Рациональное представление информации

3. Рациональное представление информации

При ракетно-космических исследованиях наметилась постоянная тенденция к росту космических измерений и регистрации на борту летательного объекта информации. На ракете – носителе Сатурн – 5 системой измерения контролировалось около 2400 сигналов, а объем измерений в одном пуске достигал 6 млрд. двоичных слов. Для космического аппарата «Аполлон» этот объем возрос на порядок при количестве датчиков равном 20 тыс. Для космического объекта типа «Пионер – 10», предназначенного для проведения измерений в дальнем космосе, объем измерений равен  двоичных слов. Эти обстоятельства обусловливают необходимость увеличения скорости передачи информации по радиоканалам.

Стоимость радиоканала передачи информации в настоящее время соизмерима, а иногда превышает стоимость бортовой системы. Однако по оценкам специалистов в связи со сложностью алгоритма вторичной обработки информации при анализе характеристик летательного и космического аппарата обычно используют 5-10% данных, полученных с борта. Для вычисления вероятностных характеристик наблюдаемых параметров бывает достаточно обработать 0,1-1% полученной информации. Т.о, эффективность бортовой системы измерений низка, несмотря на затраты значительных средств. В связи с этим системы телеизмерений на борту стали превращаться в бортовые системы сбора и обработки информации (БССО). Одна из первых систем БССО была разработана для ракет типа ТИТАН -3.

Эта БССО выполняла следующие задачи:

1.  Адаптивный опрос и сжатие телеметрической информации.

2.  Вычисление статистических характеристик наблюдаемых процессов.

3.  Кодирование информации с контролем достоверности.

4.  Определение летно-тактических характеристик бортовой системы.

Благодаря использованию ЭВМ стало возможно перенести на борт целиком или частично обработку измеряемых данных. Только таким путем, а не увеличивая пропускную способность канала передаваемой информации, можно решить задачу передачи возрастающего объема сведений. Дальнейший рост скорости передачи информации в УКВ и СВЧ диапазонах затруднен. Поэтому, начиная с 1965 года, начинают интенсивно изучаться различные методы рационального представления информации.

Основные направления исследований:

1.  Согласование частот опросов с характеристиками сигнала в случае регулярных выборок и заданном способе восстановления сообщения.

2.  Разработка эффективных обобщенно-дискретных представлений сообщений.

3.  Разработка квазиобратимых методов сжатия данных.

4.  Исследование методов эффективного кодирования.

5.  Определение помехоустойчивых кодов и узкополосных методов модуляции.

Натурные испытания алгоритмов квазиобратного сжатия данных на ракете “Полярис” показали, что при точности восстановления данных 1% средний коэффициент сжатия составляет 12-30. Использование системы сжатия данных на космическом аппарате “Апполон” сократило затраты на 200 млн. $. Наибольшего эффекта в смысле сокращения избыточности следует ожидать от реализации методов необратимого сжатия, которые не позволяют восстановить на приемной стороне передаваемую реализацию как функцию времени.

4. Точностные характеристики передаваемой информации

Для характеристики точности передаваемой информации в РТМС применяют различные показатели верности. В соответствии с введенной выше классификацией необходимо получить оценки точности величины, функции и совокупность величин.

1.  Величина (рисунок 3), где - текущая ошибка.

Рисунок 3

В качестве показателя верности используется:

1.  Среднеквадратическое отклонение (СКО)

 , (4)

где - операция усреднения,  - среднее значение ошибки.

2.  Среднеквадратическое значение (СКЗ)

. (5)

3.  Относительная ошибка

, где .

В ряде случаев бывает удобно приводить ошибки не к шкале , а к эффективному значению сигнала. Для эргодических процессов СКЗ сигнала совпадает с эффективным значением.

. (6)

Тогда эффективная относительная ошибка равна: .

Обычно в РСПИ используется понятие отношения сигнал/шум, связанное с эффективной относительной ошибкой соотношением: .

2.  Функция (рисунок 4), где  - текущая ошибка.

Рисунок 4

В качестве показателей верности используются математически вводимые расстояния:

, (7)

. (8)

3.  Совокупность величин (рисунок 5), где , , …, - текущая ошибка.

Рисунок 5

При оценке совокупности величин в качестве показателя вероятности используют:

(9)

(10)

Заключение

Радиосвязь - одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, их можно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системы радиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиям окружающей.

Наиболее характерными для современных РСПИ являются три формы представления сообщений, которые формируются на борту и передаются по линиям связи:

1.  Сообщения о наличии/отсутствии некоторого априорно известного сообщения (включения/выключения двигателей, удары метеорита).

2.  Сообщения о величинах характеризуют значения параметров в определенный момент времени.

3.  Сообщения о процессах должны с заданной точностью воспроизводить процессы на определенном отрезке времени, т.е. в этом случае также необходимо производить калибровку амплитуды и масштабирование по времени.

Список литературы:

1.  Радиотехнические методы передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Ковальчук и др.; Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь. 1990. 304с.

2.  Системы радиосвязи: Учебник для вузов / Н.И. Калашников, Э.И. Крупицкий, И.Л. Дороднов, В.И. Носов; Под ред. Н.И. Калашникова. М.: Радио и связь. 1988. 352с.

3.  Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.

4.  Кириллов С.Н., Стукалов Д.Н. Цифровые системы обработки речевых сигналов. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 1995. 80с.