Диссертация (1136166), страница 27
Текст из файла (страница 27)
2.32.Время выхода усредняющей цепи на установившийся режим будет равно TУ2.Рис. 2.33. Схема усредняющей цепи для шумоподобного сигнала3. Сигнал на выходе детектора не имеет четко выраженного периода изначительных шумоподобных составляющих, что может наблюдаться при действии навходе ИП совокупности некоррелированных и разнесенных во времени импульсныхсигналов, порождаемых разными источниками. В этом случае усреднение следуетпроводить в интервале TУ, много большем, чем возможный период отдельногопарциального сигнала ТS, при помощи схемы, изображенной на рис. 2.32. Используяаналогичные подходы, можно показать, что максимальная относительная погрешностьусреднения такого сигнала не превзойдет по модулю значения s 0,5k 0,5, гдеN 0,5N round (ТУ / TS ) , k ≥ 1 — коэффициент, зависящий поведения функции s(t) на периоде.Наличие резких выбросов в выходном сигнале детектора приводит к увеличениюзначения k, которое, вообще говоря, зависит от текущего положения интервалаусреднения во времени.
Однако с учетом инерционности детектора можно ожидать, чтовыходной его сигнал не будет иметь резких выбросов; оценочное значение составляетk = 1…4. Из последней формулы следует, что с увеличением значения N погрешностьусреднения для всех парциальных сигналов будет асимптотически сходиться к нулю.Для сигналов рассматриваемого типа время выхода усредняющей цепи наустановившийся режим будет рано TУ, поэтому следует ограничивать интервалусреднения таким значением, при котором одновременно обеспечивается необходимаяточность и ограничивается приемлемым значением время симуляции.Таким образом, для использования усредняющих цепей в некоторых случаяхтребуется проведение дополнительных исследований входных сигналов ИП, сигналов наПЧ либо на выходе детектора соответствующего типа.Оценка эффективности метода синтеза эквивалентного сигнала ПЧ с позициивременных затрат на моделирование.
Для количественной оценки сокращения119длительности моделирования при переходе к УМ необходимо экспериментально получитьхарактерные зависимости для ПКМ, ДМ и УМ ИП, отражающие временные затраты навыполнение моделирования и в то же время являющиеся достаточно универсальными.Длительность моделирования зависит от построения вычислительного ядраиспользуемой программы моделирования, операционной системы, производительностиаппаратной платформы и других факторов.
Поэтому можно говорить об изменениидлительности моделирования только для одних и тех же условий его проведения. Такиеусловия характеризуются определенной скоростью выполнения расчетов, поэтому можноожидать, что для выбранной программы при других условиях проведения моделированиябудут сохраняться относительные показатели, характеризующие кратность понижениялибо повышения длительности моделирования при переходе от одной модели к другой.Приоценкеповышениявычислительнойэффективностииспользоваласьнекоммерческая программа WinSPICE 1.03.02 [102, 103], состоящая, по сути, из одноговычислительного ядра. Её можно считать типичным представителем SPICE-подобныхсистем схемотехнического моделирования. В качестве объекта исследования выбранымодели ИП с квазипиковым детектором как одного из традиционных и основных средствоценки уровня индустриальных радиопомех.
Исследованию подвергались модели трехупоминавшихся выше типов — ПКМ, ДМ и УМ ИП с квазипиковым детектором.В работе [104] отмечалось, что в зависимости от типа входного сигнала в целяхобеспечения сходимости численных методов необходимо принудительно ограничиватьмаксимальныйшагмоделирования.Длясинусоидальноговходногосигнала,используемого в проводимых ниже исследованиях, этот шаг ограничивается значениемTSTEP (0, 023...0, 032) / FS , где FS — частота сигнала. Для определенности будем считать,что TSTEP 0, 023/ FS . Использование меньшего шага в практике моделирования ИП можнорассматривать как избыточность, ведущую к увеличению длительности моделирования.Аналогичное ограничение может быть введено в принципе для любой программысхемотехнического моделирования.В качестве зависимости, характеризующей временные затраты на моделированиеИП при фиксированных условиях его проведения, можно использовать его длительностьТД как функцию TSTEP при фиксированном конечном времени симуляции во временнойобласти и частоте входного синусоидального сигнала, рассчитываемой для каждоговыбранного значения TSTEP на основе последнего соотношения.
При этом для ПКМ и ДМзначение FS составляет от 9 кГц до 1 ГГц, т.е. охватывает диапазоны A — D по СИСПР, адля УМ — лежит в интервале от 5 кГц до 1 МГц в соответствии с выбраннымипромежуточными частотами для моделей ИП (см. раздел 2.3).120Полученные зависимости приведены в таблице 2.6 и на рис. 2.34. Моделированиевыполнялось на ноутбуке HP Pavilion dv6 (процессор Intel Core i5 M450, оперативнаяпамять 4 ГБ) под управлением Windows 7 Home Plus (лиц.). Конечное время симуляцииприравнивалось TMAX = 1 с.
Моделирование выполнялось в течение двух минут длякаждого значения TSTEP и частоты FS, затем останавливалось, если не завершалось ранее.По времени симуляции, соответствующему моменту остановки, рассчитывалось время,необходимое для выполнения моделирования до указанного значения TMAX. Расчетвыполнялся на основе проверенной пропорциональности конечного времени симуляции идлительности моделирования при максимальном шаге, ограниченном значением TSTEP.Таблица 2.6.
Длительность моделирования ИП КДна основе ПКМ, ДМ и УМ для разных значений TSTEP при TMAX = 1 сTSTEP, мксFS, МГц4,6002,5560,4600,2300,1530,0460,0234,6·10-32,3·10-37,6·10-44,6·10-42,3·10-44,6·10-52,3·10-50,0050,0090,0500,1000,1500,5001,0005,00010,00030,00050,000100,000500,0001000,000Длительность моделирования для конечного временисимуляции, равного 1 с, ТД, минПКМДМУМ——0,1217,813,30,2342,015,71,2550,616,52,4691,829,33,7149515312,884427625,539271161—56133311—174575960—3508210050—5714320096—264655128200—756717277780—Из графиков на рис. 2.34 следует, что при использовании ПКМ и ДМ длительностьмоделирования для частот более 1 МГц становится неприемлемо большой прииспользовании обычных вычислительных средств.
Для УМ длительность моделированияне выходит за разумные пределы.На основе графиков, приведенных на рис. 2.34, могут быть получены зависимости,отражающие кратность сокращения длительности моделирования при переходе от ПКМ иДМ к упрощенным моделям при фиксированном для последних значении fПЧ длядиапазонов A — D. Для графиков верхней группы первый элемент в обозначениисоответствует диапазону СИСПР; цифра 1 — переходу от ПКМ к УМ, цифра 2 — от ДМ кУМ. Самый нижний график характеризует переход от ПКМ к ДМ.Для диапазона A переход от ПКМ к УМ позволяет снизить длительностьмоделирования в 148...765 раз, для диапазона B — в 37...7096 раз, для диапазонов C и D —121в 685....29680 раз, и, аналогично, от ДМ к УМ для тех же диапазонов — в 110...244;12...2423; 233...10890 раз. Таким образом, рациональность практического использованияУМ вместо ПКМ и ДМ вполне подтверждается полученными результатами.
Переход отПКМ к ДМ ведет к снижению длительности моделирования в 1,3…3,5 раза, т.е. приводитк существенно меньшему эффекту. Но диапазонные модели, как отмечалось выше, могутиспользоваться для любых входных сигналов т.е. имеют качественные преимущества.Рис. 2.34. Зависимости длительности моделирования ТД от TSTEP для разных типовмоделей ИП при TMAX = 1 с (кривые PKM, DM и UM соответствуют ПКМ, ДМ и УМ)Рис. 2.35. Зависимости кратности снижения длительности моделированияот частоты при переходе к упрощенным моделямПриведенные на рис. 2.35 графики можно использовать для приближенной оценкикратности снижения длительности моделирования и в случае моделирования сиспользованием других вычислительных средств.
Графики на рис. 2.34 и 2.35122свидетельствуют о существенном сокращении длительности моделирования прииспользованиипредложенныхвышеупрощенныхмоделейИП.Аналогичныепрактические исследования моделей ИП могут быть проведены и для других типоввходных сигналов и типов детекторов, отличных от квазипикового. Полученные значениякратности сокращения длительности моделирования для разных диапазонов СИСПРможно считать характерными для моделей ИП, предложенных в работах [96, 104, 105].При использовании усредняющих цепей вместо ИИП снижение длительностимоделирования достигается за счет уменьшения конечного времени симуляции,необходимого для достижения установившихся показаний по модели.
Это время длябольшинства входных сигналов будет значительно меньше, чем аналогичное в случаеиспользования ИИП. Однако следует помнить о том, что усредняющие цепи не являютсяполноценной заменой ИИП и должны использоваться в обоснованных, отмеченных вышеслучаях. В ИП КД модели ИИП следует использовать в большинстве случаев.Дополнительная информация по упрощению моделей ИП, а также о практическомиспользовании ДМ и УМ приведена в [106].2.5. Результаты виртуальной калибровки моделейизмерительных приемников и экспериментальная оценка ихточностиМоделирование ИП КД имеет ряд особенностей, связанных с наличием в ихструктуре ИИП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
