Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf

82

Рис. 3-7. Структурные схемы систем с обратной информации со сдвигом во времени: а — с преобразованием информации, предшествующим ее накоплению; б — с преобразованием хранимой информации, предшествую­ щим ее обработке; в — с двойным преобразованием информации, предшествующим ее накоплению и обра­ ботке

4*

Реализуемые операторы и варианты структур (рис. 3-7)

83

с обработкой часть информации может быть передана непосредст­ венно в средства представления (штриховые линии на схеме). Этот вариант получил распространение в тех случаях, когда по ряду причин (ограничения по объему и массе аппаратуры, времени вы­ полнения различного рода преобразований) накопление информа­ ции наиболее рационально вести непосредственно после ее сбора в аналоговой форме с последующим преобразованием со сдвигом во времени уже без необходимости учета указанных ограничений, например преобразованием в цифровую форму. Подобного рода преобразования могут быть также связаны с необходимостью транс­ формации спектра предварительно записанных кратковременных сигналов (процессов) из одной области в другую с целью их тща­ тельного анализа и т. д.

Вариант в по аналогичным для варианта б причинам предусмат­ ривает два этапа (и вида) преобразования информации. Наиболее вероятным видом преобразования, предшествующего накоплению информации, является унификация сигналов, содержащихся в по­

чае преобразование, предшествующее обработке информации, осу­

ленных в цифровой форме, но отличающихся по виду: X* [х] и А* U1. Так же как и в варианте б, на средства представления могут

Передаваться оценки, получаемые в результате обработки Аоб [х] и непосредственно из средств хранения А* Іх].

Для простоты рассмотрения на рис. 3-7 не показаны потоки ин­ формации, обусловленные наличием априорных данных об объекте SM [х], алгоритмом функционирования системы SM[F ] и органи­ зацией работы ее средств S y [F],

Следует отметить, что во многих современных системах, не имею­ щих в своем составе вычислительных устройств вообще, тем не ме­ нее предусматривается хранение результатов измерительных пре­ образований (измерений), обеспечивающее в случае необходимости их обработку. Наиболее часто в подобных системах накопление информации и ее хранение осуществляется в цифровой форме с. при­ менением перфолент и магнитных лент или в аналоговой форме

сиспользованием измерительных магнитографов.

Вто же время при наличии в ИИС средств, выполняющих функ­ ции обработки измерительной информации, поток информации на выходе системы может быть не только меньше потока, поступаю­ щего от объекта исследования (испытания, контроля, диагностики),

84

но и больше этого потока. В первом случае уменьшение количества информации может быть следствием ее потерь при прохождении измерительного тракта или предусмотренного алгоритмом функцио­ нирования системы сокращения избыточности информации. Уве­ личение потока информации на выходе системы оказывается воз­ можным за счет получения в результате обработки данных измери­ тельных преобразований не только новых сведений, например обоб­ щенных характеристик, но и сведений, качественно отличных от тех, которые являются исходными для обработки (повышение до­ стоверности результатов измерения, линеаризация и т. д.).

Одним из важнейших аспектов проектирования измерительных информационных систем, обладающих необходимой эффективностью при недостаточной априорной информации об объекте исследования, является сокращение избыточности информации на выходе соот­ ветствующих средств систем.

выходной информации, наряду с необходимой и достаточной инфор­ мацией Хнх [х\, содержащейся в этих массивах, растет и количе­

ство избыточной ее части А,изб [х] (рис. 3-8). Это существенно за­ трудняет анализ результатов и приводит к значительным затратам времени, зачастую во много раз превышающего время, необходимое для подготовки и проведения эксперимента. В равной мере с ана­ логичными трудностями приходится сталкиваться и в случае си­ стем, в состав которых входят средства обработки информации, если не приняты специальные меры по сокращению ее избыточно­ сти (рис. 3-8).

Избыточность результатов измерения при этом может оказаться не только причиной нерационального использования средств вы­ числительной техники, но даже сделать невозможной обработку в связи с ограниченными возможностями этих средств (по объему памяти, скорости выполнения вычислительных операций). Более того, если таких ограничений и не возникает, количество обрабо­ танных данных, постуцающих к экспериментатору за сравнительно короткое время, оказывается так велико, что появляется диспро­ порция между высокой производительностью вычислительных ма­ шин (арифметических устройств), выполняющих сравнительно про­ стые операции обработки, и низкой производительностью человека, выполняющего достаточно сложный логический анализ результа­ тов. Следует также иметь в виду и экономические аспекты обработки информации средствами вычислительной техники, поскольку ее стоимость (машинное время) связана с количеством информации, подлежащей обработке.

Исключение избыточной информации, несущественной с точки зрения ее потребителя, позволит снизить требования к пропуск­ ной способности каналов связи в системах, отдельные средства ко­ торых удалены друг от друга на значительные расстояния. В то же

85

время вопросы уплотнения сообщений и пропускной способности каналов связи приобретают особое значение при использовании систем или их частей на автономных объектах, например космиче­ ских аппаратах, продолжительность сеансов связи с которыми строго лимитирована.

Необходимая Избыточная часть часть результатов результатов

обработки обработки информации информации

Средства

представления

информации

50 [7 i]= S oS.нхЮ +§oö.иэ5{XJ

Рис. 3-8. Распределение потоков информации в структурах систем без cor ращения избыточности: а — не выполняющих операции обработки; б — с об­ работкой информации

Операции по сокращению избыточности информации в структу­ рах систем с обработкой информации могут быть реализованы как в измерительном тракте (рис. 3-9, а), так и в тракте обработки информации Хизб [х\ (рис. 3-9, б). Может также оказаться целесо­ образным применение структуры, в которой указанные операции осуществляются одновременно в обоих трактах системы.

Для систем первого вида часть структурных схем, содержащих аналоговые и цифровые средства сокращения избыточности, пока­ заны на рис. 3-10. Особенность «аналогового» варианта заключается

86

Необходимая часть результатов обработки информации

К последующим элементам структуры

Рис. 3-9. Распределение потоков информации в структурах систем с сокращением избыточности: а — в измерительном тракте; б — в тракте обработки

вергается аналого-цифровому преобразованию, а сокращение из­

быточности Хизб [х] уже в цифровой форме осуществляется либо адаптивным аналого-цифровым преобразователем, либо на входе последующих элементов систем, выполняющих по командам уст­ ройств сокращения информации — операции обработки, хранения и представления только тех результатов, которые являются необ­ ходимыми.

87

Необходимая часть информации

Рис. 3-10. Структурные схемы систем с сокращением избыточности; а — в аналоговой части системы, б — в цифровой части системы

88

Дальнейшее развитие структур систем с сокращением избыточ­ ности информации зависит от того, какой принцип логических связей процесса измерений, элементов структуры системы и харак­ тера поведения исследуемого процесса реализуется. В тех случаях когда параметры исследуемого процесса не коррелированы между собой, сокращение избыточности в каждом из измерительных ка­ налов осуществляется независимо от того, что происходит в других каналах (структура без связи каналов). При исследовании процес­ сов с коррелированными параметрами в структурах систем может быть введена автоматическая связь измерительных каналов, обус-

Рис. 3-11. Структурная схема системы с самоконтролем

ловливающая зависимость процесса измерений в одном канале или группе каналов от характера поведения параметров в других каналах— одном или нескольких [12]. Подобная структура со связью каналов, особенно в многоканальных системах, может дать существенный дополнительный эффект. В то же время определение зависимости между параметрами объектов само по себе является одной из основных функций измерительных с-истем для научных исследований. Достоверность информации на выходе систем, вы­ полненных по любой из рассмотренных структурных схем, зависит не только от метрологических характеристик систем, но в значи­ тельной мере определяется их эксплуатационными параметрами, в частности надежностью. Следует также заметить, что для ряда применений систем, где последствия отказов могут иметь характер «роковых», параметры н.адежности систем при всех прочих усло­ виях зачастую являются главным мерилом их пригодности.

Снижение или исключение вероятности возникновения нежела­ тельных ситуаций и повышение достоверности выходной информа­

89