Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

История развития современных информационных систем




В 90-е годы прошлого века начали интенсивно развиваться локальные, региональные и глобальные вычислительные сети и информационные системы на базе цифровых линий связи с использованием коаксиальных, радиорелейных и спутниковых радиоканалов. Цифровые каналы передачи данных вычислительных сетях требуют уменьшения вероятности возникновения и уровня перекрестных помех, снижения влияния электромагнитных наводок, увеличения функциональных возможностей систем коммутации, повышение надежностных и эксплуатационных характеристик при одновременном снижении веса, габаритов, энергопотребления и стоимости изделий электронной техники. Перечисленные требования привели к необходимости использования высоких, сверхвысоких и крайне высоких частот, а также использования оптического диапазона и волоконно-оптических каналов передачи информации. Эти тенденции хорошо отражены в трудах ведущих российских ученых - академиков: Басова Н.Г., Прохорова А.М., Котельникова В.А., Гуляева Ю.В., Дианова Е.М. [1-6]; а также зарубежных ученых: Gauer Dj., Markuze R., Presby P. Mears R.G., Rashleigh S.C. и др. [8,16,17,20] Одновременно осуществлялся переход на новейшую элементную базу на основе интегральных полупроводниковых однокристальных моноблоков, больших интегральных схем (БИС) с высокой степенью интеграции и миниатюризации (акад. Алферов Ж.И., Hansperjer R., Irvin I., Robinson A.J. и др.) [1,4,5,6,12].

Особыми преимуществами для решения современных задач информационно-вычислительных систем и сетей имеет применение оптоволоконных линий связи и квантовых интегрально-оптических устройств[18-21]. Они удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к высокоскоростным цифровым каналам связи. Они также имеют хорошую совместимость с современными радиоканалами, радиоэлектронными и цифровыми устройствами на основе БИС[6,12]. Кроме того, оптоволоконные каналы имеют практически неограниченную широкополосность, закрытость информации от прослушивания и электромагнитных помех.

Последние достижения полупроводниковой квантовой электроники (акад. Басов Н.Г., Прохоров А.М., Алферов Ж.И.) [21] и одномодовой волоконной оптики (акад. Котельников В.А., Прохоров А.М., Дианов Е.М., Гуляев Ю.В.) [24], позволяют реализовать принципы когерентной оптической передачи и обработки информации. В когерентно-оптических приборах используется взаимодействие когерентных оптических волн и пучков, подчиняющихся законам волновой электродинамики и распространению радиоволн в пространстве. Для их описания применимы радиофизические принципы и методы обработки информации с применением методов нелинейной и статистической радиофизики, разработанных в работах акад. Хохлова Р.В. и проф. Ахманова С.А. и Чиркина А.С. [6,7].

Применение интерференционного взаимодействия когерентных источников оптического излучения (одночастотных полупроводниковых лазеров), позволяет осуществить гетеродинный и гомодинный прием сигналов с переходом из оптического в радио диапазон (Григорянц В.В., Моршнев В.А., Францессон А.В.) [25]. Использование внутриимпульсной линейной частотной модуляции (ЛЧМ) лазерного излучения позволяет получить солитонный режим в оптическом волноводе с хроматической дисперсией, а также повысить чувствительность и разрешающую способность мультиплексированных и распределенных систем сбора информации. Механизм интерференционного взаимодействия волн аналогичен сжатию линейно частотно-модулированного радиосигнала в согласованном фильтре на дисперсионной ультразвуковой линии задержки. Как и в радиотехнических системах, эти интерференционные взаимодействия дают возможность существенно повысить дальность передачи и увеличить широкополосность волоконно-оптических линий связи. Общие механизмы и волновые законы взаимодействия со средой позволяют считать когерентные системы радиооптическими и подчиняющимися законам радиофизики.

Переход на одномодовые волоконно-оптические линии связи и когерентные интегрально-оптические элементы позволил качественно улучшить характеристики отечественных технических средств связи и поднять их до уровня, не уступающего зарубежным [26]. В свою очередь, задача комплексной интеграции оптоэлектронных систем в современные телекоммуникационные системы типа "Интернет" требует коренного изменения принципов построения всей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и систем на её основе. Реализация программы комплексного подхода в создании Всероссийской информационно-вычислительной сети [25,26] позволит объединить её с глобальными спутниковыми и Европейскими волоконно-оптическими сетями и войти в международное глобальное информационное пространство в рамках сети "Интернет" и международной телефонной сети.

Волоконно-оптические системы сбора, обработки и передачи данных с удаленных объектов промышленных предприятий оказались наиболее эффективными там, где высок уровень электромагнитных помех а также во взрыво- и пожароопасных условиях, где необходима искробезопасность[27].

Методы оптической обработки информации, применение теории многомодовой и одномодовой интегральной оптики, а также принципов построения акусто-оптических (АО) и интегрально-оптических (ИО) вычислительных элементов привели к созданию схем и устройств обработки информации, совмещающих высокоскоростное аналогово-цифровые преобразования и спектральную обработку радиосигналов с последующей обработкой данных средствами вычислительной техники или систем управления [28,29]. Важной особенностью оптических систем обработки информации является возможность обрабатывать двумерные изображения (оптические изображения).

Процесс сближения радиофизических методов и радиотехнических решений с методами и решениями на основе когерентной интегральной и волоконной оптики позволяет говорить об успешном развитии нового научного направления известного как когерентная радиооптика [29]. В частности, далее будут показаны возможности применения в волоконно-оптических системах: спектрального уплотнения каналов (мультиплексирование) в оптическом диапазоне с последующим разуплотнением (демультиплексирование) в радиодиапазоне; гетеродинный и гомодинный прием; использование внутриимпульсной линейной частотной модуляции с последующим "сжатием" и выделением сигнала на фоне помех в радиочастотном диапазоне; использование радиофизических методов в абсорбционной спектроскопии.

Несмотря на быстрое развитие радиофизических идей и методов волоконной оптики, развитие и внедрение оптических информационно-телекоммуникационных систем сбора, передачи и обработки информации сдерживается из-за слабой разработки её отдельных элементов, слабой изученности физических механизмов и отсутствием наличия надёжных технологий их изготовления. Ранее такие устройства как разветвители, поляризаторы, модуляторы и дефлекторы изготавливались в виде объёмных элементов или планарных структур. Первые имели большие объемы и вес, управлялись высокими напряжениями и токами. Это приводило к низкому быстродействию, большим энергозатратам, высокой стоимости, большим габаритам и весу приборов и устройств. Для систем с планарными структурами требовались дополнительные дорогостоящие согласующие устройства и элементы сопряжения с волоконными световодами, которые, как правило, имели большие вносимые потери, высокую температурную нестабильность, подверженность влиянию внешних факторов (шумы, удары, вибрация). Технология их сложна и трудно воспроизводима.

Разработка когерентных волоконно-оптических систем передачи информации [25,26], оптических процессоров [27], специализированных вычислительных машин нового поколения[28], а также интегрально-оптических устройств для обработки радиосигналов и других быстропротекающих процессов[28] потребовала разработки специфической элементной базы и новых технологии изготовления основных элементов. Исследования, приведенные в последнее время, показали, что многие пассивные и активные элементы когерентных информационных систем могут иметь волоконно-оптическое исполнение. При этом сравнительно легко решаются проблемы интеграции волоконно-оптических датчиков, модуляторов, усилителей, ретрансляторов и аналого-цифровых преобразователей в единую волоконно-оптическую систему сбора, передачи и обработки информации. В большинстве случаев, волоконные элементы наиболее эффективны в больших локальных и региональных системах открытого доступа и высокоскоростных системах сбора информации и обмена данными.

Решение задач создания специализированной волоконно-оптической элементной базы когерентных информационных систем потребовало разработки новых радиофизических методов исследования, теоретической проработки, поиска новых конструктивных решений, а также разработки нестандартных типов волокон целевого назначения. Комплексный подход и систематизация разработок позволили найти нетрадиционные пути решения проблем повышения дальности и информационно-пропускной способности систем при одновременном снижении их энергопотребления и стоимости.

Наиболее важной проблемой построения такой элементной базы информационных систем была проблема создания промышленной технологии производства высококачественных оптических волокон и кабелей. Вначале были разработаны технологии изготовления изотропных и анизотропных одномодовых световодов с минимальными потерями и минимальной дисперсией [27]. Одновременно создавалось уникальное оборудование и технология для визуального отображения информации (электровакуумные, жидкокристаллические, светодиодные, лазерные, ионноплазменные панели и мониторы).

Разработанные оборудование и технология позволили приступить к созданию больших автоматизированных систем сбора и обработки информации и управления (АСУ).

Наряду с созданием оборудования, технологии и конструкций волоконно-оптических элементов создавались уникальные радиофизические методы исследования процессов, волноводных и полевых структур, а также метрологическое оборудование. В частности, разработаны методы исследования реализаций сигналов обратного релеевского рассеяния, модовых полей и передаточных характеристик световодов [27,28]. В последующем многие наработки этого направления послужили основой для создания волоконно-оптических чувствительных элементов и датчиков-преобразователей физических полей и воздействий [27-29]. На их основе были разработаны волоконно-оптические системы контроля метана и вредных примесей в атмосфере шахт, горнодобывающих предприятий и предприятий нефтехимической промышленности[29], а также лазерные и оптоэлектронные системы экологического мониторинга атмосферы городов с волоконно-оптическими сетями сбора информации[30].

Проведен ряд работ по исследованию электро- и магнитооптических эффектов в кристаллах и волоконно-оптических структурах[29-30]. На основе этих эффектов разработаны приборы контроля напряженности электрических и магнитных полей, а также, напряженности ВЧ и СВЧ-полей. Результаты теоретических исследований и разработок волоконно-оптических элементов для этих приборов вступили в стадию опытного производства и практических реализаций в радиотехнических системах, технике связи, сбора и обработки информации. Материалы по этой тематике ввиду новизны и приоритетности в большей части остаются закрытыми как в России, так и за рубежом. Реализации всех технологических этапов создания волоконно-оптических элементов и систем включая конструкции технологического и контрольно-измерительного оборудования, являются бережно охраняемыми «ноу-хау». В открытых публикациях, как правило, не содержится информации, необходимой для создания реальных устройств и комплексного решения проблем их создания.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...