1. Измерительно-информационные системы. Введение.

Назначение ИИС

• системы для сбора информации о среде – мониторинг внешней среды

• системы управления технологическими процессами

• системы контроля и диагностики объектов

• системы для испытаний и исследования объектов.

1. Обобщенная структура иис

Рисунок 1

- цифровой сигнал

- аналоговый сигнал

Структура преобразований от источника информации к получателю

П ричины потери информации при преобразованиях от источника к получателю.

Рисунок 2

Ошибки, возникающие во время преобразований:

1 – ошибки внешних воздействий среды

2 – ошибки аналогового преобразования

3 – ошибки аналогового канала связи

4 – ошибки АЦП

5 – ошибки цифрового канала связи

6 – ошибки обработки

7 – ошибки отображения

8 – ошибки, связанные с особенностями получателя информации

2. Формула Шеннона и ее толкование.

Количество информации, передаваемой из одного места в другое, зависит от:

1. Продолжительности времени, которое она поступает, т

2. Полосы частот, используемой для передачи информации (чем шире полоса частот, тем больше информации), f

3. Отношения сигнал-шум, σс2/σш2

S _c(f)

S_ш(f)

S_c(f)

S_ш(f)

f

f_min f_max

Рисунок 3

S_c(f)– спектральная плотность информационного сигнала

S_ш(f)– спектральная плотность шума

f_min - f_max = F

I = T F log₂ (1 + σ_с²/σ_ш²)

I – количество информации, передаваемой за время T

Т – время передачи

F – полоса частот, в которой передается информация

σ_с²/σ_ш² – отношение сигнал/шум – отношение мощностей

log₂ (1 + σ_с²/σ_ш²)

I

T

F

Рисунок 4

I сохраняется, если любую из этих координат изменять в пользу другой координаты. Отношение σ_с²/σ_ш² изменить нельзя (шум не зависит от нас, мощность передатчика задана), значит можно изменить T и F.

Влияние фактора времени T на получение информации при малых отношениях С/Ш, на примере передачи одного двоичного символа (импульса, разряда)

Т

2Т

S_ш

1/2Т 1/Т 2/Т f

Рисунок 5

При увеличении Т спектр сигнала расширяется, что увеличивает количество информации.

Принятие решения о наличии «1» или «0» с помощью интегрирования и сравнения с порогом.

«1» случайный сигнал

U(t)

t

U_∫(t)

U_пор

t1 t2 t

Рисунок 6

t1-t2=T

Интегрируем этот процесс (шум центрированный, он не имеет постоянной составляющей, значит стремится к 0)

Сравниваем с U_пор: -если значение больше U_пор, то - «1»

-если значение меньше U_пор, то – «0»

Влияние расширения полосы частот F на увеличение объема информации.

Увеличивать F «до бесконечности» не возможно, F- ограничена.

3. Связь условной вероятности и потери информации.

Пусть

x_i – измерения, которые мы можем получить

P(x_i) – вероятность появления x_i

Чем меньше вероятность получения x_i тем больше информации несет данное измерение, и наоборот.

I(x_i) = log₂ (1/ P(x_i)) = -log₂ P(x_i)

Если есть шумы, то х_i изменяется в y_i

P(x_i /y_i) - условная вероятность, учитывает потерю информации

P(x_i) * P(x_i /y_i) - полная вероятность

I(x_i,y_i) – взаимная информация

Тогда количество информации в y_i об x_i

I(x_i,y_i) =[ log₂ (1/ P(x_i) P(x_i/y_i)] = log₂ P(x_i) - log₂ P(x_i/y_i)