Современные ЦФС должны быть универсальными, принимать в обработку всевозможные данные с различных устройств, предоставляя на выходе широкий спектр продуктов для картографии, ГИС, систем 3D-моделирования. Важной характеристикой ЦФС является оперативная поддержка новых видов сенсоров, прежде всего космических
А.Ю. Сечин (ЗАО «Ракурс»)
Развитие цифровой фотограмметрии прежде всего определяется уровнем развития техники. Быстродействие современных компьютеров позволяет оперативно решать задачи, выполнение которых некогда требовало значительных затрат времени. Совершенствуются сенсоры систем дистанционного зондирования, появляются новые цифровые камеры, приборы и устройства, улучшаются характеристики существующих. Увеличивается возможное число снимков в блоках для совместного уравнивания. Растут требования к выходным продуктам цифровых фотограмметрических станций (ЦФС), все чаще пользователи запрашивают не только традиционные ортофотопланы и векторные данные для ГИС, но и полноценные трехмерные модели как результат обработки данных ДЗЗ. На взгляд автора, современные ЦФС должны быть универсальными, принимать в обработку всевозможные данные с различных устройств, предоставляя на выходе широкий спектр продуктов для картографии, ГИС, систем 3D-моделирования. Важной характеристикой ЦФС является оперативная поддержка новых видов сенсоров, прежде всего космических.
В последние годы стало отчетливо заметно стремление к использованию цифровых аэросъемочных камер, позволяющих получать цифровые изображения непосредственно в полете, вместо пленочных. Этапы проявки и сканирования пленок скоро уйдут в прошлое. При аэрофотосъемке используются как привычные кадровые системы (например, DMC фирмы Intergraph Corp. (США) или UltraСamX фирмы Vexcel Imaging (США), входящей в состав корпорации Microsoft), так и сенсоры, основанные на ПЗС-линейках (например, ADS-40 фирмы Lieca Geosystems, Швейцария), имеющие непривычные для фотограмметристов геометрию кадра и математическую модель. Современные цифровые камеры обладают большой глубиной цвета (более 8 бит на канал), увеличивается число одновременно регистрируемых каналов к традиционным красному, синему, зеленому добавляются инфракрасные (ближняя и дальняя зоны) каналы. Большая глубина цвета позволяет различать детали, ранее недоступные для восприятия (например, в тени). Современная ЦФС должна на входе, выходе и в процессе обработки изображений поддерживать произвольное число каналов с любой глубиной цвета. При работе с данными спутниковых сенсоров ЦФС должна иметь возможность обрабатывать изображения как обобщенными методами (модель сенсора отсутствует или известна в грубом приближении), так и с учетом сопутствующих метаданных, а при наличии строгой модели использовать ее для точной обработки.
 Рис. 1. Современные цифровые камеры |
Фотограмметрическая обработка снимков подразумевает максимально возможную, субпиксельную, точность измерений. Поэтому растровые данные, поступающие на вход ЦФС, не должны подвергаться обработке, снижающей их точность. Допустим минимальный набор алгоритмов предобработки растровых данных, например, паншарпенинг. Выходные растровые данные (ортофото) могут подвергаться различным методам постобработки для улучшения визуальных свойств. Наличие в составе ЦФС модулей постобработки, сохраняющих геопривязку изображений, является несомненным достоинством фотограмметрической системы.
При аэрофотосъемке с борта самолета все чаще кроме цифровых камер используют интегральные навигационные комплексы системы GPS/IMU, позволяющие измерять элементы внешнего ориентирования снимков в полете, а также лазерные сканеры, которые обеспечивают формирование модели рельефа местности без стереообработки снимков. Точность подобных устройств постоянно возрастает. В настоящее время при наличии на борту системы GPS/IMU и данных о рельефе местности, полученных с помощью технологии лазерного сканирования, можно строить ортофотопланы с точностью 2xGSD (GSD Ground Sample Distance размер пиксела на местности, определяет параметры съемки цифровой камерой, подобие масштаба аэрозалета для аналоговых камер) и лучше без традиционного уравнивания аэрофотоснимков и построения рельефа фотограмметрическими методами.
Если для достижения максимальной точности при обработке блока снимков требуется его уравнивание, в современных ЦФС все чаще используются методы автоматического измерения связующих точек, результаты которого, как правило, требуют последующего контроля со стороны оператора. В ближайшее время можно ожидать появления более надежных алгоритмов автоматической расстановки точек и их отбраковки при уравнивании, не требующих вмешательства человека.
Если методы построения цифровых моделей рельефа в ЦФС новых поколений автоматизированы и со стороны оператора требуют только простейших операций по фильтрации и, иногда, проведению дополнительных орографических линий, то процесс векторизации строений, дорог, участков и т. п. пока еще выполняется в ручном режиме. Работы по его автоматизации ведутся давно, автор надеется, что в ближайшие годы появятся надежные системы, облегчающие этот тяжелый труд.
С точки зрения вычислений, наиболее трудоемким процессом в ЦФС является построение ортофотопланов. Для больших (несколько тысяч снимков) блоков время, требуемое для ортофототрансформирования на одном компьютере, может составлять десятки и сотни часов. С развитием многопроцессорных компьютерных систем и быстрых локальных вычислительных сетей процесс ортофототрансформирования может быть распределен по компьютерам локальной сети и процессорам (ядрам) компьютеров. Хорошая масштабируемость и возможность параллельной обработки значительных объемов данных в локальной сети являются признаками современной ЦФС. С увеличением размеров обрабатываемых блоков и объемов данных возрастает роль централизованных серверов хранения данных. Возможно, в ближайшее время появятся системы с возможностью распределенного хранения снимков и сопутствующей информации, обеспечивающие автоматическое оптимальное размещение ресурсов хранения.
Безусловно, современная ЦФС должна «понимать» широкий спектр растровых, векторных и иных данных разных форматов. При этом выходные результаты фотограмметрической обработки должны быть доступны в форматах, принимаемых различными ГИС и картографическими системами. В последнее время наметилась тенденция к использованию и визуализации трехмерных данных, получаемых с помощью ЦФС, прежде всего для городской местности. Такого рода данные интересны муниципальным службам, телекоммуникационным компаниям, отделениям МЧС, военным и разработчикам навигационных систем, в последующем они могут быть использованы для построения реалистичных трехмерных моделей городов.
Отметим, что 3D-модели нужны и для построения в ЦФС так называемых «истинных» ортофотопланов (true orthophoto), которые, несмотря на высокую трудоемкость изготовления и вычислительную сложность, получают все большее распространение.
Важной характеристикой ЦФС является поддержка современных аппаратных средств стереовизуализации. В первых фотограмметрических станциях для стереонаблюдений использовались оптико-механические устройства (специальные насадки на монитор) или анаглифические очки. В последующем появились системы, выводящие изображения на монитор через строку (interlace) и подразумевающие использование специальных поляризационных очков. Эти системы иногда еще применяются, хотя характеризуются невысокой точностью, суженным полем обзора, а также низким качеством изображения. Как правило, анаглифический и чересстрочный методы вызывают у операторов повышенную утомляемость глаз, и они, на наш взгляд, могут быть использованы только для демонстрации возможностей ЦФС и первоначального обучения работе с программной системой. Современные способы вывода стереоизображений основаны на профессиональных видеокартах, аппаратно поддерживающих стереорежим, и программном интерфейсе (API) OpenGL. При этом могут использоваться различные стереоустройства: специальные мониторы, основанные на экранах 2хLCD и поляризационном стекле, стереопроекторы. Поддержка новых аппаратных решений для стереовывода в этом случае не требует адаптации ЦФС.
Традиционно на аналитических приборах для перемещения стереомаркера использовались специальные штурвалы. Операторы, только осваивающие ЦФС, считают управление с помощью таких штурвалов неудобным и предпочитают многокнопочные манипуляторы типа «мышь», специально предназначенные для работы в стереорежиме. Для эффективной работы желательно, чтобы ЦФС поддерживала работу и со штурвалами, и со специальными манипуляторами.
Несколько в стороне от традиционных фотограмметрических систем находятся системы обработки радарных снимков. С появлением на рынке данных сенсоров космического базирования с высокой разрешающей способностью (TerraSAR-X, COSMO-Skymed, RADARSAT-2) роль последних существенно возросла. Эти системы, называемые радарграмметрическими, позволяют строить цифровые модели местности с точностью по высоте в пределах первых метров, создавать ортоизображения (в том числе с использованием моделей местности, получаемых по радиолокационным снимкам), а также высокоточные карты смещений земной поверхности (с миллиметровой точностью при интерферометрической обработке).
Подводя итоги, можно отметить, что современная ЦФС должна «понимать» максимально возможное число форматов растровых, векторных и других данных, обеспечивать высокий уровень автоматизации и производительности, поддерживать современные компьютерные технологии. Наличие в составе ЦФС модулей пред- и постобработки изображений, средств работы с 3D-моделями, полученными фотограмметрическими методами, должно стать неотъемлемой частью таких систем.
12.5. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Использование достижений микроэлектроники и вычислительной техники в электроизмерительной технике определяют в настоящее время одну из основных тенденций ее развития, для которой характерна компьютеризация средств измерений. Рассмотрим характерные формы проявления этой тенденции.
Прежде всего, она проявляется в постепенной замене аналоговых средств измерений цифровыми, которые, в свою очередь, становятся все более универсальными и «интеллектуальными».
В качестве примера рассмотрим этапы развития производства осциллографов на фирме «Хьюлет-Пакард» - одной из ведущих в этой области. Свои первые ламповые осциллографы НР130А и НР150А фирма выпустила еще в 1956 г., а первый полупроводниковый (НР180А) - в 1966 г. К 80-м годам этой и другими фирмами было выпущено огромное количество аналоговых осциллографов различного назначения, причем многие из них обладали прекрасными техническими характеристиками. Однако уже в 1980 г. фирма «Хьюлет-Пакард» пришла к выводу, что цифровая техника может предложить лучшее и более дешевое решение задачи регистрации, отображения и обработки аналоговых сигналов, а с 1986 г. вообще прекратила выпуск аналоговых осциллографов, заменив их цифровыми. В 1992 г. фирма выпускала уже целую серию цифровых осциллографов; в эту модульную серию 54700 входит, в частности, сменный блок 54721 А с полосой 1 ГГц и частотой дискретизации 4 Готсчет/с.
Аналогичный процесс прошел на фирме «Голд» (Gould, США). Свой первый цифровой осциллограф фирма выпустила в 1975 г., а в 1988 г. прекратила выпуск аналоговых. В 1992 г. фирма выпускала 15 моделей цифровых осциллографов с полосой от 7 до 200 МГц и частотой дискретизации от 0,02 до 1,6 Готсчет/с.
Если для визуального наблюдения исследуемых процессов достаточно разрешения 8 бит, то для более сложного и точного анализа этого часто недостаточно. Поэтому постоянно ведется работа по повышению точности цифровых осциллографов. Например, фирма «Николь Инструмент корп.» (Nicolet Instrument Corp., США) предлагает осциллографы серии 400 с разрешением по вертикали 14 бит, что, конечно, недостижимо для аналоговых осциллографов.
Цифровые осциллографы не просто заменяли аналоговые, но и предоставляли потребителям новые возможности, связанные со способностью новых приборов хранить, выводить, обрабатывать и сравнивать параметры наблюдаемых сигналов. Современные цифровые осциллографы выполняют множество функций анализа сигналов, включая анализ спектра с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье. В них может быть встроен принтер или плоттер, позволяющие получать твердую копию протокола или графика. Наличие узлов стандартных интерфейсов позволяет подключать цифровой осциллограф к персональному компьютеру и вычислительной сети; более того, он сам обладает возможностями небольшого компьютера. Подобные осциллографы одними из первых начали выпускать японские фирмы «Хиоки» (Hioki, модель 8850) и «Иокогава» (Yokogawa, модели 3655 и 3656).
На примере цифровых осциллографов можно проследить одно из направлений компьютеризации электроизмерительной техники. Создаются новые средства измерений с цифровой обработкой сигналов измерительной информации и возможностью построения на их основе измерительно-вычислительных систем различного назначения. В эти измерительные приборы и системы встраиваются элементы компьютерной техники, обеспечивающие цифровую обработку сигналов, самодиагностику, коррекцию погрешностей, связь с внешними устройствами и т.д.
Другое направление связано с появлением в начале 80-х годов и широким распространением персональных компьютеров (IBM PC и других). Если у потребителя есть такой компьютер, то у него фактически есть многие узлы компьютерного средства измерений: вычислительное устройство, дисплей, устройство управления, корпус, источники питания и др. Недостает лишь устройств ввода измерительной информации в компьютер (аналоговых измерительных преобразователей, устройств гальванического разделения, масштабирования, нормализации и линеаризации, АЦП и др.), ее предварительной обработки (если желательно освободить от этой работы компьютер) и специального программного обеспечения.
Поэтому в 80-х годах устройства ввода аналоговой измерительной информации в персональные компьютеры (ПК) начали серийно выпускаться в виде плат, встраиваемых в кросс ПК, в виде наборов модулей, встраиваемых в общий корпус (крейт) расширяемых шасси ПК, или в виде автономных функциональных модулей, подключаемых к ПК через внешние разъемы.
Эффективная предварительная обработка информации в такого рода устройствах стала возможной с появлением специализированных больших интегральных схем - цифровых процессоров сигналов (ЦПС). Первые однокристалльные ЦПС выпустила в 1980 г. японская фирма «НИСи корп.» (NEC Corp.), с 1983 г. аналогичную продукцию начали выпускать фирмы «Фуджицу» (Fujitsu, Япония) и «Техас Инструменте» (Texas Instruments, (США)); позднее к ним присоединились «Аналог Дивайсис» (США), «Моторола» (Motorola, США) и др.
Нужно отметить по меньшей мере две особенности компьютерных средств измерений. Во-первых, они могут быть весьма просто приспособлены для измерений различных величин; поэтому на их основе строятся универсальные средства измерений. Во-вторых, все большую долю в их себестоимости занимает стоимость программного обеспечения, освобождающего потребителя от выполнения многих рутинных операций и создающего ему максимум удобств при решении основных задач измерений.
Примером могут служить так называемые виртуальные средства измерений. В них программным путем на дисплее ПК формируется изображение лицевой панели измерительного прибора. Этой панели на самом деле физически не существует, а сам прибор состоит, например, из ПК и встроенной в него измерительной платы. Тем не менее у потребителя создается полная иллюзия работы с обычным прибором: он может нажимать на клавиши управления, выбирая диапазон измерения, режим работы и т.д., получая, в конце концов, результат измерения.
Дальнейшая микроминиатюризация электронных компонентов привела, начиная с 80-х годов, к развитию еще одного направления компьютеризации средств измерений - к созданию не только «интеллектуальных» приборов и систем, но и «интеллектуальных» датчиков.
Такой датчик содержит не только чувствительный элемент, но и сложное электронное устройство, состоящее из аналоговых и аналого-цифровых преобразователей, а также микропроцессорных устройств с соответствующим программным обеспечением. Конструкция «интеллектуального» датчика позволяет устанавливать его в непосредственной близости от объекта исследований и производить ту или иную обработку измерительной информации. При этом в центр сбора данных, который может находиться на значительном расстоянии от объекта, информация передается с помощью сигналов, обладающих высокой помехоустойчивостью, что повышает точность измерений.
В качестве примера рассмотрим технические возможности «интеллектуального» датчика абсолютного давления, выпускаемого японской фирмой «Фуджи» (FUJI, модель FKA), который обеспечивает измерение давления жидкости, газа или пара в диапазоне от 0,16 до 30 бар с погрешностью не более 0,2% в диапазоне рабочих температур от -40 до + 85°С. Он состоит из емкостного чувствительного элемента и электронного устройства, смонтированного в стальном корпусе объемом со спичечный коробок. Его питание осуществляется от внешнего источника постоянного тока с напряжением от 11 до 45 В, который может располагаться в нескольких километрах от датчика в центре сбора данных. Измерительная информация передается по проводам источника питания (двухпроводный датчик) в аналоговой форме - постоянным током от 4 до 20 мА, а также цифровым сигналом, наложенным на аналоговый.
Датчик может быть легко превращен в измерительный прибор путем установки на нем четырехразрядного цифрового жидкокристаллического индикатора или аналогового милливольтметра. Такими датчиками можно управлять с помощью специальных пультов и объединять их в измерительную систему. Каждый датчик осуществляет операции самодиагностики, линеаризации функции преобразования, масштабирования, установки диапазона измерений, температурной компенсации и т.д.
Наряду с компьютеризацией электроизмерительной техники интенсивно развивается ее метрологическое обеспечение, причем эталоны высокой точности становятся доступными промышленности. Например, еще в 1982 г. фирма «Флюк» (Fluke, США) выпустила калибратор напряжения для поверки 6,5- и 7,5-разрядных мультиметров. Этот прибор (модель 5440А), построенный на базе ЦАП с широтно-импульсной модуляцией, обеспечивает относительную погрешность не более 0,0004% при работе непосредственно в цехе.
Для построения современных средств измерений с наиболее высокими метрологическими характеристиками, включая эталоны вольта и ампера, решающее значение имеет использование квантовых эффектов Б. Джозефсона и Холла.
Эффект Б. Джозефсона был предсказан в 1962 г. английским физиком Б. Джозефсоном и экспериментально обнаружен в 1963 г. американскими физиками П. Андерсоном и Дж. Роуэллом. Одно из проявлений данного эффекта состоит в следующем. При облучении контакта Б. Джозефсона - тонкого слоя диэлектрика между двумя сверхпроводниками - высокочастотным электромагнитным полем, на вольт-амперной характеристике такого контакта возникают скачки напряжения, пропорциональные частоте. Высокая точность воспроизведения скачков напряжения на контактах Б. Джозефсона позволила в 80-х годах построить эталоны вольта с погрешностями не более 0,0001%.
Использование эффекта Б. Джозефсона и явления квантования магнитного поля в односвязных сверхпроводниках привело к созданию чрезвычайно чувствительных сверхпроводящих квантовых интерференционных приборов - СКВИДов, измеряющих магнитные потоки. Применение измерительных преобразователей различных физических величин в магнитные потоки позволило создать на основе СКВИДов измерительные приборы и устройства различного назначения, обладающие рекордно высокой чувствительностью: гальванометры, компараторы, термометры, магнитометры, градиентометры, усилители. На основе эффекта Б. Джозефсона строятся и другие устройства, служащие для обработки измерительной информации, например, АЦП и цифровые процессоры сигналов с тактовыми частотами свыше 10 ГГц.
Квантовый эффект Холла был открыт в 1980 г. К. фон Клитцингом (ФРГ). Эффект наблюдается при низких температурах (около 1 К) и проявляется в виде горизонтального участка на графике зависимости холловского сопротивления полупроводниковых датчиков Холла от магнитной индукции. Погрешность сопротивления, соответствующего этому участку, не превышает 0,00001%. Это позволило использовать квантовый эффект Холла для создания эталонов электрического сопротивления.
Использование квантовых эффектов Б. Джозефсона и Холла позволило разработать эталоны постоянного электрического тока, превышающие по точности эталоны на основе токовых весов, применявшихся почти всю вторую половину XX в. В нашей стране новый государственный первичный эталон введен с 1992 г. Он воспроизводит ампер с погрешностью не более 0,00002% (токовые весы обеспечивали погрешность не более 0,0008%).
Рассмотренные эффекты проявляются при низких температурах, что служит главным препятствием для их широкого использования. Однако открытие в 1986 г. высокотемпературных сверхпроводников позволяет ожидать создания средств измерений, построенных на интегральных схемах и работающих при температурах около 100 К. Это был бы новый качественный скачок в развитии электроизмерительной техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
12.1. Депре М. О гальванометре, показания которого пропорциональны силе тока // Электричество. 1884. № 24.
12.2. Шателен М. Счетчики электрической энергии // Электричество. 1893. № 20.
12.3. Жерар Эрик. Курс электричества. Т. 1. Санкт-Петербург, 1896.
12.4. Чернышев А. Методы измерений высоких напряжений и новый абсолютный высоковольтный вольтметр // Электричество. 1910. №15.
12.5. Ферингер А.Б. Новейшие измерительные приборы (обзор) // Электричество. 1912. №1.
12.6. Маликов М.Ф. Основные электрические единицы в их современном состоянии // Электричество. 1924. № 3.
12.7. Грун К. Электротехнические измерительные приборы. М.: Гостехиздат, 1927.
12.8. Банденбургер В.И. Электрические телеизмерения // Электричество. 1931. № 17.
12.9. Шумиловский Н.Н. Электрические счетчики: теория, расчет, конструирование. Л.: Кубуч, 1932.
12.10. Стекольников И.С. Катодный осциллограф для контактного фотографирования // Электричество. 1933. № 12.
12.11. Городецкий С.С. Измерения на высоком напряжении. М.-Л.: Энергоиздат, 1934.
12.12. Конструкции электроизмерительных приборов / Под ред. Н.Н. Пономарева. Л. - М.: Энергоиздат, 1935.
12.13. Кейнат Г. Электроизмерительная техника. Т. 1. Л.: Ленинградский индустриальный институт, 1935.
12.14. Кейкат Г. Электроизмерительная техника. Т.2. Л.: Ленинградский индустриальный институт, 1937.
12.15. Кузнецов Б.Г. История энергетической техники. М.: Гостехиздат, 1937.
12.16. Электрические и магнитные измерения / Под ред. Е.Г. Шрамкова. М.-Л.: ОНТИ, 1937.
12.17. Темников Ф.Е., Харченко P.P. Электрические измерения неэлектрических величин. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948.
12.18. Шкурин Г.П. Электроизмерительные приборы: Справочник-каталог М.: Машгиз, 1948.
12.19.Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1951.
12.20. Карандеев К.Б. Методы электрических измерений. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1952.
12.21. Белькинд Л.Д., Конфедератов И.Я., ШнейбергЯ.А. История техники. М.: Госэнергоиздат, 1956.
12.22. История энергетической техники СССР. Т.2. Электротехника. М.: Госэнергоиздат, 1957.
12.23.Веселовский О.Н. Михаил Осипович Доливо-Добровольский. М.: Госэнергоиздат, 1958.
12.24. История энергетической техники / Л.Д. Белькинд, О.Н. Веселовский, И.Я. Конфедератов, Я.А. Шнейберг. М.: Госэнергоиздат, 1960.
12.25. Темников Ф.Е. Теория развертывающих систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.
12.26.Веселовский О.Н., ШнейбергЯ.А. Энергетическая техника и ее развитие. М.: Высшая школа, 1976.
12.27.Стил Р. Принципы дельта-модуляции. М.: Связь, 1979.
12.28. Арутюнов В.О. Избранные труды в области электрических измерений, теории и прикладных вопросов метрологии. М.: Изд-во стандартов, 1979.
12.29. Бароне А., Патерно Д. Эффект Джозефсона: физика и применения. М.: Мир, 1984.
12.30. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. Ч. 1.М.:Мир, 1988.
12.31. Электроника: Энциклопедический словарь / Гл. ред. В.Г Колесников. М.: Сов. энциклопедия, 1991.
12.32. Волшебство аналоговой схемотехники // Электроника (русский перевод). 1993. № 11/12.
12.33. Уилер Р. Испытания и измерения за 40 лет // Электроника (русский перевод). 1993. № 11/12.
12.34. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Очерки по истории электротехники. М.: Изд-во МЭИ, 1993.
12.35.Герасимов В.Г., Орлов И.Н., Филиппов Л.И. От знаний - к творчеству. М.: Изд-во МЭИ, 1995.
Из книги Высокочастотный автомобиль автора Бабат ГеоргийПОБЕДА СОВЕТСКОЙ ТЕХНИКИ В старые времена одиночка-изобретатель мог создать нечто новое. Паровую машину изобрел и построил Ползунов. На далеком руднике Черепанов изобрел и построил паровоз. Изобретатель капитан Можайский создал аэроплан.И Можайский, и Ползунов, и
Из книги Приборостроение автора Бабаев М А56. Предпосылки успешного развития современного отечественного приборостроения. Основные тенденции в развитии приборостроения Всего 20 лет назад о современном уровне компьютеризации страны можно было только мечтать, сегодня все это реальность. В связи со всеми этими
Из книги Работы по металлу автора Коршевер Наталья ГавриловнаТехники декоративной обработки металлов В этой части книги представлены основные техники декоративной обработки металлов. В древности многие кузнецы владели богатым набором методов и создавали замечательные произведения искусства, достойные царского двора. Поэтому
Из книги Сертификация сложных технических систем автора Смирнов Владимир4.3. Сертификация качества авиационной техники 4.3.1. Нормы летной годности Международная организация гражданской авиации (ИКАО), одной из главных задач которой является обеспечение безопасности полетов, установила, что страны-члены ИКАО должны выдавать
Из книги АвтоНАШЕСТВИЕ на СССР. Трофейные и лендлизовские автомобили автора Соколов Михаил ВладимировичНа выставке трофейной техники Для наилучшего представления об атмосфере этих показов приведем выдержки из статьи известного отечественного автоконструктора Ю. А. Долматовского, посетившего в то время столичное собрание:«Эта выставка не похожа на международный
Из книги Роботы сегодня и завтра автора Геттнер РейнгардТенденции развития Поскольку разработка, выпуск, применение промышленных роботов быстро и динамично прогрессируют, обобщение результатов международной, соответственно национальной, научно-технической работы в перспективе на будущее становится сложным. Динамика этих
Из книги 100 великих достижений в мире техники автора Зигуненко Станислав НиколаевичЧудеса военной техники Все знают, что драться – плохо. А воевать – тем более. Тем не менее всю свою историю люди только и делают, что воюют между собой, а самые лучшие идеи, изобретения применяют прежде всего в ратном
Из книги Совершенство техники автора Юнгер Фридрих ГеоргКНИГА ПЕРВАЯ СОВЕРШЕНСТВО ТЕХНИКИ Девиз: Всему есть место, но для каждой вещи свое. Надпись на складе инструментов 1 Сочинения в жанре технической утопии, как показывает наблюдение, отнюдь не редкость в литературе и даже напротив: их так много и читательский спрос на них
Из книги Искусство ручного ткачества автора Цветкова Наталья НиколаевнаЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛЫ «СОВЕРШЕНСТВУ ТЕХНИКИ»? Настоящее издание включает в себя две работы Фридриха Георга Юнгера (1898–1977) - «Совершенство техники» и «Машина и собственность». Их объединяет одна тема - техника. Поэтому, повинуясь гипнозу установившейся академической
Из книги Нанотехнологии [Наука, инновации и возможности] автора Фостер Линн1.4 Традиционные техники ткачества Эволюция ткацких станков способствовала развитию различных техник ручного ткачества. К одному из древнейших способов получения орнаментированной ткани относится так называемое «закладное» ткачество. Оно было известно в Древнем
Из книги История электротехники автора Коллектив авторов16.2. Тенденции развития методов доставки препаратов Нанотехнологии играют важную роль в развитии методов введения и доставки препаратов внутри организма, особенно в отношении малых и белковых молекул. В настоящее время ведутся очень интересные разработки методик ввода
Из книги Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон № 123-ФЗ от 22 июля 2008 г. автора Коллектив авторов4.14. ВЛИЯНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ НА РАЗВИТИЕ ТЭ Для создания новых устройств при помощи их математических моделей важное значение имеет возможность представления количественных характеристик, определяющих исследуемые процессы нового устройства, в виде
Из книги Очень общая метрология автора Ашкинази Леонид Александрович11.4.4. РАЗВИТИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ Создание транзисторов в 50-х годах положило начало развитию полупроводниковой информационной техники.Первый отечественный точечный транзистор обладал усилительными свойствами, однако большой технологический
Из книги Микроволновые печи нового поколения [Устройство, диагностика неисправностей, ремонт] автора Кашкаров Андрей Петрович Из книги автораЭталоны для физики и техники Эталон длины Сначала эталоны были естественные, например, эталоном длины был, возможно, пояс короля Карла такого-то. Потом король слегка разъелся и экономика сошла с ума. Поэтому взяли длину маятника с определенным периодом (привязав тем
Из книги автора3.7. Тенденции развития и новые технологии Производство микроволновых печей сопряжено с непрерывным развитием творческой мысли, с применением новых технологий, среди которых в первую очередь стоит отметить изобретение и использование биокерамического покрытия, системы
Появление ПК справедливо считают грациозной научно-технической революцией, сравнимой по масштабам с изобретением электричества, радио. К моменту рождения ПК вычислительная техника уже существовала четверть века. Старые ЭВМ были отделены от массового пользователя, с ними работали специалисты (электронщики, программисты, операторы). Рождение ПК сделало ЭВМ массовым инструментом. Облик ЭВМ кардинально изменился: она стала дружественной (т.е. способной вести культурный диалог с человеком на визуально комфортном экране). В настоящее время в мире используются сотни миллионов ПК как на производстве, так и в повседневной жизни.
Информатика и её практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и развития человеческого общества. Её технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в истории человечества этому бурно развивающемуся процессу нет аналога. Можно утверждать, что история вычислительной техники уникальна, прежде всего, фантастическими темпами развития аппаратных и программных средств. В последнее время идет активный рост слияния компьютера, средств связи и бытовых приборов в единый набор. Будут создаваться новые системы, размещенные на одной интегральной схеме и включающие кроме самого процессора и его окружения, еще и программное обеспечение.
Уже сейчас на смену универсальным компьютерам приходят новые устройства - смартфоны, решающие конкретный спектр задач своего владельца. Развивается система карманных компьютеров.
Характерной чертой компьютеров пятого поколения обязано быть внедрение искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут просто управляемы. Пользователь сумеет голосом подавать машине команды.
Предполагается, что XXI век будет веком наибольшего использования достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле.
Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер внедрения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким спектром функциональных возможностей и черт.
Более перспективные, создаваемые на базе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы. Вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные сервисы: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы. Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.
В последние годы, при разработке новых ЭВМ большее внимание уделялось сверхмощным компьютерам - суперЭВМ и миниатюрным, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут употребляться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи.
Примерная характеристика компьютеров шестого поколения.
Первые электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились немногим более 50 лет назад. За это время микроэлектроника, вычислительная техника и вся индустрия информатики стали одними из основных составляющих мирового научно-технического прогресса. Влияние вычислительной техники на все сферы деятельности человека продолжает расширяться. В настоящее время ЭВМ используются не только для выполнения сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами, в образовании, здравоохранении, экологии и т.д. Это объясняется тем, что ЭВМ способны обрабатывать любые виды информации: числовую, текстовую, табличную, графическую, звуковую, видеоинформацию.
Первая электронная вычислительная машина ЕЫ1ЛС была построена в 1946 г. в рамках одного научно-исследовательского проекта, финансируемого министерством обороны США. Годом ранее Дж. фон Нейман издал статью, в которой были изложены основные принципы построения компьютеров. В основу проекта был положен макет вычислителя, разработанный американцем болгарского происхождения Дж. Атанасовым, занимавшимся крупномасштабными вычислениями. В осуществлении проекта принимали активное участие такие крупные ученые, как К. Шеннон, Н. Виннер, Дж. фон Нейман и др. С этого момента началась эра вычислительной техники. С отставанием в 10-15 лет стала развиваться и отечественная вычислительная техника.
Математические основы автоматических вычислений к этому времени были уже разработаны (Г. Лейбниц, Дж. Буль, Л.Тьюринг и др.), но появление компьютеров стало возможным только благодаря развитию электронной техники. Многократные попытки создания разного рода автоматических вычислительных устройств (от простейших счет до механических и электромеханических вычислителей) не позволяли построить надежные и экономически эффективные машины.
Появление электронных схем сделало возможным построение электронных вычислительных машин.
Электронная вычислительная машина, или компьютер - это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей (рис. 1).
Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.
Компьютеры являются универсальными техническими средствами автоматизации вычислительных работ, то есть они способны решать любые задачи, связанные с преобразованием информации. Однако подготовка задач к решению на ЭВМ была и остается до настоящего времени достаточно трудоемким процессом, требующим от пользователей во многих случаях специальных знаний и навыков.
Для снижения трудоемкости подготовки задач к решению, более эффективного использования отдельных технических, программных средств и ЭВМ в целом, а также облегчения их эксплуатации каждая ЭВМ имеет специальный комплекс программных средств. Обычно аппаратные и программные средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.
Структура представляет собой совокупность элементов и их связей. В зависимости от контекста различают структуры технических, программных, аппаратно-программных и информационных средств.
Часть программных средств обеспечивает взаимодействие пользователей с ЭВМ и является своеобразным «посредником» между ними. Она получила название операционная система и является ядром программного обеспечения ЭВМ.
Под программным обеспечением будем понимать комплекс программных средств регулярного применения, предназначенный для создания необходимого сервиса для работы пользователей.
Программное обеспечение (ПО) отдельных ЭВМ и вычислительных систем (ВС) может сильно различаться составом используемых программ, который определяется классом используемой вычислительной техники, режимами ее применения, содержанием вычислительных работ пользователей и т.п. Развитие ПО современных ЭВМ и ВС в значительной степени носит эволюционный и эмпирический характер, но можно выделить закономерности в его построении.
Рассмотрим основные вехи и тенденции развития компьютеров, их аппаратных и программных средств (табл. 1).
Таблица 1
| Автоматизация подготовки и решения задач на ЭВМ
|
В общем случае процесс подготовки и решения задач на ЭВМ предусматривает обязательное выполнение следующей последовательности этапов:
1) формулировка проблемы и математическая постановка задачи;
2) выбор метода и разработка алгоритма решения;
3) программирование (запись алгоритма) с использованием некоторого алгоритмического языка;
4) планирование и организация вычислительного процесса - порядка и последовательности использование ресурсов ЭВМ и ВС;
5) формирование «машинной программы», то есть программы, которую непосредственно будет выполнять ЭВМ;
6) собственно решение задачи - выполнение вычислений по готовой программе.
По мере развития вычислительной техники автоматизация этих этапов идет снизу
На пути развития электронной вычислительной техники можно выделить четыре поколения ЭВМ, отличающихся элементной базой, функционально-логической организацией, конструктивно-технологическим исполнением, программным обеспечением, техническими и эксплуатационными характеристиками, степенью доступа к ЭВМ со стороны пользователей. Смене поколений сопутствовало изменение основных технико-эксплуатационных и техникоэкономических показателей ЭВМ и в первую очередь таких, как быстродействие, емкость памяти, надежность и стоимость. При этом одной из основных тенденций развития было и остается стремление уменьшить трудоемкость подготовки программ решаемых задач, облегчить связь операторов с машинами, повысить эффективность использования последних. Это диктовалось и диктуется постоянным ростом сложности и трудоемкости задач, решение которых возлагается на ЭВМ в различных сферах применения.
Возможности улучшения технико-эксплуатационных показателей ЭВМ в значительной степени зависят от элементов, используемых для построения их электронных схем. Поэтому при рассмотрении этапов развития ЭВМ каждое поколение в первую очередь, как правило, характеризуется используемой элементной базой.
Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Для построения оперативной памяти уже с середи
Принципы построения компьютера
ны 50-х годов начали применяться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве устройства ввода-вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем специально были разработаны электромеханические запоминающие устройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродействующие печатающие устройства.
Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, потребляли большую мощность. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти - несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы.
В этих ЭВМ автоматизации подлежал только шестой этап, так как практически отсутствовало какое-либо программное обеспечение. Все пять предыдущих этапов пользователь должен был готовить вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных кодов программ. Трудоемкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях. Поэтому в ЭВМ следующих поколений появились сначала элементы, а затем целые системы, облегчающие процесс подготовки задач к решению.
На смену ламп пришли транзисторы в машинах второго поколения (начало 60х годов). Компьютеры стали обладать большими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики возросли на 1-2 порядка. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность. Большим достижением явилось применение печатного монтажа. Повысилась надежность электромеханических устройств ввода-вывода, удельный вес которых увеличился. Машины второго поколения стали обладать большими вычислительными и логическими возможностями.
Особенность машин второго поколения - их дифференциация по применению. Появились компьютеры для решения научно-технических и экономических задач, для управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины).
Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развиваются методы и приемы программирования вычислений, высшей ступенью которых является появление систем автоматизации программирования, значительно облегчающих труд математиков- программистов.
Большое развитие и применение получили алгоритмические языки, существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению. С появлением алгоритмических языков резко сократились штаты программистов, поскольку составление программ на этих языках стало под силу самим пользователям.
Широкое применение алгоритмических языков (Автокоды, Алгол, Фортран и др.) и соответствующих им трансляторов, позволяющих автоматически формировать машинные программы по их описанию на алгоритмическом языке, привело к созданию библиотек стандартных программ, что позволило строить машинные программы блоками, используя накопленный и приобретенный программистами опыт. Новые программные средства здесь еще не объединялись в отдельные пакеты под общим управлением. Отметим, что временные границы появления всех этих нововведений достаточно размыты. Обычно их истоки можно обнаружить уже в недрах ЭВМ предыдущих поколений.
Третье поколение ЭВМ (в конце 60-х - начале 70-х годов) характеризуется широким применением интегральных схем. Интегральная схема представляет собой законченный логический и функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме. Благодаря использованию интегральных схем удалось еще более
улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Вычислительная техника стала иметь широкую номенклатуру устройств, позволяющих строить разнообразные системы обработки данных, ориентированные на различные применения. Они охватывали широкий диапазон по производительности, чему способствовало также повсеместное применение многослойного печатного монтажа.
В компьютерах третьего поколения значительно расширился набор различных электромеханических устройств ввода и вывода информации. Развитие этих устройств носит эволюционный характер: их характеристики улучшаются гораздо медленнее, чем характеристики электронного оборудования.
Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения и развитие его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Именно здесь понятие «ЭВМ» все чаще стало заменяться понятием «вычислительная система», что в большей степени отражало усложнение как аппаратурной, так и программной частей ЭВМ. Стоимость программного обеспечения стала расти, и в настоящее время намного опережает стоимость аппаратуры (рис. 2).
| Рис. 2. Динамика изменения стоимости аппаратурных и программных средств
|
Операционная система (ОС) планирует последовательность распределения и использования ресурсов вычислительной системы, а также обеспечивает их согласованную работу. Под ресурсами обычно понимают те средства, которые используются для вычислений: машинное время отдельных процессоров или ЭВМ, входящих в систему; объемы оперативной и внешней памяти; отдельные устройства, информационные массивы; библиотеки программ; отдельные программы как общего, так и специального применения и т.п. Интересно, что наиболее употребительные функции ОС в части обработки внештатных ситуаций (защита программ от взаимных помех, системы прерываний и приоритетов, служба времени, сопряжение с каналами связи и т.д.) были полностью или частично реализованы аппаратурно. Одновременно были реализованы более сложные режимы работы: коллективный доступ к ресурсам, мультипрограммные режимы. Часть этих решений стала своеобразным стандартом и начала использоваться повсеместно в ЭВМ различных классов.
В машинах третьего поколения существенно расширены возможности по обеспечению непосредственного доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, а том числе и значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство общения абонента с машиной достигается за счет развитой сети абонентских пунктов, связанных с ЭВМ информационными каналами связи, и соответствующего программного обеспечения.
Например, в режиме разделения времени многим абонентам предоставляется возможность одновременного, непосредственного и оперативного доступа к ЭВМ. Вследствие большого различия инерционности человека и машины у каждого из одновременно работающих абонентов складывается впечатление, будто ему одному предоставлено машинное время.
Здесь еще в большей степени проявляется тенденция к унификации ЭВМ, созданию машин, представляющих собой единую систему. Ярким примером этой тенденции служит отечественная программа создания и развития Единой системы электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ).
ЕС ЭВМ представляла собой семейство (ряд) программно-совместимых машин, построенных на единой элементной базе, на единой конструктивно-технологической основе, с единой структурой, единой системой программного обеспечения и единым унифицированным набором внешних устройств.
Промышленный выпуск первых моделей ЕС ЭВМ был начат в 1972 г., при их создании были использованы все современные достижения в области электронной вычислительной техники, технологии и конструирования ЭВМ, в области построения систем программного обеспечения. Объединение знаний и производственных мощностей стран- разработчиков позволило в довольно сжатые сроки решить сложную комплексную научно-техническую проблему. ЕС ЭВМ представляла собой непрерывно развивающуюся систему, в которой улучшались технико-эксплуатационные показатели машин, совершенствовалось периферийное оборудование и расширялась его номенклатура.
Для машин четвертого поколения (80-е годы) характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это в свою очередь оказало существенное воздействие на логическую структуру ЭВМ и ее программное обеспечение. Более тесной стала связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы.
В четвертом поколении с появлением в США микропроцессоров (1971 г.) возник новый класс вычислительных машин - микроЭВМ, на смену которым пришли персональные компьютеры (ПК, начало 80-х годов). В этом классе ЭВМ наряду с БИС стали использоваться сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) 32-, а затем 64-разрядности.
Появление ПК - наиболее яркое событие в области вычислительной техники, до последнего времени самый динамично развивающийся сектор отрасли. С их внедрением решение задач информатизации общества было поставлено на реальную основу.
Основная цель использования ПК - формализация профессиональных знаний. Здесь, в первую очередь, автоматизируется рутинная часть работ (сбор, накопление, хранение и обработка данных), которая занимает более 75% рабочего времени специали- стов-прикладников. Применение ПК позволило сделать труд специалистов творческим, интересным, эффективным. В настоящее время ПК используются повсеместно, во всех сферах деятельности людей. Новые сферы применения изменили и характер вычислительных работ. Так, инженерно-технические расчеты составляют не более 9-15%, в большей степени ПК теперь используются для автоматизации управления сбытом, закупками, управления запасами, производством, для выполнения финансово-экономических расчетов, делопроизводства, игровых задач и т.п.
Применение ПК позволило использовать новые информационные технологии и создавать системы распределенной обработки данных. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от локальных до глобальных.
В компьютерах этого поколения продолжается усложнение технических и программных структур (иерархия управления средствами, увеличение их количества). Следует указать на заметное повышение уровня «интеллектуальности» систем, создаваемых на их основе. Программное обеспечение этих машин создает «дружественную» среду общения человека и компьютера. Оно, с одной стороны, управляет процессом обработки информации, а с другой, создает необходимый сервис для пользователя, снижая трудоемкость его рутинной работы и предоставляя ему возможность больше внимания уделять творчеству.
Подобные тенденции будут сохраняться и в ЭВМ следующих поколений. Так, по мнению исследователей , машины следующего столетия будут иметь встроенный в них «искусственный интеллект», что позволит пользователям обращаться к машинам (системам) на естественном языке, вводить и обрабатывать тексты, документы, иллюстрации, создавать системы обработки знаний и т.д. Все это приводит к необходимости усложнения аппаратной части компьютеров, появлению вычислительных систем на их основе, а также к разработке сложного многоэшелонного иерархического программного обеспечения систем обработки данных.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Современные тенденции развития радиопередающей техники
Радиопередающие устройства (РПдУ) применяются в сферах телекоммуникации, телевизионного и радиовещания, радиолокации, радионавигации. Стремительное развитие микроэлектроники, аналоговой и цифровой микросхемотехники, микропроцессорной и компьютерной техники оказывает существенное влияние на развитие радиопередающей техники как с точки зрения резкого увеличения функциональных возможностей, так и с точки зрения улучшения ее эксплуатационных показателей. Это достигается за счет использования новых принципов построения структурных схем передатчиков и схемотехнической реализации отдельных их узлов, реализующих цифровые способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, имеющих различные частоты и уровни мощности.
Радиопередатчики, в которых используются цифровые способы формирования, обработки и преобразования колебаний и сигналов, будем далее называть цифровыми радиопередающими устройствами (ЦРПдУ).
Рассмотрим современные требования к РПдУ, которые ставят проблемы, не решаемые в принципе методами аналоговой схемотехники, что вызывает необходимость применения цифровых технологий в РПдУ.
В области телекоммуникаций и вещания можно выделить следующие основные непрерывно возрастающие требования к системам передачи информации, элементами которых являются РПдУ:
Обеспечение помехоустойчивости в перегруженном радиоэфире;
Повышение пропускной способности каналов;
Экономичность использования частотного ресурса при многоканальной связи;
Улучшение качества сигналов и электромагнитной совместимости.
Стремление удовлетворить этим требованиям приводит к появлению новых стандартов связи и вещания. Среди уже известных GSM, DECT, SmarTrunk II, TETRA, DRM и др.
Основным направлением развития систем связи является обеспечение множественного доступа, при котором частотный ресурс совместно и одновременно используется несколькими абонентами. К технологиям множественного доступа относятся TDMA, FDMA, CDMA и их комбинации. При этом повышают требования и к качеству связи, т.е. помехоустойчивости, объему передаваемой информации, защищенности информации и идентификации пользователя и пр. Это приводит к необходимости использования сложных видов модуляции, кодирования информации, непрерывной и быстрой перестройки рабочей частоты, синхронизации циклов работы передатчика, приемника и базовой станции, а также обеспечению высокой стабильности частоты и высокой точности амплитудной и фазовой модуляции при рабочих частотах, измеряемых гигагерцами. Что касается систем вещания , здесь основным требованием является повышение качества сигнала на стороне абонента, что опять же приводит к повышению объема передаваемой информации в связи с переходом на цифровые стандарты вещания. Крайне важна также стабильность во времени параметров таких радиопередатчиков - частоты, модуляции. Очевидно, что аналоговая схемотехника с такими задачами справиться не в состоянии, и формирование сигналов передатчиков необходимо осуществлять цифровыми методами.
Современную радиопередающую технику невозможно представить без встроенных средств программного управления режимами работы каскадов, самодиагностики, автокалибровки, авторегулирования и защиты от аварийных ситуаций, в том числе автоматического резервирования. Такие функции в передатчиках осуществляют специализированные микроконтроллеры, иногда совмещающие функции цифрового формирования передаваемых сигналов. Часто используется дистанционное управление режимами работы при помощи удаленного компьютера через специальный цифровой интерфейс. Любой современный передатчик или трансивер обеспечивает определенный уровень сервиса для пользователя , включающий цифровое управление передатчиком (например, с клавиатуры) и индикацию режимов работы в графической и текстовой форме на экране дисплея. Очевидно, что здесь не обойтись без микропроцессорных систем управления передатчиком, определяющих его важнейшие параметры.
Производство передатчиков такого уровня сложности было бы экономически невыгодно в случае их аналогового исполнения. Именно средства цифровой микросхемотехники, позволяющие заменить целые блоки обычных передатчиков, дают возможность существенно улучшить массогабаритные показатели передатчиков (вспомните сотовые телефоны), достичь повторяемости параметров, высокой технологичности и простоты в их изготовлении и настройке.
Очевидно, что появление и развитие цифровых радиопередающих устройств явилось неизбежным и необходимым этапом истории радиотехники и телекоммуникаций, позволив решить многие насущные задачи, недоступные аналоговой схемотехнике.
В качестве примера рассмотрим вещательный цифровой радиопередатчик HARRIS PLATINUM Z (рис.1.1), обладающий следующими основными особенностями (информация на www.pirs.ru):
А) Полностью цифровой FM-возбудитель HARRIS DIGITTM с встроенным стереогенератором с цифровой обработкой сигнала. Будучи первым в мире полностью цифровым FМ-возбудителем, HARRIS DIGITTM принимает звуковые частоты в стандарте AES/EBU в цифровом виде и генерирует максимально модулированную несущую радиочастоту полностью в цифровом режиме, благодаря чему уровень помех и искажений ниже, чем в любом другом FM-передатчике (16-битовое цифровое качество ЗЧ).
Б) Система быстрого пуска обеспечивает достижение полной мощности по всем показателям в течение 5 секунд после включения.
В) Контроллер на микропроцессорах позволяет осуществлять полный контроль, диагностику и вывод на дисплей. Включает в себя встроенную логику и команды для переключения между основными/дополнительными HARRIS DIGITTM возбудителями и предварительным усилителем мощности (ПУМ).
Г) Широкополосная схема позволяет отказаться от настройки в диапазоне от 87 до 108 МГц (при варианте N+1). Изменение частоты можно произвести вручную переключателями менее чем за 5 минут, и менее чем за 0,5 сек с помощью дополнительного внешнего контроллера.
Рис.1.1
Еще одним примером цифрового радиопередатчика может послужить устройство для беспроводной передачи данных BLUETOOTH (информация www.webmarket.ru), который будет подробнее рассмотрен в п.3.1 (рис.1.2 и табл.1.1).
Рис.1.2.
Табл.1.1. Краткие спецификации Bluetooth
Итак, выделим основные области применения цифровых технологий формирования и обработки сигналов в радиопередающих устройствах.
1. Формирование и преобразование аналоговых и цифровых информационных НЧ сигналов, в т.ч. сопряжение компьютера с радиопередатчиком (групповые сигналы, кодирование, преобразование аналоговых сигналов в цифровые или наоборот).
2. Цифровые методы модуляции ВЧ сигналов.
3. Синтез частот и управление частотой.
4. Цифровой перенос спектра сигналов.
5. Цифровые методы усиления мощности ВЧ сигналов.
6. Цифровые системы автоматического регулирования и управления передатчиками, индикации и контроля.
Следующие разделы содержат более подробную информацию о каждой из названных областей применения цифровой техники в радиопередатчиках.
Список литературы
1. Цифровые радиоприемные системы / Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь, 1990. 208 с.
2. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств / Под ред. А.Д.Артыма. М.: Радио и связь, 1987. 175 с.
3. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1990. 256 с.
4. Семенов Б.Ю. Современный тюнер своими руками. М.: СОЛОН_Р. 2001. 352 с.
Подобные документы
История развития и становления радиопередающих устройств, основные проблемы в их работе. Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика. Классификация радиопередатчиков по разным признакам, диапазон частот как одна из характеристик приборов.
реферат , добавлен 29.04.2011
Общие сведения о Bluetooth’е, что это такое. Типы соединения, передача данных, структура пакета. Особенности работы Bluetooth, описание его протоколов, уровня безопасности. Конфигурация профиля, описание основных конкурентов. Спецификации Bluetooth.
контрольная работа , добавлен 01.12.2010
Характеристики радиопередающих устройств, их основные функции: генерация электромагнитных колебаний и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Проектирование функциональной схемы радиопередатчика и определение его некоторых параметров.
реферат , добавлен 26.04.2012
Что такое ТСР? Принцип построения транкинговых сетей. Услуги сетей тракинговой связи. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации. Некоторые аспекты практического применения технологии Bluetooth. Анализ беспроводных технологий.
курсовая работа , добавлен 24.12.2006
Задачи применения аналого-цифровых преобразователей в радиопередатчиках. Особенности цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) для работы в низкочастотных трактах, системах управления и специализированных быстродействующих ЦАП с высоким разрешением.
курсовая работа , добавлен 15.01.2011
Основные характеристики видео. Видеостандарты. Форматы записи. Методы сжатия. Современные мобильные видеоформаты. Программы, необходимые для воспроизведения видео. Современные видеокамеры. Носители цифрового видео. Спутниковое телевидение.
реферат , добавлен 25.01.2007
Что такое Bluetooth? Существующие методы решения отдельных задач. "Частотный конфликт". Конкуренты. Практический пример решения. Bluetooth для мобильной связи. Bluetooth-устройства. Декабрьский бум. Кто делает Bluetooth-чипы? Харольд Голубой Зуб.
реферат , добавлен 28.11.2005
Расчёт передатчика и цепи согласования. Расчёт структурной схемы и каскада радиопередатчика, величин элементов и энергетических показателей кварцевого автогенератора. Нестабильность кварцевого автогенератора и проектирование радиопередающих устройств.
курсовая работа , добавлен 03.12.2010
Современные виды электросвязи. Описание систем для передачи непрерывных сообщений, звукового вещания, телеграфной связи. Особенности использования витой пары, кабельных линий, оптического волокна. Назначение технологии Bluetooth и транковой связи.
реферат , добавлен 23.10.2014
Основные тенденции развития рынка данных дистанционного зондирования Земли в последнее десятилетие. Современные космические ДДЗ высокого разрешения. Спутники сверхвысокого разрешения. Перспективные картографические комплексы Cartosat-1 и Cartosat-2.
