История радиолокации и инженерные предпосылки формирования кибернетики

Введение

Наша эпоха - это эпоха информационных технологий. То, что вчера казалось фантастикой, теперь все больше и больше похоже на реальность. Ведь наука в целом и телекоммуникации в частности очень и очень быстро развиваются в наше время. Без какой-либо магии положение нужного нам объекта можно определить с высокой степенью достоверности, до нескольких сантиметров.
Такими проблемами занимается область науки и техники, именуемая «радар». Этот термин происходит от латинского языка и буквально означает местонахождение радио. Поэтому в самом названии был определен предмет радиолокационных исследований, которым является наблюдение за различными объектами с помощью методов радиотехнологии - посредством обнаружения, распознавания, определения местоположения и других характеристик радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта, а затем возвращаются на радиолокационную станцию, где радиолокационная станция анализирует их, чтобы определить точное местоположение объекта.












1. Хроника истории радиолокации

Термин местоположение (и его различные производные) произошел от латинского слова locatio-размещение, распространение, что означает, что местоположение объекта определяется излучаемым сигналом (звуковая волна, тепловая волна, световая волна, электромагнитная волна и т. Д.). самим объектом (пассивное положение)) и сигнал, отраженный самим устройством (активное положение).
Следует отметить, что свойства локации (способность определять положение количественного объекта относительно себя или его положение в пространстве) принадлежат многим животным и людям - бинауральный эффект или так называемый. Биологическое позиционирование [7, с.140].
По применяемым методам и техническим средствам локация звука (гидравлическая, звуковая, эхо), радиолокационная (электромагнитная) и позже: оптическая (лазерная) локализация, планетарная (радиолокационная астрономия) и загоризонтная (ионосферная) радиолокация.
Изначально, во время Первой мировой войны, появился гидролокатор (устройство, которое может обнаруживать самолеты по звуку двигателя) - так называемые. Детектор звука.
В части создания звуковых извещателей, входящих в состав средств управления огневой мощью артиллерийской ПВО (ПУАЗО), в Советском Союзе работали: Центральная радиолаборатория (ЦРЛ), Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ), Военная артиллерийская академия им. Дзержинского (ВАУ) и главная лаборатория исследований артиллерийского приборного вооружения Артиллерийского бюро (НИЛАП ГАУ). С 1929 по 1930 годы первые образцы звуковых детекторов испытывались на подмосковном полигоне. В 1931 году родился прототип системы «Прожзвук» (большой звуковой детектор и 1,5-метровый электрический прожектор) [6, с.45].
Предпосылками к созданию и дальнейшему развитию радара являются несколько исторических фактов:
Явление отражения радиоволн наблюдал Г. Герц в 1886–1889 гг. В 1897 г. А.С. Попов (во время эксперимента по радиосвязи в Балтийском море) зафиксировал влияние траектории радиоволны корабля на мощность сигнала (передатчик установлен в «Европе» Верхний мост транспортного корабля «Африка», приемник установлен на крейсере «Африка»);
В 1904 году немецкий ученый-изобретатель Кристиан Хульсмейер [1881-1957] ясно изложил в своей патентной заявке (патент № 165546 от 30 апреля 1904 года) идею обнаружения судов посредством радиоволн, отраженных от кораблей, и содержит подробные описания реализации устройства. Позже, в том же 1904 году, он получил второй патент (N169154) на усовершенствование своего радиолокационного оборудования [9, с.115].
В 1914 г. гражданин России И. И. Ренгартен выполнил проектный проект радиопеленгатора;
В 1916 году французы П. Ланжевен и К. Шиловский изобрели ультразвуковой гидролокатор;
В сентябре 1922 года два экспериментатора Хойт Э. Тейлор и Лео К. Янг, служившие в ВМС США, провели эксперимент по радиосвязи на 10-метровой волне (3-30 МГц) на реке Потомак. В это время мимо реки проходил корабль, и связь была прервана, что побудило их рассмотреть возможность использования радиоволн (метод непрерывной интерференции колебаний) для обнаружения движущихся объектов;
В 1921 году американец A.U. Hell изобрел магнетрон (его промышленная версия была готова в 1928 году). Это позволило позже разработать радиолокационные станции (радары) СВЧ диапазона.
В 1924 году британский ученый Э. Эпплтон измерил высоту слоя Кеннелли-Хевисайда (слой «E» ионосферы, от которого отражаются радиосигналы) 10-метровой волны [9, с.58];
В 1925 году британские ученые Г. Брейт и М. Туков опубликовали результат определения рабочей поверхности высоты слоя Кеннелли-Хевисайда путем измерения времени задержки импульсного сигнала, отраженного от слоя, относительно сигнала, приходящего по земной шар;

2. Инженерные предпосылки формирования кибернетики

До недавнего времени использование современных математических методов в биологических и социально-экономических науках было очень ограниченным. Только за последние несколько десятилетий произошло значительное увеличение использования теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследований операций, связанного анализа, математического планирования и других областей. математический метод. Теория и практика кибернетики напрямую основаны на использовании математических методов в описании и исследовании систем и процессов управления, основанных на построении соответствующих математических моделей и решений этих моделей на высокоскоростных компьютерах. Поэтому одним из важнейших методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления [7, с.140].
Одним из важнейших методологических принципов кибернетики является применение системных и функциональных методов к описанию и исследованию сложных систем. Точка зрения системного анализа - анализ общих проблем и объектов с точки зрения взаимосвязанных элементов.
Функциональный анализ направлен на выявление и изучение функциональных последствий определенных явлений или событий для объекта исследования. Поэтому функциональный подход включает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе системы управления.
Основная цель кибернетики как науки об управлении - изучить структуру и механизм управления такими системами, организацию их работы, такие взаимодействия элементов в этих системах и такие взаимодействия с внешней средой. Результатом работы системы является лучший, то есть как можно быстрее достичь определенной производственной цели с наименьшим потреблением ресурсов (сырье, энергия, рабочая сила, машинное время и т. д.). [5, с. 69]
Все это можно обобщить термином «оптимизация». Поэтому основная цель кибернетики - оптимизация системы управления.
Инженерная кибернетика - это научная основа для разработки и построения систем комплексной автоматизации производственных процессов, систем транспортировки, орошения и распределения природного газа, атомных электростанций и систем управления космическими аппаратами. В сложной системе управления (где люди напрямую задействованы в качестве важного звена в системе) человеко-машинные проблемы, связанные с разумным распределением функций между людьми и автоматическим оборудованием, являются одной из основных проблем технической кибернетики.
Наибольшая интеграция человеческих и автоматизированных функций реализована в кибернетических организмах. Кибернетические организмы - это устройства, в которых люди и автоматизированная физическая и интеллектуальная деятельность в высшей степени симбиотичны. Такие роботы, как роботизированные руки, все чаще используются для управления объектами в труднодоступных средах или средах, представляющих угрозу для жизни человека. Участие человека в функциях систем автоматического управления привело к тому, что психическое состояние оператора, помимо его физических характеристик, стало очень важным. Это породило техническую психологию, которая является новым направлением научных исследований и тесно связана с важнейшей задачей технической кибернетики - разработкой методов использования психофизиологических характеристик человека при разработке и эксплуатации сложных человеко-машин [8, с.145].




Заключение

К основным теориям кибернетики относятся: теория передачи сигналов, теория оптимального управления, теория распознавания образов, теория алгоритмов. За исключением инструментов анализа в кибернетике, вы используете мощные инструменты для синтеза решений, которые генерируются аппаратами математического анализа, линейной алгебры, геометрии выпуклых множеств, теории вероятностей и математической статистики, а также в других областях применения. математики, такой как программирование, информатика и другие производные дисциплины. Чтобы оценить общую достоверность кибернетики и коммуникации, мы прибегаем к историческим фактам. Перед этим было установлено, что в 1948 году г-н Винер опубликовал свою знаменитую книгу «Кибернетика, или управление и коммуникация в животном и в машине». С тех пор термин кибернетика как новая отрасль науки неизбежно ассоциировался с именем Н. Винера, хотя важные достижения в этой области также принадлежат другим ученым. Но конечно г-н Винер является первооткрывателем, связанного с задачами и алгоритмами управления в технических системах в живых существах и в государстве. Новая наука произвела революцию. Он не фокусируется на физических объектах и отношениях между ними. Свойства целого нельзя получить, исследуя его части.