Специфической особенностью угольных шахт, опасных по газу или разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли, является наличие в рудничной атмосфере метана и угольной пыли, которые в смеси с воздухом могут образовывать взрывчатые системы.
   Поэтому наиболее тяжелыми по своим последсвиям являются аварии, связанные с воспламенением метана и угольной пыли, которые в большинстве случаев носят характер катастроф. Они сопровождаются значительными человеческими жертвами, приводят к крупным материальным потерям, наносят повреждения подземным коммуникациям и оборудованию и нередко разрушают их или выводят из строя. Поэтому предупреждение взрывов в шахтах приобретает особую значимость, становится не только актуальной задачей, но чуть ли не единственным способом жизнеобеспечения в шахтах и сохранения предприятия.
    В настоящеек время сигнализация уровня концентрации метана происходит следубщим образом. Информация о состоянии уровня метана посупает от 3 датчиков, которые расположены в разных частях рудничной атмосферы. От одного датчика информация приходит в виде постоянного токового сигнала и уровня тока. Информация от каждого датчика имеет свою частоту 14, 20 и 26 кГц. Автомат сигнализации складывает все эти составляющие и в резульате на его выходе имеем один сигнал. В случае превышения уровня метана выше заданого уровня, сигнал моделируется в виде импульсов 3-5 Гц. Сигнал от каждого датчика в виде токового сигнала поступает на устройство преобразования информации (УПИ).
    Из частично уплотненного сигнала поступающего от АС выделяется с помощь аналоговых фильтров каждая составляющая (функциональная схема действующей системы приведена на рисунке 1). Аналоговые фыльтры достаточно сложные устройства, которые требуют настройки в процессе их производства и эксплуатации. Также их параметры зависят от условий окружающей среды, в которых они находятся. Еще хуже обстоит дело со старением аналоговых систем, что приводит к частой замене деталей, а следовательно это опять удорожает содержание аналоговой системы. При производстве аналоговых диталей (конденсаторов, резисторов) делают допуски, что при изготовлении прицезионных устройств требует дополнительной настройки системы."

    Поэтому применение аналоговых фильтров, т.е. аналоговой обработки сигналов, требует большего обслуживания. Поэтоу, основной задачей данной диссертации является удешевить устройство преобразования информации, удешевить эксплуатицию и наладку блока УПИ, повысить надежность устройства сигнализауии вцелом.

    В качесвте алгоритмов ЦОС были выбраны: алгоритм быстрого преобразования фурье, который следует из дескретного преобразования Фурье и алгоритмы цифровой фыльтрации. Суть применения первого метода заключается в том, что сигнал из временной области преобразутся в частотную область, где характеристиками этого сигнала выступают его апмлитуда и ее значение на частоте. А с помощью цифровой фильтрации можно отфильтровать ненужные частоты и оставить только одну интересующую информационную, и по значению амплитуды определять ее наличие.
   Исследования оптимальности, эффективности и возможности реализации данных алгоритмов было проведено в системе моделирования Matlab 6.0. В результате исследований дискретного преобразования Фурье была написана программа на языке программирования системы Matlab. С помощью которой было установлено, что для точного спектрального анализа сигнала, поступающего от шахтной системы сигнаизации необходимо использовать 256-точеное преобразование. Так как при меньшем количестве точек уменьшается разрешающая способность в частотной области и ухудшается значение амплитуд. График спектрального анализа сигнала от АС приведено на рисунке 2.

Рисунок 2.

Исследования выявили следующие требования к ЦОС:

• для точного выявления информациооных частот необходимо использовать 256 - точечное преобразование;
  
• реализация БПФ требует дополнительного вычисления таблиц поворачивающих множителей, размер которых зависит от количества точек преобразования;
  
• реализация БПФ требует большого количества времени из-за прореживания во времени, поэтому необходимо ипользовать сигнальные процессоры, которые ускоряют процесс перестановки данных за счет наличия бит-реверсивной адресации;
  
• проектируемое устройство должно иметь оперцию MAC - одновременного умножения и сложения, что ускоряет процесс вычисления БПФ;
  
• реализацию БПФ надо использовать на сигнальных процессорах, которые поддерживают числа с ФЗ и ПЗ.

   Исследования с ЦФ проводились на фильтрах с БИХ(бесконечной импульсной характеристикой) структурой. Данный тип цифровых фильров преобладает над КИХ (конечной импульсной характеристикой) тем, что при одних и тех же заданых характеристиках БИХ-фильтр имеет порядок во много раз меньший чем КИХ-фильтр, однако эти фильры обладают неустойчивостью. Использовался фильтр Баттерворта в качестве базовой структуры. Потому как он имеет большую скорость спада и меньше скачков в полосе пропускания. В ходе исследований была разработана модель системы в Simulink системы Matlab (смотри рисунок 3).

Рисунок 3.

Исследования цифровой фильтрации выявили следующие требования к ЦОС и дали следующие результаты:

• исследования в системе Matlab доказали возможность использования ЦФ в качестве алгоритма для выявления информационных частот;
  
• необходимо использовать 32-разрядное представление данных;
  
• для реализации 4 ЦФ с порядком 4 необходимо для вычисления выходных последовательностей сделать 24 оперции сложения и умножения. Для ускорения надо использовать сигнальные процессоры, в которых есть поддержка команды МАС.

Рисунок 4.

    Таким образом, имеем следующие результаты:

• была разработана принципиальная схема проектируемого устройства,
  
• предложены требования для аппаратной части,
  
• разработны алгоритмы ЦОС для данной задачи, которыми можно руководствоваться при написании ПО для проектирумой ЦОС.