Введение к работе
Актуальность темы.Современные экспериментальные исследования в физике, как правило, проводятся с помощью измерительно- вычислительных систем (ИЕС). Измерительная часть системы (измерительный прибор, измерительный преобразователь) преобразует сигналы, поступающие от объекта и окружающей среды, обычно з электрический сигнал, который затем математически преобразуется в интересующие исследователя зе лічиш.
Работа ЮЗС основывается на дзух математических моделях - системы "объект-среда-прибор" и системы "объект-среда". Первая модель описывает взаимодействие исследуемого объекта с окружающей средой и с измерительным 'прибором. Поскольку процесс измерения вызывает возмущение объекта и среды, задача интерпретации измерения заключается в том,чтобы на основе наблюдения над системой, описываемой первой моделью, получить наиболее точные значения параметров объекта, свойственные ненаблюдаемой системе "объект -среда" (невозмущен-кой процессом измерения), и получить оценку погрешности.
Такал образом, на выходе ИБО должны быть получены максимально точные значения параметров изучаемого объекта, причем не те, которые он имел при измерении, а свойственные его естественному состоянию з системе "объект-среда". Тем самым, измерительно -вычислительная система представляет то, что з экспериментальных исследованиях называют "идеальным измерительным прибором".
На самом деле, значение параметров объекта и оценка погрешности не являются исчерпывающим результатом интерпретации измерений, выполненных на ИБС. Дело в том, что этот результат определяется как данными измерений, так и вышеупомянутыми моделями, и возникает вопрос об адекватности используемых моделей и, как следствие -найденных значений параметров и погрешности. Поэтому результат интерпретации кроме значений параметров объекта и погрешности должен содержать характеристики, показывающие насколько можно доверять найденым значениям параметров и погрешности, и з какой степени используемые модели согласуются с результатами эксперимента. Такими характеристиками являются надежность модели и надежность интерпретации. Для моделей со стохастической априорной информацией надеж-
ность модели определяется как вероятность ошибочно отвергнуть модель на основании результатов измерений, соответственно надежность интерпретации определяется как вероятность ошибочно отвергнуть найденые значения параметров и оценку погрешности. Согласно сказанному, результат интерпретации следует считать тем более качественным, чем меньше погрешность и выше надежность.
Довольно часто оказывается, что результат интерпретации измерения, выполненного на измерительно-вычислительной системе с прибором высокой разрешающей способности, оказывается хуке, чем результат интерпретации такого хе измерения, выполненного на ИВС с прибором относительно низкой разрешающей способности. Таким образом требования, обеспечивающие высокое качество измерительных приборов как таковых и обеспечивающие высокое качество ИБО, существенно различны.
В диссертации изучены ИВС, включающая сканирующий туннельный микроскоп и предназначенная для исследования поверхностей, и ИВС, включающая сейсмометр и предназначенная для сейсмологических исследований.
Целью работы является:
построение моделей систем "объект -среда -прибор" для измерений на сканирующем туннельном микроскопе (СТМ) и сейсмометре;
решение задач интерпретации измерекій на ИВС, включающих эти приборы;
изучение качества интерпретации и определение предельных воз-' можностей ИВС на базе СТМ-и сейсмометра, как средств измерения характеристик поверхностей и сейсмических сигналов соответственно;
исследование вопроса о влиянии дополнительной и априорной информации на качество интерпретации измерений на упомянутых ИВС;
разработка средств компьютерного моделирования ИВС. Научная новизна. В работе впервые исследована ИВС на базе сканирующего туннельного микроскопа; определена ее предельная разрешающая способность как средства исследования структуры поверхностей на атомном уровне. Показано, что данные, полученные на микроскопе плохо описывают тонкие детали поверхности, в то время как результат интерпретации измерения на ИВС описывает эти детали достаточно точно. Дан метод определения надекности используемой модели СТМ.
'БперЕые исследована ИВС на базе сейсмометра, используемая как измеритель перемещения. Показано, что в случае точно кзеєсткой модели сейсмометра разрешающая способность ИВС существенно выпе разрешающей способности сейсмометра, причем стремление поеыспть точность сейсмоприемника как такового ггоиеодит к увелічению погрешности интерпреташш измерений на ИВС. Впервые исследован зопрос о влиянии дополнительной, в том числе нечеткой, информации на точность решения задачи интерпреташш. Показано, что нечеткая информация об исследуемом процессе приводит к заметному уточнению интерпретации. Разработано новое математическое и програмное обеспечение для моделирования указанных ИВС, в том числе при нечеткой дополнительной информации.
Практическая ценность. Полученные.з диссертационной работе результаты позволяют существенно расширить bosvos:-:octh измерений з сканирующей туннельной микроскопии и сейсмометрических исследованиях.
Созданный математический аппарат, математическое и программное обеспечение для исследования предельных возмокностей измерительно-вычислительных систем, их точности, разрешающей способности и надежности, могут быть использованы для анализа и интерпретации измерения во многих Физических исследованиях в оптике, спектроскоп, радиофизике, геофизике.
Структура и объеи работы. Диссертзция состоит иг введения, трех глав, заключения, изложена на 10 страницах машинописного текста и содержит список литературы из 31 наименований.