Введение к работе
Современный физический эксперимент немыслим без сопутствующей электронной аппаратуры.выполняющей измерительные, управляющие и контрольные функции.Усложнение задач, стоящих перед экспериментальной , физикой и сложным аналитическим приборостроением, связана с совершенствованием электронной техники.В целом проблематика связи физического прибора с человеком посредством кибернетической системы является главным содержанием такой обширной области науки и 'техники, как автоматизация физического эксперимента, находящейся на стыке физической техники, прикладной математики,электроники и программного обеспечения (рис. I).Развитие микропроцессорной техники привело к "интеллектуализации" всех звеньев автоматических систем управление и контроль, сбор данных, первичная обработка.Микропроцессоры, встроенные п отдельные узлы .решают всо более сложные задачи.На первой стадии ("обработка I") используются математические методы, которые необходимо применять,как правиле, в реальном времени, или сразу же после эксперимента, для того,чтобы подготовить экспериментальные результаты к стадій теоретического анализа ("обработка II").
Математика первичной обработки ( mw )может быть реализована аппарзтно ( hw )или программно ( sw ),в зависимости от возможностей вычислительной техники.В последние годы наметилась тенденция создавать специализированные процессоры первичной обработки на основе заказных больших интегральных схем (БИС), что резко повышает производительность и надежность.Вместе с тем,необходимо выбирать и разрабатывать соответствующие математические методы, которые могут быть эффективно реализованными в вида аппаратных решений.
Данная работа посвящена методическим и практическим результатам,полученным автором в области сбора данных и первичной обработки при автоматизации физического эксперимента.Эти две задачи настолько переплетены, что на всегда удается в работе отделить одно от другого.Путеводной звездой в таких проблемах является общая теория сигналов, метода которой применены в данной
Зшзі'.чєская аспгргтура
нспер.лалт
ееіоматіїзьцм эксперимента
упреелзниэ а контроль
оООІУДОЕвЙИН
свор давні, х
обраоотка I
і/прсвлснне .экспериментом
HW<*MV*SW
:::з:
обработке II
теория
і^ис.І.Сорхооїка слГ>'а.чое б системах аЕТОмат^йьь.и» намного эксперимента
работе в различных приложениях.С помощью одних и тех да базовых идей удается решать задачи, связанные с совершенствованием структуры отдельных устройств, включая физическую аппаратуру, и систем' в целом, разработкой эффективных алгоритмов обрзботки.котарые воплощены в аппаратуру и в программы.
5 Шлью_рабдты является анализ и разработка эффективных методов корреляционной обработки и цифровой фильтрации сигналов в системах автоматизации научных исследования и их внедрение в практику научно-технического эксперимента.
В соответствии с далью работы в основные задачи исследования входят:
анализ возможностей повышения информативности радиоастрономических наблюдений методами структурного . совершенствования приемников , улучшения помехоустойчивости и пропускной способности систем сбора данных,
исследование структуры и алгоритмов подсистем корреляционной обработки и передачи данных радаоинтерферомвтров со сверхдлинной базой с целью повышения координатной точности и построения радиокзобрзжения с высокой разрешающей способностью, разработка специализированных процессоров корреляционной обработки с использованием современной технологии полузаказных БИС.
разработка алгоритмов двумерной обработки сигналов,в частности, радиоизображений с целью улучшения его качества перед оценкой параметров и распознаванием объектов.
_Научная_ндвизна_рзбдтаі_
І.На основе анализа структуры систем призма радиоастрономических сигналов предложены новые аппаратурные решения радиометрических каналов,позволившие улучшить реальную чувствительность радиотелескопов.
2.Предложены новые структуры систем сбора данных,позволившие повысить информативность уникального радиотелескопа с антенной переменного профиля.
3.Проанализировано влияние на координатную точность радиоинтерферометра со сверхдаинной базой аддитивных шумев и флуктуации фазы из-за турбулентности атмосферы и предложены новые метода синтеза широкой полосы приема и оптимизации геометрии радиоинтерфераметрическоа сети.
4.Разработаны комплекты больших интегральных схем,позволившие создать специализированные корреляционные устройства для радиоинтерфероштра со сверхдаинной базой и лазерной фотон-корреляционной спектроскопии.
5. Проанализированы системные. возможности создания ргдиоинтерферометрических комплексов для наблюдений за ; космическими радиомаяками и предлошны новые технические решения для реализации таких радаоинтерфврометров.
6.С далью повышения эффективности процедуры сбора данных при физических экспериментах предложен метод адаптивной дискретизации, позволяющий сократить время :,:'. лтершента и необходимые вычислительные ресурсы.
7.Разработаны и применены методы восстановления радиоизображения при двухдучевом диаграммном сканировании и при наблюдениях с кольцевой апертурой.
8.Разработан новый метод адаптивной экспоненциальной декомпозициии кривых затухания при импульсной лазерной флуориметрии.
__На_з|1Иту_выносятся1
аппаратурно-алторитмичвские методы повышения помехоустойчивости радиотелескопов, включающие в себя использование пилот-сигнала в кваздаодуляционноа схеме радиометра с несимметричной модуляцией и цифровые метода преобразования и передачи радиоастрономического сигнала,
результаты анализа и метода повышения координатной . точности радиоинтерферометра со сверхдлинной базой,
аппаратурные способы корреляционной обработки в радиоинтерферометрах со сверхдлшшой базой и фотон-ксрреляционнои спектроскопии,
метод коррекции радиоизобрадания при наблюденииях с двухлучевым сканированием и кольцевая, апертурой,
метод адаптивной дискретизации в физическом
эксперименте,
метод адаптивной экспоненциальной декомпозиции в импульсной лазерной флуориметрии.
Пр^ктизская_ц1вост^^аботь!А Разработанные аппаратурно-программныо решения нашли применение в практике радиоастрономических наблюдений и измерениях по методу фотон-корреляционной спектроскопии, в частности: Система сбора на радиотелескопе РАТАН-600 обеспечила соответствие большой интенсивности потока наблюдательных
данных и возможности vx регистрации.
Метод радиометрического приема с пилот-сигналом применен на уникальных радиометрах с охлажденными до температуры жидкого гелия входными усилителями и позволил получить рекордные по чувствительности обзорные данные на радиотелескопе РАТАН-600.
Метод обработки радиоизобракения успешно применен при построении изображений радаообьекта с высоким угловым разрешением при наблюдении в режиме кольцевой апертуры.
Разработанные специализированные большие интегральные схемы нашли применение в корреляционных процессорах радиоинтерферометрической сети со сверхдлинной базой и в корреляторах фотон-корреляционной спектроскопии,гибридные микросхемы коррелятора серийно выпускаются в промышленности.
Метод адаптивной многомерной дискретизации мбшт найти широкое применение в практике физических зксгеримвнтов и согласовать сверхбольшие потоки данных и ограниченные ресурсы систем сбора данных.
Апробашя_работы.Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: 11-я Всесоюзная конференция радиоастрономическая конференция по аппаратуре, антеннам и методам(г.Ереван,1978):1 Всесоюзная школа по радаоастрометрии (г.Симеиз,1979); 14-я Всесоюзная конференция "Радоастрономическая аппаратура, антенны и методы"(г.Ереван,1983);17-я Всесоюзная конференция "Радиоастрономическая аппаратура",(г.Ереван,1985);18-я Всесоюзная радиоастрономическая конференция (г.Иркутск,1986);Всесоюзая конференция "Люминесцентный анализ в медицине и биологии" (г.Рига,1988);Всесоюзное совещание да молекулярной люминесценции (г. Караганда, 1989) всесоюзная конференция "Метода и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов"(г.Рига,1989);Международная конференция "Latvian signal
processing international conference"(Г.РИГа,1990);Международная КОНфереНЦИЯ "Electronic Instrumentation in РЬузіс5"(Г.ДубНа,І99І);
8-й Международный Симпозиум по проблемам модульных информационно-вычислительных систем и сетей (г.Дубна,І99Г); 1-я Всесоюзная конференция "Распознавание образов и анализ изобрзтений" (г.Минск.1991); Б-я Международная школа -семинар ;
"Computing and Automation in Nuclear Physics and Astrophysics" (Г.СОЧИ,1992).
По материалам диссертации опубликовано 56 работ, в том числе одна монография (в соавторстве),33 статьи и 2 изобретения.
Стхктхва_и_об|ем_работыЛДиссертация состоит из введения,трех глав, заключения, списка литературы (НО наименовании), изложенных на 253 страницах, содержит 131 рисунок и 8 таблиц.
