Введение к работе
Актуальность проблеми. Современные информационно-измерительные систеш (ИИС), обогащеішне достижениями .электронной вычислительной техники и предназначение для выполнения широкого круга функций - информационного обслуапвания объектов автоматизация, измерения и контроля различных физических величин и их параметров как электрической, так и неэлектрической природы, выполнения логических операций, распознавания образов, диагностирования, обработки разнообразных видов и форм информации, интенсивно развиваются.
Графическая информация (ГИ) является одной из наиболее распространенных форм представления информации, выгодно отличающейся от других высокой информативностью, легкостью восприятия и интерпретации дагашх, наглядностью. Болышш потоки ГИ, возникающие в различных областях науки, техники, прсшпленности, медицине, экономике, социальном управлений", архитектуре, мультипликации п многих других, выд-::ігапт на первый план задачу оперативной обработки ГИ о помощьы сов--з?*енных средств цифровой вычислительной техники, в частности, ЭВМ. ГргЛш является традиционней и наиболее удобной формой представления информации, и поэтому обработка больших массивов ГИ о помощью ЭВМ требует наличия простых, точных п дешевых систем измерения н преобразования Г.1 и ввода ее а вычислительные назганц. Для измерения, ^образования, ввода, редактирования, хранения а отображения графи-зскзіх данных получили распространенна системы обработки ГИ. (СОГИ), :сстрсешше из ссновз различии физических принципов и явлений. К акта.! систе?.к>н продъавляится попиепныа требования по точности, бне-родейстпию, разрешающей способности, простоте коистругадап и схемо-охнической реализации, эрголсмичпостп, функциональным возможностям стоимости. Проимукс-ства шгГрсглк методов обработки информации до-ут быть реализованы а полной мзро лшь в тем случае, когда преобра-опателя аналогових Функций не вносят в эти списки суцэотвошшх ог-мшчонтгД.
D лаетояцее время ппрокоо распространенна получили полуавтема-тческяэ системи ввода а обработки Га, обладапщю по сравнении с ав-:магаческші рядом преимуществ, шок пак, панршор, возмойность
ведения диалогового режима, снижения избыточности вводимой информации, исключение необходимости использования сложных программ распознавания пересекающихся кривых и т.д., поскольку задача распознавания изображений и их предварительный анализ, а также принятие решений, выполняется человеком.
Наличие современных цифровых средств вычислительной техники, используемых в качестве счетно-решающих блоков, а также работа СОГИ в комплексе с ПЭВМ нового поколения существенно расширяет традиционные формы преобразования и ввода координат ГИ, тем самым нашого увеличивая функциональные возможности таких систем. СОГИ могут быть использованы в задачах технической диагностики контроля динамических параметров подвижных объектов, эрготехническнх, робототехшиеских и многих других системах. С0ПІ с успехом продолжают находагть свое применение такие в традиционных областях, таких как системы автоматизации научных исследований и экспериментов, САПР, машинная графика и им подобные, где требуется оперативная обработка и редактирование больших массивов ГИ, зачастую в диалоговом режиме.
Потребность в создают новых и повышения эффективности имеющихся ШС обязывает все больше уделять внимание теории и методам расчета И Проектирования ОТДеЛЬНЫХ УЗЛОВ И ВСЄЙ СЦСТеМЫ В ЦеЛОМ. В ЗТ0І;
связи разработка и развитие теоретических, методологических и практических аспектов создания высокоэффективных СОГИ в настоящее вреш приобретает особую актуальность. Анализ зарубежных и отечествепнш исследований в области теории и принципов построения СОГИ показывав! перспективность ультразвуковых (УЗВ) ішформациошю-измеріїтельнш систем обработки графической информации. Однако отсутствие теоретических исследований и методов синтеза и реализации УЕВ СОГИ о повы-сенными точностью и быстродействием препятствует широкому внедренга таких систем в народное хозяйство. Поэтому проблема, обобщающая теорию и принципы построения сканирующих УЗВ СОГИ, включающая вопросі проектирования и синтеза на их базе комплекса технических средсті обработки ГИ, несомненно, является актуальной.
Цель работы состоит в разработке теоретических основ методов і средств построения новых п усовершенствования существующих ультразвуковых систем обработки графической «формации, принципов их реализации, методов синтеза и инженерного проектирования УЗВ СОГИ с высокими метрологическими характеристиками и расширенными функциональ
Для достизения сформулированной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
анализ состояния проблемы преобразования и обработки графической информации;
развитие методов сканирующего (У2В) преобразования;
разработка обобщенной математической модели УЗВ СОГИ и методи-ки проведегаїя теоретических исследований УЕВ ИИС;
разработка и исследование общей теории погрешностей УЗВ СОГИ;
исследования и разработка структурных и алгоритмических методов повышения точности УЗВ С0П1;
исследование и разработка методов поЕышення быстродействия УЕВ СОГИ и синтеза схем формирования информационного сигнала;
исследования и разработка методов повышения помехозащищенности каналов преобразования УЕВ СОГИ;
разработка, экспериментальные исследования, испытания и внедрение УЕВ СОГИ.
Научная новизна. Осуществлено решение проблемы, обобщающее теорию и принципы построения сканирующих ультразвуковых систем обработки графической информации, включающая вопросы синтеза и проектирования на их базе коішлекса технических средств измерения, преобразования, ввода в ЭВМ и редактирования графической информации.
Основу этого решения составили:
исследование и развитие методов одно- и даухволнозого циклов сканирующего УЗВ преобразования, с целью повышения точности и быстродействия обработки графической информации;
разработка обобщенной математической модели акустического узла УЗВ СОГИ, позволяющей выявить и проанализировать основные факторы, влияющие на точность и быстродействие измерения и преобразования. В этой модели впервые учтен нестационарный характер возбузде-ешя, распространения и приема УЕВ колебаний и описаны переходные процессы, возникающие в акустическом узла в каадом цикле преобразования. Модель монет быть использована в качестве основы для теорети-І8СКИХ исследований систем класса УЗВ ИИС;
разработка общей теории погрешностей УЗВ СОГИ о использовани-5М теории информации и математической статистики, позволяющая выя-зить комплекс его статических и динамических погрешностей;
разработка новых методов повышения быстродействия и сниявния
- б -динамических погрешностей УЗВ СОГИ путем пассивного и активного деы пфпрэВания помехи в измерительном тракте системы;
разработка алгоритмических и структурных методов коррекци погрешностей применительно к УЗВ СОГИ, позволяющих повысить стати ческую точность преобразование Т"'-
предложенные методы повбшели? помехозащищенности каналов пре образования УЗВ СОГИ путем использования способов симметрировани помехи и активной фильтрации информационного сигнала;
предложений метод синтеза схем формирования сигнала возбужде кия с целью получения информационных измерительных сигналов заданно формы в УБВ ИИС.
Методы исследований. Проводимые в диссертации исследования баз руются на комплексном использовании аппарата математической физики теории упругости, асимптотических методов л теории специальных фуж ций, теории измерений, теории вероятностей и математической статпс тики и теории информации.
Практическая ценнссть работы.
Использование методов ультразвукового сканирующего преобразова ния и промышленности и научных исследованиях позволяет создават ультразвуковые ИКС обработки, ввода и редактирования графической ин формации- обладающие лучшими технико-экономическими показателями п сравнения о известными.
Разработанные математические модели акустического узла УЗВ СОГ позволяют, о достаточной для практики достоверностью и точность: осуществлять синтез и проектирование технических средств ввода и об работки графической информации.
Найдены и предлотжны схемные и конструктивные решения основшг узлов УЗВ СОГИ, позволяющие повысить точность и быстродействие изме рения, преобразования и ввода графической информации.
Разработаны инженерные методы расчета основных параметров УЗ] СОГИ, базирующиеся на предложенных математических моделях.
ііредложена структура УЗВ СОГИ с расширенными функциональным! возможностями, позволяющими широко использовать системы в задача: микрокомпьютерной графики и автоматизации проектирования.
Предложена типовая методика поверки систем обработки графичес хой информации.
Внедрение в промышленность УЗВ ИИС обработки графической инфор' мации, отличаюпщся высоким быстродействием, точностью, надежность]
п эргоношчностью, позволяют успешно решать Банную народнохозяйственную задачу - повышение эффективности обработки графической информации с минимальными затрата.
Разработанные УЗВ системы обработки графической информации испытаны в промышленных условиях и внедрены на промышленных предприятиях и в научпо-нсследовательских организациях со значительным зко-номичесгаш эффектом и подтверданы соответствующими актами внедрения.
Полученные в работе результат» используются в учебном процессе (лекционные курсы, курсовое и дипломное проектирование) для студентов специальности 19.07 - "Информационно-измерительная техника" и а научно-исследовательской работа студентов этой специальности в Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии.
Апробация..работ». Основные положения проводзпних исследований и результати внадрошія докладывались на оледущих научно-технических конференциях, семинарах л совещаниях:
VII Всесоюзной семинаре по оптическим, электрооптпческям методам п средствам передачи, преобразования, переработки -и хранения информации (!.!осква, 1931 г.);
VI Всесоюзной научно-технической конференция ИИС-ВЗ (Куйбышев, 1983 г.);
I Веесоозн'ой научно-технической конференции "Современное состояние и перспективы развития устройств ввода-вывода информации для САПР, АСУТП и ГАП" (Москва, 1985 г.);
Вез союзной паушо-техничаской конференции "Проблеми создаїшя и опит внедрения АСУ в нефтяной, газовой промышюпиосгл и развитие геофизического приборостроения" (Сумгаит, 1985 г.)
Всесоюзном научно-техническом семинаре "Мшсроминиатхршо эле-менти и устройства робототехпическях п вычислительных систем" (Москва, 1986 г.);
Всесоюзной научно-технической конференции "Образное представление данных в управлении и научных исследованиях" (Грозный, 1937);
Научно-техническом семинаре "Автоматизация технологии производства изделий электронной техники" (Мооква, 1989 г.);
II Всесоюзное совещание "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул -1990 г.);
I Меадународаой конференции "Наноизмерения, нанотехнология и криотехнология - НИК-92" (Барнаул, 1992 г.);
III и IV конференции молодых ученых закавказских республик по
- 8 -автоматическому управлению (Тбилиси, 1982 и 1986 гг.);
- II Республиканской научно-технической конференции "Физические основи построения первичных измерительных преобразователей" (Винница, 1982 г.);
IV и V Республиканских научно-технических конференциях аспирантов ВУЗов Азербайджана (Баку, 1981 и 1982 гг.)
Республиканской научно-технической конференции "Достижения и перспективы развития радиотехники, электроники и связи в peonyблике" (Баку, 1982 г.);
Республиканской научно-практической конференции "Молодежь -^ науке, производству"( Уфа, 1987);
- Республиканской научно-технической конференции "Диагностика н коррекция погрешностей преобразователей технологической информации" (Киев, 1989 г.);
- I Республиканской научно-методической конференции "САПР в
чертежно-конструкторских работах" (Баку, 1991 г.).
Публикации. Основное содержание работы освещены в 40 публикациях, в том чиоле в 5-ти авторских свидетельствах и 6 положительных решениях на патенты. Результаты теоретичеоких и экспериментальных исследований включены в отчеты госбюджетных работ по кафеде "Информационно-измерительная и вычислительная техника" Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии за I98I-I992 гг..(НИ государственной, регистрации 01.81.4006647 и 01.86.0095834),а также легли в оонову отчетов по хоздоговорным научно-исследовательским работам Ш 119/79-80, 1/82-83, 98/82-83, 157/85, 157/86-88, 163/91-92 (Ш Государственной региртрации 01.82.0088960, 01.82.0088966, 01.85.0065023, 01.86.001624, 01.91.0050762).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, вести глав, заключения, списка используемых источников, содержащего 207 наименований, и приложоїшй. Работа содержит 240 страниц машинописного -тойота, 76 рисунков и 6 таблиц.