрешности аналого-цифрового нелинейного преобразователя интегрирующего типа с двухтактным преобразованием.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при цифровой обработке сигналов для преобразования напряжения в цифровой двоичный код. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение быстродействия цифровых устройств обработки меняющихся во времени сигналов.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к активным фазированным антенным решеткам (АФАР) с цифровым формированием и управлением диаграммой направленности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам цифровых преобразователей угла. Техническим результатом является повышение информационной надежности устройства за счет формирования корректирующего кода с возможностью исправления двойных и обнаружения тройных ошибок. Устройство содержит информационную дорожку, выполненную в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины периода М2n-1, построенной посредством примитивного многочлена h степени n, где n - разрядность шкалы, n информационных и корректирующих считывающих элементов, размещенных вдоль информационной дорожки с угловыми шагами, кратными величине кванта шкалы δ360°М, с возможностью получения с них М различных -разрядных кодовых комбинаций, представляющих собой корректирующий код с возможностью исправления двойных и обнаружения тройных ошибок, выходы считывающих элементов являются выходами псевдослучайной кодовой шкалы. 1 ил., 3 табл.

Наверх