3.4.4 Кодирование

Кодирование- процедура сопоставления дискретному сообщению вида: ai (i=1, 2, 3, …,к) определенной последовательности кодовых символов, выбираемых из конечного множества различных элементарных кодовых символов: bi (i=1, 2, 3, …,m).

3.4.5 Коды в иит

Кодом называется любое обозначение, отличное от общепринятого. В кодировании используются различные типы кодов: равномерный, неравномерный, избыточный, безизбыточный, помехоустойчивый, оптимальный.

Базовыми являются коды Морзе и Шеннона - Фанно.

Код Морзе: наиболее часто встречающимся знакам присваиваются наименее короткие и наоборот.

Код Шеннона – Фанно: принцип кодирования состоит в следующем: множество кодируемых знаков разбиваются на две группы, так, чтобы вероятности их встречаемости были одинаковыми.

Наличие избыточности в сообщении часто оказывается полезным и даже необходимым, т.к. позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, т.е. повысить достоверность воспроизведения его. Если избыточность в сообщении не используется для повышения достоверности, то она должна быть исключена. Это достигается использованием специального статистического

кодирования. При этом избыточность сигнала уменьшается по отношению к избыточности сообщения.

Избыточное кодирование уменьшает неопределенность воспроизведения передаваемого сообщения, т.е. уменьшает ошибки при его приеме.

Избыточностью кода называют разность между средней длинной слова и энтропией.

Избыточность находят следующим образом:

R=1-Hф/Hм, где:

Hф - фактическая энтропия,

Hм - максимальная энтропия.

3.4.6 Структура и технические средства измерительной системы

Понятие "средство измерений" является одним из важнейших в теоретической метрологии.

Средство измерений — это техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Средство измерений является обобщенным понятием, объединяющим самые разнообразные конструктивно законченные устройства, которые реализуют одну из двух функций:

• воспроизводят величину заданного (известного) размера - например, гиря — заданную массу, магазин сопротивлений — ряд дискретных значений сопротивления;

• вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины.

Очевидно, что СИ должны содержать устройства (блоки, модули), которые выполняют эти элементарные операции. Такие устройства называются элементарными средствами измерений. В их число входят измерительные преобразователи, меры и устройства сравнения

Измерительный преобразователь — это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе и выполняющее одно частное измерительное преобразование, т.е. операцию преобразования входного сигнала X в выходной Y, информативный параметр которого с заданной степенью точности функционально связан с информативным параметром входного сигнала и может быть измерен с достаточной степенью точности. Информативным параметром входного сигнала СИ является параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряемой величиной.

Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного (одно­значная мера) или нескольких (многозначная мера) размеров, зна­чения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Устройство сравнения (компаратор) — это средство измерений, дающее возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.

Обобщенная структурная схема СИ показана на рис. 1. Входным сигналом является измерительный сигнал, один из параметров которого однозначно связан с измеряемой ФВ:

где а₀ — информативный параметр входного сигнала; T(t) — измеряемая ФВ; а₁, а₂, ..., а_n— неинформативные параметры входного сигнала. Неинформативным параметром входного сигнала СИ называется его параметр, не используемый для передачи значения измеряемой величины.

Входной сигнал преобразуется измерительным преобразователем в пропорциональный ему сигнал X₁. Следует отметить, что преобразователь может отсутствовать, тогда входной сигнал будет подаваться непосредственно на один из входов устройства сравнения. Однако в большинстве случаев он входит в состав СИ.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема средства измерения

Сигнал с выхода измерительного преобразователя поступает на первый вход устройства сравнения, на второй вход которого подается известный сигнал с выхода многозначной меры. Роль меры могут выполнять самые разные устройства.

Сравнение измеряемой и известной величин осуществляется при помощи устройства сравнения. Роль последнего в простейших СИ, имеющих отсчетные шкалы, выполняет человек.

Устройство сравнения дает информацию, о том, какое значение выходного сигнала многозначной меры должно быть установлено автоматически или при участии оператора. Процесс изменения прекращается при достижении равенства между величинами X₁ и Хм с точностью до кванта [Q].

Таким образом, структурная схема, показанная на рис. 1, описывает три возможных варианта:

• СИ включает все блоки и вырабатывает сигнал Y₁, доступный восприятию органами чувств человека. Возможно формирование выходных сигналов Y₁ и Y₂, предназначенных только для преобразования другими СИ;

• СИ состоит только из измерительного преобразователя, выходной сигнал которого равен Y₃;

• СИ содержит только меру, выходной сигнал которой равен Y₂. В общем случае выходной сигнал Y(X) описывается выражением

Y=Y{ b₀[Х], b₁, b₂, ..., b_m, S₁, S₂,...,S_L, ξ_1, ξ_2,…, ξ_k}, где b₀[Х] -информативный параметр выходного сигнала, функционально связанный с информативным параметром входного сигнала; b₁, b₂, ..., b_m — неинформативные параметры выходного сигнала; S_1, S_2,…, S_L — параметры СИ, зависящие от его методической и аппаратной реализации; ξ_1, ξ_2,…, ξ_k — влияющие величины. Неинформативным параметром выходного сигнала СИ называется параметр, не используемый для передачи или индикации значения информативного параметра входного сигнала.

В заключение отметим, что СИ могут работать в двух режимах: статическом и динамическом. Статический режим — это такой режим работы СИ, при котором изменением измеряемой величины за время, требуемое для проведения одного измерения, можно пренебречь. В динамическом режиме такое пренебрежение недопустимо, поскольку указанное изменение превышает допустимую погрешность.