БАГАТОЗОНДОВИЙ МІКРОХВИЛЬОВИЙ МУЛЬТИМЕТР З ОБРОБКОЮ СИГНАЛІВ ДАТЧИКІВ ФІЛЬТРОМ КАЛМАНА
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2020.13.145Ключові слова:
багатозондовий мікрохвильовий мультиметр, фільтр Калмана, кінцевий автомат, ПЛІС, алгоритм обробки, надмірністьАнотація
Предметом дослідження в статті є процес вимірювання параметрів сигналів і трактів надвисоких частот (НВЧ). Мета роботи – реалізація на ПЛІС багатозондового методу вимірювання параметрів сигналів і трактів з підвищенням точності за рахунок оптимальної обробки інформації, отриманої з датчиків. У статті вирішуються наступні завдання: створення моделі багатозондового мікрохвильового мультиметра з надмірною кількістю датчиків використання фільтрації Калмана у методі багатозондових мікрохвильових вимірювань і його реалізація на програмованих логічних інтегральних схемах (ПЛІС). Використовуються такі методи: лінійна алгебра при визначенні проміжних змінних зі зворотної матриці системи рівнянь, що описують багатозондову систему при побудові алгоритму обробки сигналів датчиків при непрямому вимірюванні потужності і коефіцієнта відбиття сигналів датчиків, теорія оцінювання при фільтрації проміжних змінних, як цільова функція при цьому виступає сума елементів головної діагоналі матриці дисперсії і коваріації (чим менше ця сума, тим менше похибка) за аналогією з методом найменших квадратів, де при D-оптимальному плануванні експерименту мінімізують добуток елементів головної діагоналі матриці дисперсії і коваріації, тому що добуток елементів головної діагоналі вносить основний вклад в обчислення визначника при зневажливо малих внедіагональних елементах матриці дисперсії і коваріації, в свою чергу визначник матриці дисперсії і ковариації візуалізується еліпсоїдом розсіювання, чим менше який, тим точніше вимірювання. Отримані наступні результати: удосконалена математична модель багатозондового методу вимірювання параметрів сигналів і трактів НВЧ, яка ґрунтується на перетворенні сигналів датчиків, розташованих вздовж напрямку передачі потужності у тракті у падаючу, відбиту та ту, що проходе, потужності і комплексний коефіцієнт відбиття навантаження, яка відрізняється фільтрацією проміжних змінних, що дозволило збільшити точність, запропоновано кінцевий автомат з такими станами, як прогнозування і оновлення алгоритму фільтра Калмана та його моделювання за допомогою ПЛІС. Висновки удосконалення обробки сигналів датчиків багатозондового мікрохвильового мультиметра дозволили збільшити точність вимірювань.
Посилання
Ghannouchi, F. M., Mohammadi, A. (2009), The six-port technique with microwave and wireless applications, Artech House, 231 p.
Vinci, G., Lindner, S., Barbon, F., Mann, S., Hofmann, M., Duda, A., Koelpin, A. (2013), "Six-port radar sensor for remote respiration rate and heartbeat vital-sign monitoring", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, No. 61 (5), P. 2093–2100. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2247055
Li, J., Bosisio, R. G., Wu, K. (1994), "A collision avoidance radar using six-port phase/frequency discriminator (SPFD)", IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, May 1994, P. 1553–1556. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1994.335278
L'vov, A. A., Geranin, R. V., Semezhev, N., L'vov, P. A. (2015), "Statistical approach to measurements with microwave multi-port reflectometer and optimization of its construction," 2015 Conference on Microwave Techniques (COMITE), P. 1-4, DOI: https://doi.org/10.1109/COMITE.2015.7120229
Zaichenko, O. B., Klyuchnik, I. I., Miroshnik, M. A, Tzekhmistro, R. I., (2015) "The comparative analysis of a multiprobe microwave multimeter with involvement of processing by Kalman fiter and the least-squares methods with regard for re-reflection of probes", Telecommunications and Radio Engineering, No. 74 (1), P. 79–86. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i1.70
Gelb, A., (1974), Applied optimal estimation, MIT press, 316 p.
Zaichenko, O., Miroshnyk, M., Galkin, P. (2019), "Model and Algorithms for Microwave Mutiport Receiver," Problems of Infocommunications, Science and Technologies, PICST, P. 183–186. DOI: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.9061275
Lima, J. A. (2017), Multi-Port Receivers System Analysis and Modeling, Doctoral dissertation, Carleton University, 203 p.
Spirov, R., Grancharova, N. (2019), "FPGA Kalman Filter for Intelligent Heating Technology System," XXIX International Scientific Symposium, Metrology and Metrology Assurance, September 2019, P. 123–127.
LaMeres, B. J. (2019), Introduction to Logic Circuits and Logic Design with VHDL, Springer, 503 p.
Zaichenko, O., Galkin, P., Zaichenko, N., Miroshnyk, M. (2020), "Six-port Reflectometer with Kalman Filter Processing of Sensor Signals," 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), P. 55–58. DOI: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.9061275
Semezhev, N., L’vov, A., Askarova, A., Ivzhenko, S., Vagarina, N., Umnova, E.(2019), "Mathematical Modeling and Calibration Procedure of Combined Multiport Correlator," Conference on Information Technologies, Springer, Cham., P. 705–719. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-12072-6_57
L’vov, A. A., Geranin, R. V., Semezhev, N. V., Solopekina, A. A, L’vov, P. A.(2015), "A novel parameter estimation technique for software defined radio system based on broadband multi-port receiver", 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) May, 2015, P. 1–5.
Moldovan, E. A, Tatu, S., Gaman, T., Bosiso, R. (2004), "New 94-GHz Six-Port Collission-Avoidance Radar Sensor," IEEE Transaction on Microwave Theory and Technique, Vol. 52, No. 3, P. 751–759. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.823533
Lindner, S., Barbon, F., Linz, S., Mann, S., Weigel, R., Koelpin, A. (2014), "Distance measurements based on guided wave 24GHz dual tone six-port radar," In 2014 11th European Radar Conference, P. 57–60. DOI: https://doi.org/10.1109/EuRAD.2014.6991206
##submission.downloads##
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Olga Zaichenko, Nataliia Zaichenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
