Системы оптической обработки информации

Проблемы становления государственности в РФ.

Современное российское право: функции и источники.

Современное российское государство: функции и форма.

 

 

 

Процесс становления правовой государственности занимает длительное историческое время, совершенствуется с формированием гражданского общества. Правовое государство не вводится единовременным актом (даже если - Конституцией), ведь процесс должен быть органически пережит обществом. Проблема не только юридическая. Необходимо коренное преобразование социально-экономической и политической системы, преобразование собственности, т.к. при господстве монопольной государственной собственности, требуется жесткая административно-командная власть, правовое государство невозможно.

Трудности: бесперспект положение в области прав человека, рост преступности, коррупция, расцвет бюрократизма и т.д.

Между властью и обществом стоит стеной отчуждения бюрократия, власть по-прежнему остается неким таинством. Нельзя думать, что чисто механическое заимствование западных идей привнесет в РФ согласие, порядок. Теоретически конструкции надо адаптировать к российской действительности, для которой характерны: невысокий уровень политической и парламентской культуры, правовой нигилизм, слабость демократических традиций, чиновничье-аппаратное засилье. Ряд оговорок, учитывать отношение россиян к праву как к социальному инструменту, историческая приверженность к сильному государству, низкую природную активность и инициативу. Помнить, что правовое государство - это скорее идеальный тип.

Россия создаст свой образ правового государства, который будет органичен её истории, традициям, культуре.

 

 

Преподаватель: д.т.н., профессор

Денисов Лев Константинович

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра РЛ-2

 

Москва, 2012 г.

Лекция 08/02/2012

Оптические методы обработки информации

В последнее время находят все более широкое применение в решении важных научных и технических задачах, связанных с обработкой больших объемов информации.

К таким задачам относятся:

- изучение природных ресурсов

- анализ сельскохозяйственных полей по аэрокосмическим системам

- по распознаванию объектов различной природы на фотографиях, рентгеновских снимках, используемых в медицине, биологии астрофизике и др.

- задачи, сложно решаемые с помощью традиционных ЭВМ: быстрая обработка многоканальных эл-х сигналов, получаемых с помощью сейсмических, акустических и радиационных станций для обнаружения движения объектов в воздухе, под водой, под землей

- создание оптических систем памяти для записи, хранения и оперативной выдачи патентно-технологической и конструкторской документации в системах автоматического регулирования.

Хорошо известным фактом является то, что основной проблемой исследования природных ресурсов Земли из космоса является обработка видеоинформации. Для иллюстрации объемов этой информации и скорости ее поступления достаточно знать, что только 1 снимок, полученный с многозонального фотоаппарата, охватывает площадь 100х100 км с разрешением 10 метров содержит приблизительно 10^8 бит информации. На Землю поступает ежедневно несколько сотен таких снимков. Для их передачи служат цифровые радиолинии, работающие со скоростью 10-100 мбит/сек и более.

Сопоставление этих параметров современных вычислительных машин со скоростью подачи информации показывает невозможность построения на их основе систем обработки информации, работающих в реальном масштабе времени. Это и вызывает необходимость разработки и создания систем регистрации, обработки и хранения космической информации.

Оптические методы позволяют создавать как аналоговые так и цифровые системы обработки информации. Наиболее распространенной является аналоговая обработка информации.

Когерентные аналоговые оптические вычислительные машины используются для решения специальных классов задач (обработка радиолокационных сигналов, спектральный и корреляционный анализ, распознавание образов).

Характерной чертой аналоговых оптических вычислительных машин является тот факт, что все элементы информации на входе преобразуются в ??? сигнал на выходе одновременно.

Благодаря этому, достигается ограниченная производительность более 10^12 операций/сек. В то же время такие вычислительные машины, так же как и электронно-аналоговые, имеют небольшую точность вычислений (приблизительно 1% погрешности).

Необходимость преодоления такой точности вычислений и технической гибкости как в электронной технике заставили разработать опто-электронные элементы и функциональные узлы:

1. Трансфазор

2. Волновые логические элементы

3. Волновые логические узлы

Трансфазор – оптический аналог электрического транзистора, является оптическим бистабильным прибором, способным преключаться в одно из двух четко разграниченных состояний за время, измеряемое [пс], и может иметь полные размеры, соизмеримые с размерами электрического транзистора.

Для поддержания бистабильного состояния в трансфазере необходима мощность порядка10 пВт и Е=10 ^-15 Дж. В результате чего энергетическая добротность трансфазора достигает значений 10 ^-14 , что на 2-3 порядка больше, чем у электрического транзистора.

Лекция 15/02/2012

Успехи интегральной оптики позволяют надеяться, что технологии получения оптических логических схем и функциональных устройств на базе трансфазера, смогут конкурировать с электронной технологией. В частности, может быть построена оптическая машина с быстродействием 10 ¹⁰ операций в сек.

Можно считать, что успешно эксплуатируется голографические архивные системы памяти для хранения буквенного цифровых изображений (информации и изображений).

В настоящее время имеются образцы оперативных голографических устройств большой емкости для ЭВМ, что и свидетельствует о перспективности голографических методов в решении проблем памяти будущих ЭВМ.

В настоящее время аналоговые оптические процессоры осуществляют параллельную обработку больших 10000х10000 массивов носителей информации методами пространственно частотной фильтрации. Такие методы являются наиболее развитым средством среди всех устройством оптической обработки информации. Это связано с тем, что в подобных устройствах с помощью Фурье объектива осуществляется сложное интегральное преобразование (преобразование Фурье) входного распределения. Оно осуществляется мгновенно (правда с измеренной точностью, часто уступающей вычислительным машинам). Целый ряд интегральных преобразований осуществляются ЭВМ с большими затратами машинного времени, даже при использовании специальных процессоров быстрого преобразования Фурье. За последние 20 – 30 лет, благодаря развитию голографии и лазерной техники, широкое распространение получило оптические методы обработки изображений.

Оптические системы обладают определенной скоростью выполнения операций и естественным образом приспособлены к параллельной обработке больших объемов информации в следствие двумерности оптических сигналов. Этим и объясняется широкий интерес к оптическим методам обработки информации, которые нисколько не ослабиваются при последовательном развитии цифровой вычислительной техники. Оптические методы обработки информации могут быть основаны на использовании как когерентного, так и некогерентного излучения.

Когерентные системы для обработки изображения являются более гибкими, хотя и не лишены недостатков. В частности, существенным тормозом в развитии когерентных методов является СПЕКЛ шум.

В связи с этим продолжают развиваться и некогерентные методы обработки информации. Появились так же новые методы, основанные на использовании частично когерентного света.

Одним из возможных подходов создания быстродейственных и высокопроизводительных машин с параллельной обработкой больших массивов информации является использование опто-электронных гибридных вычислительных машин (ГВМ), которые объединяют цифровой электрический процессор и аналоговое устройство параллельного действия или оптический процессор. Под оптическим процессором понимают устройство параллельной обработки одномерной и двумерной информации, в которой операции над информационными массивами осуществляются при помощи пространственно временных преобразований и детектирования модулированных во времени и пространстве волновых полей оптического диапазона.

При обработке информации при использовании КОП выполняется три основных операции:

1) Преобразование обрабатываемого сигнала в оптический когерентный сигнал

2) Осуществление над когерентным оптическим сигналом требуемой математической операции

3) Преобразование когерентного сигнала описывается результатами вычислений, зарегистрированных на некотором оптическом носителе

Итоги:

Достоинства ОП:

1) Скорость (быстродействие)

2) Большой объем информации, который можно обрабатывать параллельно

Трансфазор – оптический транзистор

Достоинства трансфазера:

1) Маленькое время срабатывания

2) Осуществление моментального преобразования Фурье

Элементная база оптических аналоговых вычислительных устройств

1. Для любых оптических схем первое – это источник излучения (когерентный или некогерентный). Самый лучший для нас – это лазер. Некогерентные источники – это лампы, ртутная и ксеноновая (наиболее используемые).

В ОП в качестве источник света используется лазер, так как он обладает высокой степенью когерентности. В основном используют три типа лазеров:

1) Газовый (атомарные и ионные)

2) Твердотельные

3) Полупроводниковые

Из газовых лазеров наиболее совершенные атомарные лазеры (He-Ne, 632,8 нм), которые работают в режиме непрерывной генерации. Они имеют приемлемые габариты, мощность излучения 10 – 100 мВт. Достоинством этих лазеров является стабильность излучения и большой срок службы. Большую мощность генерации обеспечивают ионные лазеры, среди которых выделяют аргоновый. 10 Вт при длине волны излучения 0,488 и 0,5145 мкм. Недостатком аргоновых лазеров является высокая стоимость и низкая эффективность преобразования электрической мощности в оптическую.

Твердотельные лазеры наиболее приспособлены для работы в импульсном режиме. К ним относятся: рубиновый (0,6943мкм) и АИГ:Nd3+ 1,06мкм и 0,532 мкм (2-ая гармоника). Рубиновый лазер имеет энергию генерации Eген=1 – 10 Дж и длительность импульса порядка долей мс. Модулятором добротности длительность импульса сокращается до десятков секунд.

К « - » этого лазера:

· Нестабильность излучения

· Малая частота повторения импульсов и малый срок службы

Перспективный тв. лазер АИГ, который может работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В импульсном режиме выходная мощность АИГ достигает 1ГВт, τ_имп=10 нс => Е_ген=10 Дж, ν_{повторения имп}=1 Гц (из-за большой мощности этот лазер очень сильно греется). В непрерывном режиме работы выходная мощность составляет 50 Вт для основной поперечной моды и 500Вт для многомодового излучения. « - » этого лазера такие же как и у рубинового. Но « + » является длина волны генерации 532 нм.

Полупроводниковые лазеры во многих направлениях являются наиболее перспективными, т.к.

· Малогабаритные

· Высокоэффективные

· Низкая стоимость

· Удобны в обращении

Типичным представителем является инжекционные лазер AsGa (0,82 – 0,89 мкм в зависимости от температуры). 0,84 мкм при температуре жидкого азота, как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При комнатной температуре он генерирует только в импульсном режиме. τ_имп=100 нс, f=1кГц, λ=0,9 мкм. Средняя мощность излучения достигает 1 Вт.

« - »

· Низкая пространственная когерентность

· Относительно широкий спектр излучения (10 ангстрем)

· Значительная угловая расходимость (20 градусов)

В настоящее время получены параметры AsGa с шириной спетра 0,3 ангстрем (используют ЭФП).

При выборе лазера необходимо учитывать требования к его характеристикам.

Запись информации 10⁴ бит на S=1 мм². Если запись голограммы на обычном фотоматериале для голографии, то необходимые световой импульс 0,1 мс при мощности 1 – 10 мВт с учетом потерь света в дефлекторе, в этом случае более пригодны He_ne лазеры. Для выделения нужной длительности из непрерывного излучения газового лазера используют специальные селекторы.

Для получения качественных голограмм с выскокой плотностью хранения информации ЛИ должно обладать высокой степенью пространственной и временной когерентностью. Когерентные свойства ЛИ определяются его модовой структурой. Временная когерентность (длина когерентности) характеризуется числом продольных мод, генерируемых одновременно. Если лазер в непрерывном режиме генерирует и излучает только одну продольную моду, то можно считать, что временная когерентность абсолютна. С увеличением числа продольных мод, генерируемых одновременно, временная когерентность лазера уменьшается.

Пример:

Для импульсного лазера в режиме генерации 1ой продольной моды длина когерентности составляет 1м. Что достаточно для ГЗУ (графическое запоминающее устройство).

Пространственная когерентность ЛИ определяется его поперечной модовой структурой, в этом случае, желательно, чтобы генерировалась одна поперечная мода.

Наиболее высокими когерентными свойствами обладает основная поперечная мода ТЕМ 00, которая наибольшую равномерность освещенности в сечении ЛИ.

Лазер, способный генерировать 1 поперечную (основную) и одну продольную моду, называют одночастотным. Именно такой лазер обладает наивысшей временной и пространственной когерентностью. Что необходимо для использования в когерентных оптических системах хранения и обработки информации.