Устройство стабилизации частоты подстраиваемого генератора

Е. В. Крохина, О. В. Колосова, В. Л. Налетов, Л. А. Лисицын

АО «РИРВ», г. Санкт-Петербург, Россия

В настоящее время при разработке радиотехнических устройств и комплексов космического назначения важной задачей является обеспечение требуемого уровня стабильности частоты гармонического сигнала. Особенно актуальной эта задача является для бортовых устройств синхронизации времени КА навигационной системы ГЛОНАСС. Варианты решения данной задачи представлены в работах исследователей навигационных систем [1]. Однако многие из них представляют собой классическую систему фазовой автоподстройки частоты, в которой стабилизация осуществляется с помощью сигнала-поправки. Обеспечение требований по стабильности сигнала представляет собой сложную задачу, поскольку уровень стабильности частоты квантовых генераторов — величина непрогнозируемая и случайная, значение которой зависит от многих факторов. Поэтому при разработке радиотехнических устройств необходимо учитывать физические свойства всех источников гармонических синусоидальных сигналов системы, т. е. возможность пропадания и возникновения флуктуаций сигнала.

В представленной работе устройство стабилизации частоты подстраиваемого генератора, содержащее подстраиваемый генератор, опорный генератор и фазовый детектор, отличается тем, что введен блок обработки сигнала управления, включающий в свой алгоритм нейро-нечеткую сеть. Вход управления подстраиваемого генератора соединен с выходом блока обработки сигнала управления.

Входами нейро-нечеткой сети являются амплитуда, фаза и частота разностного сигнала. Особенность такой системы состоит в обучении нейро-нечеткой сети реальными данными, отображающими как стабильное состояние генераторов, так и возможные отклонения. Модель сети устроена таким образом, что после обучения она не только выявляет скачок, но и парирует его, выдавая на выход код подстройки генератора. Блок формирования сигнала управления преобразовывает полученные данные с выхода нейро-нечеткой сети в требуемый формат и передаёт на вход подстраиваемого генератора.

Проверка работоспособности схемы была проведена посредством моделирования с помощью пакета прикладных программ Matlab — FuzzyLogicToolbox [2], предназначенного для проектирования и исследования систем нечеткой логики. Пакет FuzzyLogicToolbox поддерживает все фазы разработки нечетких систем, включая синтез, исследование, проектирование, моделирование и внедрение в режиме реального времени. Функции пакета реализуют большинство временных нечетких технологий, включая нечеткий логический вывод, нечеткую кластеризацию и адаптивную нейро-нечеткую настройку (ANFIS). Для обучения сети были выбраны экспериментально полученные данные стабильных сигналов на временном отрезке 60 дней. Заключительный шаг проверки алгоритма — загрузка данных обучения и тестирования в ANFIS-редактор среды Matlab для создания нейро-нечеткой сети и её тестирования. После подбора оптимального количества итераций обучения сгенерированная сеть, парируя флуктуации входного сигнала, вывела сигнал управления, который входит в рамки допустимых значений.

Результаты моделирования показывают, что заявляемый метод осуществим и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании устройства стабилизации частоты подстраиваемого генератора, и оно характеризуется стабильностью и точностью формирующегося выходного сигнала подстраиваемого генератора в условиях возникновения частотных флуктуаций и аномалий различного рода.

Литература

1) Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. М.: Техносфера, 2002.

2) Штовба С. Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. М.: Горячая линия — Телеком, 2007

3) Шахгильдян В. В., Ляховкин А. А. Системы фазовой автоподстройки частоты. М.: Связь, 1972.