Создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений в области проектирования радиоустройств

Упрощенная структурная схема приемника прямого преобразования представлена на Рис.9. Так как частота принимаемого сигнала равна частоте гетеродина, побочные каналы в приемнике прямого преобразования остаются лишь на частотах гармоник гетеродина. Эти каналы легко подавляются простейшей одноконтурной входной цепью. Из-за простоты реализации дешевизны и миниатюрности такие приемники сейчас получили широкое распространение, как правило подобные приемники встраиваются в различные электронные гаджеты типа мобильных телефонов [10].

Рис.9 - Структурная схема приемника прямого преобразования

При приеме амплитудно-модулированного сигнала в таком приемнике после преобразования частоты появляются звуковые сигналы от двух боковых полос, которые могут различаться по частоте, что приводит к искажению принимаемого сигнала. К тому же при преобразовании высокой радиочастоты в звуковую трудно реализовать преобразователь частоты с низким коэффициентом шума и обеспечить высокую чувствительность приемника. Приемники прямого преобразования в большей мере, чем супергетеродинные, подвержены действию различных помех и наводок.

радиоустройство тракт приемник

2.2.2 Определение числа поддиапазонов, расчет сквозной полосы пропускания приемника

Разделение общего диапазона на поддиапазоны производится в области коротких волн. Определяются число поддиапазонов, их границы и коэффициенты перекрытия. В радиовещательных приемниках чаще производится разбивка КВ диапазона по методу одинаковых коэффициентов перекрытия, в профессиональных -- по методу равных частотных интервалов [8].

Полоса пропускания высокочастотного тракта приемника (П) определяется шириной спектра сигналов ?fС и нестабильностью частот настройки узлов приемопередающего тракта ?fН[8].

П = ?fС + 2?fН

Полоса сигнала ?fС определяется видом сигнала и характером его модуляции. Примеры выбора ?fС представлены в Табл.1. При амплитудной модуляции(АМ) ширина спектра сигнала определяется значением верхней частоты модуляции FВ. При частотной модуляции следует также учитывать индекс модуляции Ш. Определение полосы частот, занимаемой импульсным сигналом, производится ли по его длительности ф (в приемниках обнаружения цели), либо по времени установления входного импульса приемника tу (в измерительных приемниках) [8].

Табл.1

Расчет ширины спектра сигнала

Вид модуляции	Расчетная формула
Двухполосная АМ	?fС = 2 FВ
Однополосная АМ	?fС = FВ
Частотная модуляция	?fС = 2 FВ (1+ Ш+)
Импульсный сигнал	?fС = (1..2)/ ф ?fС = 1/ tу

Современная профессиональная приемопередающая аппаратура имеет высокую частотную стабильность, что связано с применением синтезаторов частот. Поэтому для профессиональных приемников нестабильность ?fН можно не учитывать.

Для радиовещательных и телевизионных приемников, не имеющих синтезатора частоты, нестабильности настройки отдельных узлов суммируются в среднеквадратичном, что связано со случайным характером нестабильностей. Обычно это приводит к расширению требуемой полосы высокочастотного тракта приемника на 10 - 20 %. Поэтому допустимо принимать:

П = (1,1…1,2) ?fС

Более значительное расширение полосы пропускания требует, как правило, применения системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) [8].

Стоит отметить, что в настоящее время использование приемников прямого усиления и регенеративных приемников встречается редко, так как структурные схемы с гетеродином обеспечивают лучшие технические характеристики приемников, что отражено в системе поддержки принятия решений. Однако исключение вышеперечисленных структурных схем привело бы к неполноте базы знаний в системе поддержки принятия решений, так же данные схемы могут быть использованы в индивидуальных случаях, что является дополнительным аргументом для внесения их в базу знаний системы.



2.2.3 Выбор структуры преселектора и числа преобразований частоты

Преселектор супергетеродинного приемника обеспечивает заданную избирательность по побочным каналам приема, в первую очередь по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения. Избирательность - способность приемника выделять полезный радиосигнал из всех различных по частоте радиосигналов [8].

Частота зеркального канала fЗ при простом преобразовании частоты

fЗ = fС ± fП

где fС - частота сигнала, fП - промежуточная частота, знак плюс ставится при верхней настройке гетеродина, минус соответственно при нижней настройке. Частотаканала прямого прохождения равна промежуточной частоте. Под избирательностью понимают отношение коэффициентов передачи по основному и побочному каналам приема [8].

На Рис.10 представлены типовые схемы преселекторов [8].

Рис. 10 - Типовые схемы преселекторов

Самый простой преселектор состоит из одноконтурной входной цепи (Рис.9, А).

Расчет избирательности, обеспечиваемой преселекторами с данными структурными схемами. Где у - избирательность, f0 - частота настройки преселектора, f- частота побочного канала приема (обычно это частота соседних каналов), QЭ - добротность нагруженного контура (добротность зависит непосредственно от использованных элементов, и схемы их подключения) [8].

Избирательность одиночного контура (Рис.9, А)

В случае n одиночных контуров (Рис.9, Б)

Для двухконтурной системы с одинаковыми контурами при критической связи (Рис.9, В)

2.3 Концептуализация

Перечень основных понятий и терминов используемых в извлеченных знаниях:

Диапазон рабочих частот-полоса в пределах которой может перестраиваться приемник.

Чувствительность - характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. (значения номинальной чувствительности в диапазоне низких и средних частот находятся в пределах 50…300 мкВ; в диапазоне высоких частот 50…200 мкВ; в диапазонах очень высоких и ультравысоких частот 3…30 мкВ)

Избирательность - способность радиоприемного устройства выделять полезный сигнал и ослаблять действие мешающих сигналов.

Скрытность приемника -определяется отсутствием(наличием) паразитных излучений в эфир.

Каскад - ступень усилителя, в состав которой входит усилительный элемент (может быть несколько), цепи связи с последующими или предыдущими ступенями, цепи нагрузки.

Колебательный контур - электрическая цепь, содержащая конденсатор и катушку индуктивности, является простейшей системой в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.

Входная цепь (полосовой фильтр, преселектор) - устройство соединяющее антенну со входом усилительного или преобразовательного каскада приемника.

Гетеродин - маломощный генератор электрических колебаний, применяется для преобразования частот сигнала в супергетеродинных радиоприемниках.

Зеркальный канал приема - канал второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, как и рабочая частота.

Радиочастота - полосы частот или частоты в диапазоне 3кГц - 300ГГц, с присвоенными условными наименованиями.

НЧ - низкие частоты (применяются для радиосвязи и радиовещания)

СЧ - средние частоты (применяются для радиосвязи и радиовещания)

ВЧ - высокие частоты (применяются для радиосвязи радиовещания, раций)

ОВЧ - очень высокие частоты (применяются для радиосвязи, радиовещания, раций, телевидения)

УВЧ - ультравысокие частоты (применяются для радиосвязи, раций, телевидения, мобильных телефонов, спутниковой навигации, микроволновых печей)

Структура полученных знаний.

Полученные в Главе 1 данной работы знания являются неструктурированными. Для получения базы знаний в выбранной ранее среде разработки необходимо получить структуру знаний. Для получения структуры знаний используется модель фрейма. Фрейм - способ представления знаний в системах искусственного интеллекта, например, в экспертных системах. Так как система поддержки принятия решений не имеет структурных различий с экспертной системой, фрейм является подходящей формой представления знаний. К тому же, совокупность фреймов, представляющая какую-либо предметную область, является иерархической структурой, в которую фреймы собираются с использованием родовидовых связей. На верхнем уровне иерархии располагается фрейм, содержащий наиболее общую информацию, которая является истиной для всех остальных фреймов. Данный способ представления знаний является наиболее подходящим, для использования в выбранной среде разработки.

Структура входной и выходной информации.

Как было сказано ранее входной информацией для системы поддержки принятия решений, являются ответы на поставленные системой вопросы. Таким образом реализуется «спуск» пользователя по иерархии фреймов, от общих знаний, к результату диалога. Результат диалога является частной информацией, для данного набора ответов, сделанных пользователем, результат является единственным. При повторении диалога и совпадении всех ответов с предыдущими результат совпадет с предыдущим. Результат диалога является выходной информацией системы поддержки принятия решений. Его структура так же является фреймом, но он является листовым узлом в направленном ациклическом графе и не имеет потомков.



2.4 Формализация

На данном этапе происходит структурирование полученных знаний. Как отмечалось в пункте 2.3 структура данных представляет собой иерархическую совокупность фреймов. Применительно к выбранной среде разработки каждый фрейм (кроме листовых узлов) должен содержать вопрос, результаты ответа на который являются переходами к фреймам следующего (нижестоящего) уровня иерархии.

Полученные знания в общем виде можно разделить на 3 основные группы фреймов, каждая из которых решает следующие задачи:

1 группа фреймов, определение диапазона частот, принимаемых приемником.

2 группа фреймов, определение структурной схемы приемника и входных цепей приемника.

Верхним уровнем иерархии фреймов является 1 группа фреймов, так как на основе результата, полученного в первой группе будет строиться диалог во второй группе фреймов.

1 группа фреймов. Вопросы, находящиеся в первой группе фреймов не требуют каких-либо специфичных знаний, так как принимаемый диапазон частот как правило явно задан в техническом задании на проектирование радиоприемного устройства. Необходимо лишь определить в какой группе частот (НЧ, СЧ и т.п.) находится указанный в техническом задании диапазон. Далее указано содержание фреймов из 1 группы:

Принимаемый радиоприемником диапазон частот находится в пределах диапазона низких частот (30-300 кГц)?

Принимаемый радиоприемником диапазон частот находится в пределах диапазона средних частот (300-3000 кГц)?

Принимаемый радиоприемником диапазон частот находится в пределах диапазона высоких частот (3-30 МГц)?

Принимаемый радиоприемником диапазон частот находится в пределах диапазона очень высоких частот (30-300 МГц)?

Принимаемый радиоприемником диапазон частот находится в пределах диапазона ультравысоких частот (300-3000 МГц)?

Следует отметить, что если диапазон принимаемых радиоприемником частот занимает несколько групп частот, либо лежит на границе и захватывает две группы, то следует указывать группу с наибольшей частотой. Так как входные цепи, а, следовательно, ичувствительность радиоприёмника будут зависеть от выбранной группы, а необходимые номинальные значения чувствительности уменьшаются с ростом частоты, то при выборе следует руководствоваться верхним значением частоты. К примеру, для группы очень высоких частот необходимая чувствительность лежит в пределах 3…30 мкВ, а для группы высоких частот 50…200 мкВ, то при выборе входных цепей и структурной схемы для высоких частот, требования к чувствительности для очень высоких частот не будут удовлетворены, при обратном случае, когда выбрана цепь и структурная схема для группы очень высоких частот, требования к чувствительности для группы высоких частот будут удовлетворены.

2 группа фреймов. Вопросы, находящиеся в этой группе касаются в структурной схемы приемника. Определяется необходима ли скрытность приемника, равномерность избирательности по диапазону, требования по избирательности по соседнему и зеркальному каналу, прием одной (нескольких) частот или плавного диапазона, трудность перестройки приемника с приема одной станции на прием другой. Далее указано содержимое фреймов из 2 группы:

Требуется прием сигнала с любым видом модуляции?

Принимаемый сигнал имеет амплитудную модуляцию?

Является скрытность приемника основным требованием технического задания?

Согласно сетке частот, соответствующей диапазону частот приемника, расстояние между двумя соседними радиостанциями является большим, чем необходимая избирательность приемника?

Является миниатюрность приемника основным требованием технического задания (выполнение в виде одной микросхемы)?

Существует противоречие подавления соседнего канала (более 20 дБ) и канала зеркальной частоты (более 60 дБ) (уменьшение промежуточной частоты облегчает подавление соседнего канала, а увеличение частоты облегчает подавление зеркального канала)?

Требуется избирательность по второму зеркальному каналу приема более 60 дБ (выбор частоты второго гетеродина)?

Использование фреймов, указанных в 1 и 2 группах, позволяет провести диалог с пользователем результат, которого будет выбран из 30 различных вариантов (листовых узлов), каждый из которых будет отличатся структурными схемами приемника или его входных цепей.

Далее перечислены варианты результатов диалога:

Приемник прямого усиления. Основным преимуществом является его скрытность ввиду отсутствия генераторов частот непосредственно в приемнике. Из-за сложности перенастройки приемника на новую частоту рекомендуется применение с установленными заранее частотами приема. Для работы в диапазоне низких частот специальные входные цепи приемника использовать не обязательно.

Регенеративный приемник. Обеспечивает скрытность в режимах работы кроме генерации, для избегания возникновения режима генерации (и потери скрытности) рекомендуется использовать автоматическую регулировку усиления. Так же регенеративный приемник требует от оператора знаний о принципе работы, что необходимо учитывать при проектировании. Характеристики приемника по избирательности и чувствительности позволяют использовать регенеративный приемник в диапазоне низких частот без специальных входных цепей.

Приемник прямого преобразования. Несмотря на то, что приемник прямого преобразования в большей степени подвержен различным наводкам и помехам, чем приемники супергетеродинного типа, простота и дешевизна могут играть основную роль при выборе структурной схемы приемника. Так же положительной особенностью приемников прямого преобразования, относительно супергетеродинных является меньшее количество побочных каналов приема. При применении приемника прямого преобразования в диапазоне низких частот требуется использование двухконтурной входной цепи.

Приемник супергетеродинного типа. Несмотря на все преимущества схемы супергетеродинного приемника, такие как высокая чувствительность и избирательность, он обладает рядом недостатком, основным из которых является наличие побочных каналов (зеркальный и соседний), что требует наличия более сложных входных цепей, что в свою очередь увеличивает стоимость приемников супергетеродинного типа. Так же супергетеродины требуют более тщательной наладки, чем приемники без генераторов. При работе в диапазоне низких частот требуется использование входной цепи для предотвращения приема зеркального канала. В диапазоне низких частот эту функцию может выполнять колебательный контур с перестройкой по частоте, согласованной с перестройкой гетеродина.

Приемник супергетеродинного типа с двойным преобразованием частоты. Несмотря на достаточную сложность в построении и наладке, опасность биения между какими-либо из гармоник гетеродинов, что приведет к помехе в виде свиста на выходе приемника, данный тип приемников обладает большей чувствительностью и избирательностью, чем супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Несмотря на лучшую, чем у супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты, избирательность по зеркальному каналу, в диапазоне низких частот рекомендуется применение колебательного контура во входной цепи приемника.

Приёмник инфрадинного типа. Данная схема подразумевает два преобразования частоты, причем первое преобразование происходит вверх и выбираемое значение частоты первого преобразования выбирается значительно выше второй. При таком выборе частот, частота первого зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется входными цепями. Канал с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае если он попадет на вход второго преобразователя, то есть канал должен быть подавлен до второго смесителя, фактически это происходит в первом усилителе промежуточно й частоты. Таким образом основную селекцию осуществляет тракт первой промежуточной частоты. Так же стоит отметить, что при построении такого приемника предъявляются повышенные требования к надежности гетеродина. При использовании инфрадинного приемника в диапазоне низких частот обязательно применение входной цепи как минимум из одного колебательного контура, для подавления зеркальной частоты первого гетеродина.

Приемник прямого усиления. Основным преимуществом является его скрытность ввиду отсутствия генераторов частот непосредственно в приемнике. Из-за сложности перенастройки приемника на новую частоту рекомендуется применение с установленными заранее частотами приема. Для работы в диапазоне средних частот обязательно использование колебательных контуров во входной цепи, для повышения характеристик избирательности и чувствительности.

Регенеративный приемник. Обеспечивает скрытность в режимах работы кроме генерации, для избегания возникновения режима генерации (и потери скрытности) рекомендуется использовать автоматическую регулировку усиления. Так же регенеративный приемник требует от оператора знаний о принципе работы, что необходимо учитывать при проектировании. Характеристики приемника по избирательности и чувствительности не позволяют использовать регенеративный приемник в диапазоне средних частот без специальных входных цепей. Рекомендуется использование минимум одного колебательного контура.

Приемник прямого преобразования. Несмотря на то, что приемник прямого преобразования в большей степени подвержен различным наводкам и помехам, чем приемники супергетеродинного типа, простота и дешевизна могут играть основную роль при выборе структурной схемы приемника. Так же положительной особенностью приемников прямого преобразования, относительно супергетеродинных является меньшее количество побочных каналов приема. При применении приемника прямого преобразования в диапазоне средних частот требуется двухконтурная входная цепь, из-за близости зеркального канала к каналу приема.

Приемник супергетеродинного типа. Несмотря на все преимущества схемы супергетеродинного приемника, такие как высокая чувствительность и избирательность, он обладает рядом недостатком, основным из которых является наличие побочных каналов (зеркальный и соседний), что требует наличия более сложных входных цепей, что в свою очередь увеличивает стоимость приемников супергетеродинного типа. Так же супергетеродины требуют более тщательной наладки, чем приемники без генераторов. При работе в диапазоне средних частот требуется использование входной цепи для предотвращения приема зеркального канала. В диапазоне средних частот эту функцию может выполнять двухконтурная входная цепь с перестройкой по частоте, согласованной с перестройкой гетеродина.

Приемник супергетеродинного типа с двойным преобразованием частоты. Несмотря на достаточную сложность в построении и наладке, опасность биения между какими-либо из гармоник гетеродинов, что приведет к помехе в виде свиста на выходе приемника, данный тип приемников обладает большей чувствительностью и избирательностью, чем супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Несмотря на лучшую, чем у супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты, избирательность по зеркальному каналу, в диапазоне средних частот рекомендуется применение двухконтурной входной цепи.

Приёмник инфрадинного типа. Данная схема подразумевает два преобразования частоты, причем первое преобразование происходит вверх и выбираемое значение частоты первого преобразования выбирается значительно выше второй. При таком выборе частот, частота первого зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется входными цепями. Канал с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае если он попадет на вход второго преобразователя, то есть канал должен быть подавлен до второго смесителя, фактически это происходит в первом усилителе промежуточно й частоты. Таким образом основную селекцию осуществляет тракт первой промежуточной частоты. Так же стоит отметить, что при построении такого приемника предъявляются повышенные требования к надежности гетеродина. При использовании инфрадинного приемника в диапазоне средних частот обязательно применение двухконтурной входной цепи, для подавления зеркальной частоты первого гетеродина.

Приемник прямого усиления. Основным преимуществом является его скрытность ввиду отсутствия генераторов частот непосредственно в приемнике. Из-за сложности перенастройки приемника на новую частоту рекомендуется применение с установленными заранее частотами приема. Использование приемника прямого усиления в диапазоне высоких частот не рекомендуется из-за недостаточных характеристик приемника. Если необходимо применение именно этого типа приемников, то для работы в диапазоне высокихчастот необходимо использовать двухконтурную входную цепь для повышения избирательности, но это не будет гарантировать отсутствие помех.

Регенеративный приемник. Обеспечивает скрытность в режимах работы кроме генерации, для избегания возникновения режима генерации (и потери скрытности) рекомендуется использовать автоматическую регулировку усиления. Так же регенеративный приемник требует от оператора знаний о принципе работы, что необходимо учитывать при проектировании. Характеристики приемника по избирательности и чувствительности не позволяют использовать регенеративный приемник в диапазоне высоких частот без специальных входных цепей. Рекомендуется использование двухконтурной входной цепи, либо цепи с критической связью контуров.

Приемник прямого преобразования. Несмотря на то, что приемник прямого преобразования в большей степени подвержен различным наводкам и помехам, чем приемники супергетеродинного типа, простота и дешевизна могут играть основную роль при выборе структурной схемы приемника. Так же положительной особенностью приемников прямого преобразования, относительно супергетеродинных является меньшее количество побочных каналов приема. При применении приемника прямого преобразования в диапазоне высоких частот, требуется подавление нежелательных каналов приема, что возможно с использованием фазокомпенсационного метода. Однако, стоит отметить, что при этом приемник будет лишен основных преимуществ простоты и дешевизны устройства.

Приемник супергетеродинного типа. Несмотря на все преимущества схемы супергетеродинного приемника, такие как высокая чувствительность и избирательность, он обладает рядом недостатком, основным из которых является наличие побочных каналов (зеркальный и соседний), что требует наличия более сложных входных цепей, что в свою очередь увеличивает стоимость приемников супергетеродинного типа. Так же супергетеродины требуют более тщательной наладки, чем приемники без генераторов. При работе в диапазоне высоких частот требуется использование входной цепи для предотвращения приема зеркального канала. В диапазоне высоких частот эту функцию может выполнять двухконтурная входная цепь с перестройкой по частоте, согласованной с перестройкой гетеродина, либо входная цепь с критической связью контуров.

Приемник супергетеродинного типа с двойным преобразованием частоты. Несмотря на достаточную сложность в построении и наладке, опасность биения между какими-либо из гармоник гетеродинов, что приведет к помехе в виде свиста на выходе приемника, данный тип приемников обладает большей чувствительностью и избирательностью, чем супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Несмотря на лучшую, чем у супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты, избирательность по зеркальному каналу, в диапазоне высоких частот рекомендуется применение входной цепи с критической связью.

Приёмник инфрадинного типа. Данная схема подразумевает два преобразования частоты, причем первое преобразование происходит вверх и выбираемое значение частоты первого преобразования выбирается значительно выше второй. При таком выборе частот, частота первого зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется входными цепями. Канал с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае если он попадет на вход второго преобразователя, то есть канал должен быть подавлен до второго смесителя, фактически это происходит в первом усилителе промежуточно й частоты. Таким образом основную селекцию осуществляет тракт первой промежуточной частоты. Так же стоит отметить, что при построении такого приемника предъявляются повышенные требования к надежности гетеродина. При использовании инфрадинного приемника в диапазоне высоких частот обязательно применение входной цепи с критической связью. Так же рекомендуется использовать фильтр сосредоточенной селекции, для обеспечения избирательности по соседнему каналу после второго смесителя.

Приемник прямого усиления. Основным преимуществом является его скрытность ввиду отсутствия генераторов частот непосредственно в приемнике. Из-за сложности перенастройки приемника на новую частоту рекомендуется применение с установленными заранее частотами приема. Приемник не пригоден для работы в диапазоне очень высоких частот, из-за недостаточных характеристик по избирательности стабильный прием в диапазоне очень высоких частот невозможен.

Регенеративный приемник. Обеспечивает скрытность в режимах работы кроме генерации, для избегания возникновения режима генерации (и потери скрытности) рекомендуется использовать автоматическую регулировку усиления. Так же регенеративный приемник требует от оператора знаний о принципе работы, что необходимо учитывать при проектировании. Характеристики приемника по избирательности и чувствительности не позволяют использовать регенеративный приемник в диапазоне очень высоких частот без специальных входных цепей. Рекомендуется использование двухконтурной входной цепи, либо цепи с критической связью контуров. Однако применение регенеративных приемников в диапазоне очень высоких частот не рекомендуется, для данного диапазона благодаря преимуществу в стабильности и избирательности рекомендуется использовать приемники с генератором (гетеродином).

Приемник прямого преобразования. Несмотря на то, что приемник прямого преобразования в большей степени подвержен различным наводкам и помехам, чем приемники супергетеродинного типа, простота и дешевизна могут играть основную роль при выборе структурной схемы приемника. Так же положительной особенностью приемников прямого преобразования, относительно супергетеродинных является меньшее количество побочных каналов приема. Стоит отметить, что при лицензировании частот в диапазон очень высоких частот соседний канал рядом с мощной радиостанцией оставляют пустым, поэтому приемники прямого преобразования,проектируемые для работы в диапазоне очень высоких частот можно не оснащать входными цепями, а весь остальной приемник может укладываться в одну микросхему без каких-либо навесных элементов, что существенно снижает стоимость производства.

Приемник супергетеродинного типа. Несмотря на все преимущества схемы супергетеродинного приемника, такие как высокая чувствительность и избирательность, он обладает рядом недостатком, основным из которых является наличие побочных каналов (зеркальный и соседний), что требует наличия более сложных входных цепей, что в свою очередь увеличивает стоимость приемников супергетеродинного типа. Так же супергетеродины требуют более тщательной наладки, чем приемники без генераторов. При работе в диапазоне очень высоких частот требуется использование входной цепи для предотвращения приема зеркального канала. В диапазоне очень высоких частот эту функцию может выполнять входная цепь с критической связью контуров, либо более сложные и эффективные полосовые фильтры.

Приемник супергетеродинного типа с двойным преобразованием частоты. Несмотря на достаточную сложность в построении и наладке, опасность биения между какими-либо из гармоник гетеродинов, что приведет к помехе в виде свиста на выходе приемника, данный тип приемников обладает большей чувствительностью и избирательностью, чем супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Несмотря на лучшую, чем у супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты, избирательность по зеркальному каналу, в диапазоне очень высоких частот рекомендуется применение входной цепи с критической связью.

Приёмник инфрадинного типа. Данная схема подразумевает два преобразования частоты, причем первое преобразование происходит вверх и выбираемое значение частоты первого преобразования выбирается значительно выше второй. При таком выборе частот, частота первого зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется входными цепями. Канал с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае если он попадет на вход второго преобразователя, то есть канал должен быть подавлен до второго смесителя, фактически это происходит в первом усилителе промежуточно й частоты. Таким образом основную селекцию осуществляет тракт первой промежуточной частоты. Так же стоит отметить, что при построении такого приемника предъявляются повышенные требования к надежности гетеродина. При использовании инфрадинного приемника в диапазоне очень высоких частот обязательно применение входной цепи с критической связью.Так же рекомендуется использовать фильтр сосредоточенной селекции, для обеспечения избирательности по соседнему каналу после второго смесителя.

Приемник прямого усиления. Основным преимуществом является его скрытность ввиду отсутствия генераторов частот непосредственно в приемнике. Из-за сложности перенастройки приемника на новую частоту рекомендуется применение с установленными заранее частотами приема. Приемник не пригоден для работы в диапазоне ультравысоких частот, из-за недостаточных характеристик по избирательности стабильный прием в диапазоне ультравысоких частот невозможен.

Регенеративный приемник. Обеспечивает скрытность в режимах работы кроме генерации, для избегания возникновения режима генерации (и потери скрытности) рекомендуется использовать автоматическую регулировку усиления. Так же регенеративный приемник требует от оператора знаний о принципе работы, что необходимо учитывать при проектировании. Характеристики приемника по избирательности и чувствительности не позволяют использовать регенеративный приемник в диапазоне ультравысоких частот.

Приемник прямого преобразования. Несмотря на то, что приемник прямого преобразования в большей степени подвержен различным наводкам и помехам, чем приемники супергетеродинного типа, простота и дешевизна могут играть основную роль при выборе структурной схемы приемника. Так же положительной особенностью приемников прямого преобразования, относительно супергетеродинных является меньшее количество побочных каналов приема. Стоит отметить, что при лицензировании частот в диапазон ультравысоких частот соседний канал рядом с мощной радиостанцией оставляют пустым, поэтому приемники прямого преобразования, проектируемые для работы в диапазоне ультравысоких частот можно не оснащать входными цепями, а весь остальной приемник может укладываться в одну микросхему без каких-либо навесных элементов, что существенно снижает стоимость производства.

Приемник супергетеродинного типа. Несмотря на все преимущества схемы супергетеродинного приемника, такие как высокая чувствительность и избирательность, он обладает рядом недостатком, основным из которых является наличие побочных каналов (зеркальный и соседний), что требует наличия более сложных входных цепей, что в свою очередь увеличивает стоимость приемников супергетеродинного типа. Так же супергетеродины требуют более тщательной наладки, чем приемники без генераторов. При работе в диапазоне очень высоких частот требуется использование входной цепи для предотвращения приема зеркального канала. В диапазоне ультравысоких частот эту функцию может выполнять система входных цепей, таких как полосовые фильтры.

Приемник супергетеродинного типа с двойным преобразованием частоты. Несмотря на достаточную сложность в построении и наладке, опасность биения между какими-либо из гармоник гетеродинов, что приведет к помехе в виде свиста на выходе приемника, данный тип приемников обладает большей чувствительностью и избирательностью, чем супергетеродинный приемник с одним преобразованием частоты. Несмотря на лучшую, чем у супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты, избирательность по зеркальному каналу, в диапазоне ультравысоких частот рекомендуется применение полосовых фильтров.

Приёмник инфрадинного типа. Данная схема подразумевает два преобразования частоты, причем первое преобразование происходит вверх и выбираемое значение частоты первого преобразования выбирается значительно выше второй. При таком выборе частот, частота первого зеркального канала имеет высокое значение и эффективно подавляется входными цепями. Канал с частотой второго зеркального канала опасно лишь в том случае если он попадет на вход второго преобразователя, то есть канал должен быть подавлен до второго смесителя, фактически это происходит в первом усилителе промежуточно й частоты. Таким образом основную селекцию осуществляет тракт первой промежуточной частоты. Так же стоит отметить, что при построении такого приемника предъявляются повышенные требования к надежности гетеродина. При использовании инфрадинного приемника в диапазоне ультравысоких частот обязательно применение полосовых фильтров.Так же рекомендуется использовать фильтр сосредоточенной селекции, для обеспечения избирательности по соседнему каналу после второго смесителя.

2.5 Реализация

На данном этапе работы производится создание демонстрационного проекта системы поддержки принятия решений.

При реализации будет использована среда разработки, выбранная на этапе идентификации проблемы. На Рис. 11 показан процесс наполнения фреймов информацией. Результатом этапа реализации является направленный ациклический граф, состоящий из 69 фреймов, 30 из которых является возможными результатами диалога. В среднем количество заданных вопросов пользователю является 7-8, что позволяет определить необходимый тип структурной схемы приемника и рекомендацию по выбору входной цепи.

Изображение полученного направленного ациклического графа показано в Приложении А данной работы.

Рис.11 - экран наполнения фреймов



3. Тестирование

На этапе тестирования системы поддержки принятия решений, будет проверена адекватность выбранной структуры фреймов и их взаимосвязей. Материалами тестирования являются технические задания на проектирование радиоприемников,эскизное проектирование которых уже проведено, и известны результаты выбора структурной схемы.

Первое тестирование.

Исходные данные для тестирования:

Назначение приемника УКВ, ВЧ

Вид модуляцииЧастотная модуляция

Диапазон частот88-108 МГц

Чувствительность, не менее3 мкВ

Избирательность по зеркальному каналу, не менее45 дБ

Избирательность по соседнему каналу, не менее 33 дБ

Диапазон воспроизводимых звуковых частот, не уже0,1-11 кГц

Напряжение источника питания10 В

Максимальная рабочая температура45 С°

Результатом проектирования радиоприемника в соответствии с данным техническим заданием являются следующие результаты:

Структурная схема приемника - супергетеродинного типа с однократным преобразованием частоты.

Входная цепь - два одиночных колебательных контура.

Тестирование.

Первые вопросы, заданные системой являются вопросами о диапазоне принимаемых частот, так как указанный диапазон частот находится в пределах частот группы очень высоких частот, отвечаем «Нет» на вопросы о частоте три раза, так как предложенные вопросы в первых трех случаях касаются частот расположенных в диапазонах нижних средних и высоких частот. Рис. 12.

Рис. 12 - Выбор диапазона работы

Следующим вопросом, заданным системой является вопрос о видах модуляции получаемого сигнала Рис. 13, так как в техническом задании требуется прием только частотно модулированных сигналов, отвечаем, нет.

Рис. 13-Определения типа модуляции

Далее система задает вопрос о типе модуляции, точнее предлагает выбрать, является ли сигнал амплитудно модулированным, в соответствии с техническим заданием ответ нет. Рис. 14

Рис.14 - Определение типа модуляции

Следующим этапом диалога является определение необходимости небольших размеров приемника, что может быть важно при применении его в различных мобильных системах или электронных гаджетах. Так как техническое задание не предоставляет данных о размерах приемника, считается, что эта характеристика не важна для проектируемого радиоприемника, следовательно, ответ нет. Рис.15

Рис.15 - Определение размеров приемника

Далее следует вопрос о противоречии характеристик подавления соседнего и зеркального каналов, так как в приемнике с одним преобразованием частоты не удается достичь высоких характеристик сразу по обоим параметрам. В техническом задании указаны характеристики подавления обоих каналов 45 дБ по зеркальному и 33 по соседнему каналу. Характеристика подавления по соседнему каналу выше, чем указанная в вопросе, однако по зеркальному каналу параметр ниже указанного, из чего следует, что противоречия не возникает, ответ нет. Рис.16

Рис. 16 - Определение величин подавления побочных каналов

На этом диалог с системой заканчивается, и система отображает его результат, в данном случае это приемник супергетеродинного типа с рекомендацией использования критической связи контуров во входной цепи. Рис. 17. Результат проведенного диалога полностью соответствует результатам, полученным при проектировании приемника в соответствии с требованиями данного технического задания.

Рис. 17 - Рекомендации системы

Второе тестирование.

Исходные данные:

Диапазон принимаемых частот 2,57-6,1 МГц

Тип модуляцииЧастотная модуляция

Чувствительность2,6 мкВ

Избирательность по зеркальному каналу68 дБ

Избирательность по соседнему каналу30 дБ

Ослабление помехи на промежуточной частоте80 дБ

Ширина спектра принимаемых сигналов3 кГц

Результатом проектирования радиоприемника в соответствии с данным техническим заданием являются следующие результаты:

Тип структурной схемы - инфрадинный приемник, с фильтром сосредоточенной селекции после второго смесителя.

Тип входных цепей - полосовой фильтр с несколькими колебательными контурами.

Тестирование.

Как и при первом тестировании, первыми будут вопросы, касающиеся диапазона частот приемника. На вопросы про низкий и средний диапазон частот ответ отрицательный. Как упоминалось ранее, несмотря на то, что нижний край диапазона принимаемых частот находится в полосе средних частот (2,57 МГц, высокие частоты начинаются с 3 МГц) выбирать следует диапазон, в котором находится верхний край диапазона принимаемых частот. Поэтому на третий по счету вопрос, о нахождении диапазона принимаемых частот в пределах диапазона высоких частот, ответ да. Рис. 18

Рис.18 - Выбор диапазона работы



Далее следуют вопросы о виде модуляции принимаемых частот, ответ нет, на вопрос о любом виде модуляции. На вопрос об амплитудной модуляции сигнала так же ответ отрицательный. Рис. 19

Рис. 19-Определение типа модуляции

На вопрос о необходимых размерах ответ отрицательный, из-за отсутствия требований в техническом задании. Далее следует вопрос о противоречии подавления побочных каналов. Характеристики необходимого подавления указанные в техническом задании численно превышают показатели, указанные в вопросе, ответ да. Рис. 20

Рис. 20 - Определение величин подавления побочных каналов

Заключительным вопросом является требование подавления второго зеркального канала. Данная характеристика указанна в техническом задании и равняется 80 дБ, что превышает показатель, указанный в вопросе. Ответ да. Рис. 21

Рис. 21 - Определение величины подавления второго зеркального канала

Диалог с системой закончен. Полученным результатом является рекомендация по использованию приемника инфрадинного типа, с колебательными контурами с критической связью, и фильтром сосредоточенной селекции для обеспечения избирательности после второго смесителя. Рекомендации, полученные в результате диалога, практически полностью соответствуют результатам эскизного проектирования приемника в соответствии с требованиями технического задания. Несовпадение рекомендаций предоставленных системой и результатов проектирования объясняется повышенными количественными требованиями к чувствительности приемника, вопрос о которых сложен в реализации при выбранной среде разработки. Рис. 22

Рис. 22 - Рекомендации системы

Вывод: Проведенное тестирование показало адекватность демонстрационного проекта системы поддержки принятия решений, и его работоспособность. Исключением являются некоторые количественные показатели, использование которых во фреймах выбранной среды разработки сложно осуществимо.

3.1 Дальнейшие перспективы

Так как демонстрационный проект системы поддержки принятия решений является адекватным, существует перспектива использования выбранной среды разработки для охвата базой знаний всего процесса эскизного проектирования радиоприемных устройств. Однако были выявлены некоторые недостатки, которые могут сыграть решающую роль при расширении области охвата этапов проектирования системой поддержки принятия решений. В таком случае рекомендуется выбор другой среды разработки, отвечающей новым требованиям, предъявляемым к системе.

Так же возможен вариант реализации системы поддержки принятия решений на одном из символьных языков программирования, что возможно удовлетворит требования к системе, но усложнит процесс актуализации заложенных в нее знаний.

Еще одним возможным вариантом развития системы может быть использование традиционных языков программирования, таких как С, С++, для создания некоторой системы управления базами данных, в качестве которой и будет реализована система поддержки принятия решений. Данный метод,вероятно, усложнит процесс создания системы и поддержания базы знаний в актуальном состоянии, однако с большей долей вероятности обеспечит выполнение требований предъявляемых к системе. К плюсам данного метода можно отнести простоту объединения с другими программами, которой сложно добиться при использовании символьных языков программирования.



Заключение

Целью работы являлось создание демонстрационного прототипа системы поддержки принятия решений, который обеспечивал бы поддержку конструктора на начальном этапе эскизного проектирования. Полученная в результате работы система соответствует поставленной цели, что показало тестирование разработанной системы.

В ходе проведения работы были решены следующие задачи:

Извлечение и структурирование знаний, наполнение ими базы знаний. С помощью диалога с экспертом, а так же использования справочной литературы, были получены знания в проблемной области, которые в дальнейшем были структурированы как данные, являющиеся характеристиками описываемых сущностей (метаданные), что привело к простоте наполнения ими базы знаний.

Реализация полученных знаний в виде графа. В ходе работы был получен направленный ациклический граф фреймов, содержащих знания в выбранной области, граф представлен в приложении А данной работы.

При использовании системы поддержки принятия решений разработанной в данной работе, происходит синтез структуры радиосистемы, основанный на требуемых от радиосистемы функциях.

Так как демонстрационный проект не предназначен для использования в производстве, были сформулированы перспективы его дальнейшего развития до промышленного проекта, результатом внедрения которого в производстве, приведет к следующим положительным эффектам:

Уменьшение времени затрачиваемого конструктором (группой конструкторов) на создание эскизного проекта радиосистем.

Уменьшение рисков совершения ошибки конструктором на этапе эскизного проектирования.

Помощь конструктору, обладающему недостаточным опытом или квалификацией, при эскизном проектировании.

Следствием использования подобной системы в производстве, является снижение издержек при проектировании, а так же ускорение создания технического предложения.



Список использованной литературы

Романов В.Н. Системный анализ для инженеров, изд. 2е, Санкт-Петербург , 2006 г.

Антонов А.В. Системный анализ. Учебник для вузов, Высшая школа, 2004 г.

Муха Ю.П. Структурные методы в проектировании сложных систем, две части, Волгоград, 1993 г.

ЧинакалВ.О. Интеллектуальные системы и технологии, учебное пособие, Москва, 2008 г.

Джарратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование, Издательский дом «Вильямс», 2006 г.

А.В. Гаврилов. Интеллектуальные системы в машиностроении, НГТУ, 2012 г.

Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах, Высшая школа, Москва, 1989 г.

Никитин Н.П., Кийко В.В. Проектирование радиоприемных устройств на базе аналоговых блоков, Екатеринбург, 2004 г.

Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В., Кубицкий А.А., Левин В.А., Плаксиенко В.С., Тяжев А.И., Фалько А.И., Радиоприемные устройства, 3-е издание, стереотипное, Москва: Горячая линия - Телеком, 2007 г.

Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов,изд. 2еМосква: Горячая линия - Телеком, 2012 г.

ГОСТ 2.103-68 Стадии разработки. ЕСКД.

Размещено на Allbest.ru