Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 47

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

В программе предусмотрены несколько вариантов предварительной фильтра-ции(отбраковки аномальных) измерений: в различных пределах (1, 3о, 6о), а также от­дельный режим фильтрации в зависимости непосредственно от длины общего перпенди­куляра.

В ходе работы по реальным объектам выяснилось, что после предварительной фильтрации обработка проводится с качеством, не худшим, чем обработка полного мас­сива измерений, однако при этом на предварительную фильтрацию и последующую об­работку суммарно затрачивается значительно меньше времени, чем на обработку полного массива измерений, при этом данная разница тем больше, чем больше исходный массив.

Кроме того, операции фильтрации с последующей обработкой гораздо менее требо­вательны к вычислительным возможностям ЭВМ, несмотря на то, что обработка измере­ний для уточнения начальных условий в обоих случаях проводится одной и той же про­граммой.

Кроме того, при использовании программы выяснилось, что с ее помощью можно обнаруживать наличие в измерениях неучтенных систематических ошибок, возникаю­щих, например, при неправильной калибровке средств перед сеансом. В случае наличия такой ошибки измерения просто не попадают в выбранный строб.

Вывод. Применение данной методики фильтрации позволяет значительно ускорить обработку массивов координатной информации с оптических средств при условии прове­дения совместных (синхронных) наблюдений, например, при сопровождении запуска на орбиту новых космических аппаратов, когда необходима быстрая обработка координат­ной информации с целью оперативного уточнения параметров орбиты на первых витках после вывода КА в космическое пространство. Так же данная методика может использо­ваться для фильтрации измерений поступающих с радиотехнических средств контроля космического пространства Украины.

АКТИВНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫМИ СИГНАЛАМИ

Куликов А.Л., Колчин Д.И., Петрухин А.А., Кудрявцев Д.М. Филиал ОАО «ФСК ЕЭС» - Нижегородское ПМЭС 603950, г. Н. Новгород, ул. Шлиссельбургская, д. 29, тел. +7(831)296-01-40, E-mail: kolchin@npmes.elektra.ru; факс +7(831)257-85-60. The given work is devoted to the modern developments in the field of fault location of the high-voltage power lines with using linear-frequency modulated signals. Nature experiments confirm high accuracy of the fault detection and location.

Надежность электроэнергетических систем непосредственно связана с возможно­стями по восстановлению повреждений линий электропередач (ЛЭП). Для определения мест повреждений (ОМП) ЛЭП, как правило, используются методы, основанные на ана­лизе параметров аварийного режима (ПАР) [1,2]. Однако, развитие средств вычислитель­ной техники и радиоэлектроники позволило реализовать новые методы ОМП, связанные с внешними возмущениями ЛЭП зондирующими сигналами. Ошибки ОМП ЛЭП для ме­тодов активного зондирования зависят от параметров излучаемых сигналов и не связаны с длиной линии [3,4,5]. Перспективно применение сложных модулированных сигналов [3,4,5], позволяющих реализовать ОМП с высокой точностью, и, в частности, линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов.

Апробация методов ОМП с использованием ЛЧМ зондирующих сигналов осущест­влялась на ЛЭП 220 кВ "Луч-Этилен II" филиала ОАО "ФСК ЕЭС" - Нижегородское

ПМЭС.

ЛЭП 220 кВ "Луч-Этилен II" имеет принципиальную схему в соответствии рис.1 и выполнена на железобетонных и металлических опорах.

Рис. 1. Принципиальная схема ЛЭП 220 кВ "Луч-Этилен II"

В связи с расхождением реальной трассы ЛЭП "Луч-Этилен II" с данными проект­ной документации потребовалось картографирование для оценки точности методов ОМП. Использовался картограф GPS map 76, обеспечивающий требуемую точность оп­ределения координат до 20 метров.

Натурные испытания с активным зондированием ЛЭП ЛЧМ сигналами проводи­лись в следующих режимах:

- сбор информации в режиме "на просвет" и "на отражение": синхронизированный от GPS по времени прием сигналов на противоположных концах ЛЭП при просвете и од­носторонние измерения при отражении;

- сбор информации в режиме только "на отражение": синхронизация во времени от внутреннего генератора, излучение и прием сигналов на одном конце ЛЭП, свертка излу­ченного и принятого сигналов.

Особенности обработки сигналов связаны с реальным распространением по ЛЭП зондирующих сигналов и влиянием: естественных и искусственных помех; неоднородно-стей ЛЭП; многомодового распространения электромагнитного излучения; дисперги­рующих свойств линии, обусловленных, прежде всего, распределенным реактивным со­противлением.

В ходе экспериментов были реализованы следующие основные задачи: 1. Проверка функционирования исследовательского вычислительного комплекса (рис. 2) в пассивном режиме и режиме активного зондирования ЛЧМ сигналов;

2. Определение совместимости исследовательского комплекса с оборудованием ЛЭП и подстанций, устройствами релейной защиты и телемеханики;

3. Исследование особенностей распространения ВЧ сигналов по ЛЭП;

4. Оценка параметров сигналов и помех при зондировании ЛЧМ сигналами в режи­мах "на просвет" и "на отражение".

5. Оценка чувствительности пространственного разрешения системы ОМП к воз­мущениям импеданса линии (коэффициентов отражения - пропускания);

Формированию и излучению в ЛЭП подлежали два типа ЛЧМ сигналов, условно названных "коротким" и "длинным" с параметрами, представленными в табл.1.

Таблица 1

Параметры излучаемых сигналов

Тип сигнала

Эффективная длительность, (мкс)

Макс. ампли­туда, (В)

Макс. спек­тральное на­пряжение (В/Гц0,5)

Несущая час­тота, (МГц)

Эффектив. полоса частот, (МГц)

короткий       0,973 140

0,111

1,5

0,520

длинный        1,3 140

0,13

1,5

0,370

Нормированные спектральные плотности излучаемых сигналов представлены на рис. 3.

Рис. 2. Исследовательский комплекс методов ОМП ЛЭП

Каждый из ЛЧМ сигналов (длинный и короткий) и результаты его распространения в ходе экспериментов представлялись множеством реализаций (до 200) во времени с ша­гом дискретизации 0,2 мкс, 2048 отсчетами из 14 разрядов. Отдельная реализация соста­вила продолжительность по времени 409,6 мкс, что при длине ЛЭП 21 км и групповой скорости распространения чуть меньше скорости света, соответствует пятикратному по­хождению зондирующими сигналами длины линии.

Последовательность обработки принятых сигнальных реализаций производилась в соответствии со следующими этапами:

- определение (вычисление) отношения сигнал/шум для каждой реализации;

- отбраковка реализаций с отношением сигнал/шум менее 8 дБ и формирование ра­бочей матрицы сигналов;

- усреднение сигнала по реализациям;

- согласованная обработка (фильтрация) усредненного сигнала;

- формирование эхо-грамм.

На проведение экспериментов значительное воздействие оказали погодные усло­вия. Так, во время отдельных зондирований ЛЭП шел мокрый снег, что порождаловспышки уровня помех до 30 дБ по сравнению с нормальными погодными условиями преимущественно из-за увеличения коронных разрядов.

Однако экспериментальные результаты показали достаточно высокую точность ОМП ЛЭП. Оценка точности производилась по отражениям от неоднородностей конца ЛЭП при работе в режиме "на отражение". На рис.4 приведен нормированный результат свертки принятого и излученного ЛЧМ сигналов (кросс-корреляция), характеризующий точность ОМП ЛЭП.

Рис. 3. Нормированные спектральные Рис. 4. Нормированный результат

плотности мощности взаимно-корреляционной обработки

принятого и излученного ЛЧМ сигналов

Анализ рис. 4 показывает, что реальная точность ОМП ЛЭП 220 кВ "Луч-Этилен II" составила около 170-250 м, что подтверждает теоретические предположения по примене­нию ЛЧМ сигналов в ОМП ЛЭП [4,5].

На рис. 5 и 6 представленные нормированные эхограммы ЛЭП в режимах "на отра­жение" и "на просвет". На рис. 7 представлена эхо-грамма с имитацией повреждения на расстоянии 12 км от подстанции.

Рис. 5. Нормированная эхо-грамма Рис. 6. Нормированная эхо-грамма

в режиме "на отражение" в режиме "на просвет"

Оценка затухания ЛЧМ сигнала при распространении по ЛЭП производилась по уменьшению значений результата обработки в режимах "на отражение" и "на просвет". Для этого использовались не только отраженные "длинный" и "короткий" ЛЧМ импуль­сы, но и их переотражения от концов ЛЭП. Усредненное значение затухания оказалось сопоставимо с [2] и составило 0,32 дБ/км.

Известно [4], что в диспергирующих средах распространение широкополосного сигнала сопровождается отличием значений фазовой и групповой скоростей. Отличие групповой скорости от скорости света сказывается на результатах ОМП ЛЭП методами активного зондирования, поэтому были проведены соответствующие оценочные расчеты. Средневзвешенная оценка групповой скорости по методу наименьших квадратов в (МНК) составила 0,985 ± 0,2 от скорости света.

На характер ОМП ЛЭП с использованием ЛЧМ сигналов существенное влияние оказывает уровень и характер помех. На рис.8 показаны минимальная и максимальная спектральные плотности мощности помех измеренных исследовательским комплексом, нормированные к уровню сигнала, а на рис.9 приведен спектр смеси зондирующего сиг­нала и помехи.

Рис. 7. Примеры эхограмм, зарегистрированных с фазы В

Рис. 8. Спектры помех

ЯК»» («Б]

ю -

-10 -

-20

Рис. 9. Спектр смеси зондирующего сигнала и помехи

Рис. 10. Частотная характеристика адаптивного фильтра, настроенного на подавление помехи

Помеха по своим параметрам явно отличается от "белого шума", поэтому в проце­дуры обработки были введены адаптивные алгоритмы для компенсации воздействия по­мех. Так, на рис.10. представлена характеристика адаптивного фильтра, обеспечивающе­го подавление интенсивных составляющих помехи для реализации ее "обеления". Адап­тивные алгоритмы (в том числе используемые в эксперименте) описаны в [4,5], увеличи­вают отношение сигнал/шум в процессе обработки и необходимы для получения высокой точности ОМП ЛЭП на больших дальностях повреждений.

Таким образом, натурные испытания на ЛЭП 220 кВ "Луч-Этилен II" показали, что использование сложных зондирующих ЛЧМ сигналов в сочетании с современными алго­ритмами цифровой обработки сигналов позволяет получить высокие точностные харак­теристики ОМП ЛЭП и перспективно при построении аппаратуры выявления мест по­вреждений.

Литература

1. Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места корот­кого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи / Под ред. В.А. Шуина.- М.: Энергоатомиздат, 2003.

2. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. -М.: Энерго-атомзидат, 1982.

3. Денисенко А.Н. Сигналы. Теоретическая радиотехника. Справочное пособие. -М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

4. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Радиотехника, 2007.

5. Куликов А. Л. Дистанционное определение мест повреждений ЛЭП методами ак­тивного зондирования. - М.: Энергоатомиздат, 2006.

СТРУКТУРА ПАРЦИАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ МАЛЫХ УГЛАХ РАССЕЯНИЯ

Петров В.А., Клюева А.Н. Харьковский национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина 14, каф. радиоэлектронных систем, тел. (057) 70-21-587 The space structure of equivalent scattering sources of secondary waves radiation at little scattering angles is obtained in this report. It is shown this mathematic modeling, that some re­gions of the higher intensity radiation are existed. The simplest structure unit of the scattering volume is a partial source of secondary wave. We can obtain each of partial sources as a linear array of the running wave.

Введение. Существующие статистические и электродинамические теории дальнего тропосферного распространения (ДТР) ультракоротких волн (УКВ) в неоднородной тро­посфере, объясняя отдельные стороны и особенности процессов распространения волн за радиогоризонт, часто не позволяют получить количественные оценки параметров поля. Поэтому важное значение сохраняют экспериментальные исследования в реальных ус­ловиях, не только дающие такие оценки, но и являющиеся основой разработки и анализа новых физических моделей распространения [1]. К настоящему времени накоплено зна­чительное количество экспериментальных данных о статистических характеристиках ра­диосигналов УКВ за радиогоризонтом, особенно в интервале дальностей 100 - 500 км. Основная масса данных получена применительно к задачам техники связи и относится к изучению множителя ослабления и его флуктуаций в диапазоне длин волн 10 - 300 см, а также к определению корреляции между быстрыми изменениями уровня сигнала при «разнесении» сигналов по времени, пространству, частоте или углу. Принято считать, что «регулярная» или «когерентная» составляющая поля связана со слоистой структурой тропосферы, а быстрые случайные колебания уровня сигнала обусловлены флуктуациями

диэлектрической проницаемости атмосферы е(*). Детально структура среды, отвечающая за рассеяние «вперед», практически не изучена. Целью данной работы является расчет пространственной структуры эквивалентных источников вторичного излучения, соответ­ствующих заданной модели среды.

Основные расчетные соотношения. В работе [2] введено понятие «парциальной волны» (в окрестности точки наблюдения волна практически однородна), вследствие чего оказалось возможным подсчитать, из какой области пространства могут приходить эле­ментарные волны, дающие в сумме парциальную волну. Оказалось, что эта область силь­но вытянута в направлении волнового вектора , причем отношение ее длины L к по­перечному размеру d составляет (20...60) в условиях, характерных для трасс ДТР. Каж­дый парциальный источник вторичного излучения можно рассматривать как линейную систему элементарных излучателей, возбуждаемую бегущей вдоль системы основной волной. В этом случае расчет углового распределения интенсивности поля за радиогори­зонтом на основе статистической теории антенн хорошо согласуется с эксперименталь­ными данными во всем интервале дальностей [2].

В данной работе для аналогичных условий рассеяния радиоволн расчет выполнен на основе уравнений Максвелла в приближении М. Борна [3]. Напряженность поля Es

рассеянной волны основной поляризации (Es параллелен оси y) в точке наблюдения с

радиус-вектором R описывается выражением

Es (R) = (ejkRE0 / 4nR) j]j e~jKr [k2е + д2е / dy2 ]dV (1)

V

где E0 - напряженность плоской основной волны, K = ks - k0, ks - волновой вектор ос­новной волны, r - радиус-вектор точки внутри рассеивающего объема V , е = ер -1,

є р    є р

) - диэлектрическая проницаемость тропосферы в точке г , к = |А0| = IX, X -длина волны, Я = |к| , Я >> |г|.

Выражение (1) можно записать в другой форме, полагая, что область рассеяния V огра­ничена, и ее характерный размер I << Я :

Б, (К) = (2пЕ0в^кЯ IЯ)(к2 - Ку ), (2)

проекция вектора

где 0) - комплексный трехмерный спектр функции г) V ), К у К на ось ку в пространстве волновых векторов.

Для синтеза с точностью до постоянного множителя пространственной структуры вторичных источников, т.е. функции Е0е V ) в вычисленном спектре рассеянного сиг­нала были выделены области комплексно-сопряженных значений, соответствующие уг­лам рассеяния от одного до трех с половиной градусов и фиксированному значению Я в зоне дифракции Фраунгофера. Остальные спектральные составляющие и соответствую­щие значения Бх полагались равными

нулю.

Обратное преобразование Фурье приводит к пространственной структуре источников вторичного из­лучения, показанной на рис.1.

Модель тропосферы в данном случае учитывает экспоненциальные изменения среднего значения е 0 с рос­том координаты у (высоты) и статистически изотропные коррелиро­ванные флуктуации е, энергетический спектр  которых   Фе)  убывает как

к-1113.

Характерной особенностью структуры эквивалентных источников вторичного излучения является нали­чие нескольких областей их локализа­ции, находящихся на разных высотах, причем каждая область состоит из со­вокупности парциальных излучателей вторичных волн.

В литературе отсутствуют сведе­ния о пространственном распределении источников вторичных волн, получен­ном путем расчетов или модельных экс­периментов. Однако экспериментально наблюдалось      наличие нескольких максимумов, что отмечено в работах Шура А.А.[4] и Введенского Б.А.[5]. В работе [5] приведено дифференциальное распределение      вероятности углов прихода в вертикальной плоскости. Положение и характер экстремумов указывают на то, что их происхождение не связано с интерференцией волн, отраженных от поверхности Земли.

Детальная структура вторичных источников приведена на рис. 2, где отчетливо вид­ны области, аналогичные областям локализации парциальных источников.

Рис. 1: а - пространственное распределение источников вторичного излучения в верти­кальной плоскости (х, у), параллельной на­правлению распространения волны; б - распределение амплитуд источников вторичного излучения в вертикальном на­правлении (вдоль оси у) с точность до по­стоянной С

-5

X 10

5,........

Рис. 2. Распределение источников вторичного излучения в вертикальной плоскости: а - сечение объема рассеяния в плоскости (х, у), амплитуды показаны в полутоновом изображении; б - амплитуды поля источников в том же сечении в трехмерном изображе­нии с точностью до постоянной С1

Выводы. Пространственное распределение источников вторичного излучения «вперед», синтезированное расчетным путем для заданной выборки случайной среды, существенно неоднородно в пределах рассеивающего объема. Зависимость интенсивно­сти вторичных источников от высоты над поверхностью Земли имеет несколько экстре­мумов.

Положение экстремумов может отличаться для разных углов рассеяния и разной формы диаграмм направленности антенн, т.е. от формы рассеивающего объема.

Для всех выборок случайной среды характерными структурными элементами ми­нимальных размеров являются парциальные источники вторичных волн, каждый из кото­рых можно рассматривать как протяженную систему излучателей, возбуждаемую бегу­щей волной.

Полученные путем математического моделирования результаты согласуются с из­вестными экспериментальными данными и дополняют представления о физических «ме­ханизмах» рассеяния.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа