Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров

Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров

Автор: Соловьёв, Сергей Юрьевич

Шифр специальности: 05.11.16

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2005

Место защиты: Москва

Количество страниц: 223 с. ил.

Артикул: 3298828

Автор: Соловьёв, Сергей Юрьевич

Стоимость: 250 руб.

Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров  Разработка инструментальных средств отработки блоков информационно-измерительных и управляющих систем с использованием оптоэлектронных процессоров 

Введение.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1. Оптоэлектронные устройства обработки информации как элементы информационноизмерительных и управляющих систем
1.1.1. Анализ алгоритмов обработки информации в информационноизмерительных и управляющих системах и средств их реализации
1.1.2. Характеристика оптоэлектронных процессоров.
1.1.3. Классификация оптоэлектронных процессоров
1.1.4. Конструктивнотехнологические особенности процессоров
1.1.5. Средства программирования оптоэлектронных процессоров в информационноизмерительных и управляющих системах.
1.2. Анализ методов и средств моделирования процессов обработки информации с использованием оптоэлектронных линейноалгебраических процессоров
1.2.1. Виды моделирования.
1.2.2. Обобщнное описание модели оптоэлектронного линейноалгебраического процессора
1.2.3. Типовые схемы моделирования
1.2.4. Способы описания алгоритмов
1.2.5. Выбор способа моделирования
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕМЕНТОВ И АЛГОРИТМОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНЕЙНОАЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРАХ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
2.1. Структура математических моделей оптоэлектронных элементов как информационных устройств
2.2. Математическая модель полупроводниковых лазерных диодов
2.2.1. Физические основы работы полупроводниковых лазерных диодов.
2.2.2. Модель полупроводниковых лазерных диодов, учитывающая статические свойства
2.2.3. Модель полупроводниковых лазерных диодов, учитывающая динамические свойства
2.2.4. Модель полупроводниковых лазерных диодов, учитывающая стохастические свойства.
. Математическая модель пространственновременных модуляторов света.
2.3.1. Физические основы работы пространственновременных модуляторов света
2.3.2. Модель пространственновременных модуляторов света, учитывающая статические свойства
2.3.3. Модель пространственновременных модуляторов света, учитывающая динамические свойства.
2.3.4. Модель пространственновременных модуляторов света, учитывающая стохастические свойства.
2.4. Математическая модель примников излучения в
2.4.1. Физические основы работы примников излучения.
2.4.2. Модель примников излучения, учитывающая статические свойства
2.4.3. Модель примников излучения, учитывающая динамические свойства.
2.4.4. Модель примников излучения, учитывающая стохастические свойства.
2.5. Модели электронных устройств оптоэлектронных линейноалгебраических процессоров .
2.5.1. Аналогоцифровые преобразователи
2.5.2. Цифроаналоговые преобразователи
2.5.3. Цифровые вычислительные устройства
2.6. Анализ операции векторноматричного перемножения.
2.6.1. Математическое описание операции векторноматричного перемножения.
2.6.2. Последовательные алгоритмы матричного перемножения
2.6.3. Параллельные алгоритмы матричного перемножения
2.7. Алгоритмы векторноматричного перемножения в оптоэлектронных линейноалгебраических процессорах
2.7.1. Базовая архитектура оптоэлектронного векторноматричного перемножителя
2.7.2. Представление данных в оптоэлектронных векторноматричных перемножителях.
2.7.3. Аналоговый алгоритм.
2.7.4. Алгоритм БМАС с временным интегрированием.
2.7.5. Алгоритм БМАС с пространственным интегрированием
2.7.6. Алгоритм ЭМАС с частотным разделением каналов.
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНЕЙНОАЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРАХ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
3.1. Методика моделирования процессов обработки информации в оптоэлектронных линейноалгебраических процессорах информационноизмерительных и управляющих систем
3.1.1. Формальное описание методики моделирования
3.1.2. Критерии сравнения алгоритмов вычислений в оптоэлектронных линейноалгебраических процессорах.
3.1.3. Алгоритм оценки влияния отклонений параметров оптоэлектронных элементов от номинальных значений на точность вычислений
3.2. Программноаппаратный комплекс для отработки алгоритмов обработки информации в оптоэлектронных линейноалгебраических процессорах
3.2.1. Структура программноаппаратного комплекса.
3.2.2. Автоматизированный комплекс для исследования характеристик оптоэлектронных элементов и узлов
3.2.3. Инструментальная система математического моделирования
3.2.4. Натурный стенд
3.3. Анализ вычислительной производительности оптоэлектронных векторноматричных перемножителей.
3.3.1. Подходы к оценке вычислительной производительности оптоэлектронных векторноматричных перемножителей.
3.3.2. Вычислительная производительность оптоэлектронных векторноматричных перемножителей, работающих по аналоговому алгоритму и алгоритму ИМАС.
3.3.3. Сравнение вычислительной производительности оптоэлектронных векторноматричных перемножителей и электронных микропроцессоров при вычислении произведения вектора и матрицы
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНЕЙНОАЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ
4.1. План моделирования.
4.2. Испытания оптоэлектронных элементов.
4.2.1. Исследуемые параметры оптоэлектронных элементов.
4.2.2. Идентификация статических и динамических параметров математических моделей оптоэлектронных элементов
4.3. Математическое моделирование алгоритмов вычислений в оптоэлектронном векторноматричном перемножителе.
4.3.1. Структура и функционирование математической модели
4.3.2. Формирование случайных процессов
4.3.3. Отладка и тестирование разработанных моделей
4.3.4. План математического моделирования
4.3.5. Исследование влияния изменения коэффициента передачи канала управления током накачки лазерных диодов на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов.
4.3.6. Исследование влияния изменения тока смещения лазерных диодов на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов
4.3.7. Исследование влияния изменения дифференциальной квантовой эффективности лазерных диодов на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов.
4.3.8. Исследование влияния изменения порогового тока лазерных диодов на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов
4.3.9. Исследование влияния изменения коэффициента передачи канала управления напряжением смещения модулятора на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов.
4.3 Исследование влияния изменения коэффициента преобразования информационного потока в ячейке модулятора на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов.
4.3 Исследование влияния изменения спектральной чувствительности фотопримников на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов.
4.3 Исследование влияния изменения темнового тока фотопримников на точность вычислений при моделировании без динамических искажений и шумов
4.3 Исследование влияния динамических характеристик оптоэлектронных элементов процессора на точность и время вычислений
4.3 Исследование влияния шумов оптоэлектронных элементов процессора на точность вычислений.
4.4. Натурная отработка оптоэлектронного векторноматричного пере
4.4.1. Структура натурного стенда
4.4.2. Исполнение оптической части макета
4.4.3. Исполнение электронной части макета.
4.4.4. Результаты макетирования и перспективы развития.
4.4.5. Проверка адекватности методики моделирования
4.5. Анализ результатов программноаппаратной отработки
4.6. Требования к параметрам оптоэлектронных элементов и электронных блоков 1 Выводы по главе 4 в
Заключение
Список использованных источников


Во второй главе диссертационной работы рассмотрены математические модели элементов ОЭЛАП и алгоритмы векторноматричного перемножения, применимые для реализации в высокопроизводительных ИИУС реального времени с использованием ОЭЛАП. В третьей главе диссертационной работы приведено описание разработанной методики моделирования и программноаппаратного комплекса для отработки процессов обработки информации в высокопроизводительных ИИУС реального времени с использованием ОЭЛАП, а также представлен анализ вычислительной производительности ОВМП. В четвртой главе диссертационной работы приведены результаты экспериментальной проверки предложенной методики моделирования. ГЛАВА 1. Обработка информации в ИИУС подразумевает выполнение одного или нескольких алгоритмов, обеспечивающих вычисление оценок измеряемых сигналов, их фильтрацию, статистическую обработку, корреляционный и спектральный анализ, формирование управляющих воздействий, а также осуществление различных преобразований. Наиболее распространнные алгоритмы обработки информации в ИИУС представлены в табл. Таблица 1. Сглаживание Действительная область время или волновое число динамическое усреднение с весами свртка. Продолжение табл. Повышение достоверности сигнала и разрешающей способности Обращение свертки Действительная область рекуррентные методы метод одновременной релаксации, метод последовательной релаксации и др. Теоретической основой для выполнения указанных алгоритмов служат методы численного анализа. Особое место среди таких методов занимает преобразование Фурье наиболее типичное интегральное преобразование. В качестве базовой операции во многих алгоритмах используется векторноматричное перемножение. Выполнение этой операции для данных большой размерности требует существенных вычислительных затрат, что ограничивает быстродействие и функциональные возможности ИИУС. В настоящее время при реализации алгоритмов обработки информации почти повсеместно используются цифровые методы. ЦОС, а также программируемые логические интегральные схемы ПЛИС и заказные БИС. При использовании микропроцессоров алгоритмы получают программную реализацию, которая характеризуется высокой гибкостью и хорошими возможностями адаптации к конкретным особенностям применения. Недостаток программной реализации состоит в сложности обработки многомерных данных и относительно невысоком быстродействии МП, что связано с последовательным характером вычислений. Большая эффективность обработки информации достигается при аппаратной реализации алгоритмов на основе ПЛИС или заказных БИС, однако разработка таких систем является весьма трудомкой. Оптоэлектронные процессоры представляют собой ВУ, сочетающие оптические и электронные средства обработки информации . Основные характеристики электронных и оптических средств обработки информации приведены в табл. Электронные средства обработки информации базируются на достижениях полупроводниковой интегральной технологии. Элементарными носителями информации в полупроводниковых устройствах являются электроны материальные носители наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе. Важнейшее достоинство электронных средств состоит в простоте реализации переключательных функций, позволяющей строить на основе электронных схем различные цифровые устройства обработки информации. Это свойство полупроводников используется в универсальных и специализированных микропроцессорах, микроконтроллерах, ПЛИС, микросхемах памяти и микросхемах цифровых периферийных устройств ЭВМ. Таблица 1. Скорость обработки информации Ю6. Ю8 опс 0. В настоящее время технология производства полупроводниковых устройств обеспечивает тактовую частоту порядка нескольких ГТц, что позволя
ет достичь скорости обработки информации . Цифровые электронные устройства, как правило, выполняют последовательную обработку информации. Наиболее естественными для цифровых электронных ВУ являются логические операции. Однако реализация нейросетевых алгоритмов, выполнение интегральных преобразований требует значительных вычислительных затрат и сопряжена со многими сложностями. Электронные ВУ обладают высокой чувствительностью к электромагнитным помехам и не обеспечивают высокой степени защиты информации.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.207, запросов: 241