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1、 电子信息系统 黄翔东Email xdhuang Office 26D 334 第一章电子信息系统概述 电子信息系统定义目前尚无统一定义由数据采集 数据处理 数据管理与传输 网络技术 数据库 数据输出等模块组成 即按照一定应用目的和规则对信息进行采集 加工 存储 传输 检索等处理的系统 课程特点 1 广泛性 传感技术 模拟信号接口技术 数字信号处理与DSP技术 数据库技术 计算机网络与信息传输技术 2 实用性 3 有机性 课程学习目的 学会用所学的各门理论课知识 信号与系统 通信原理 数字信号处理 电子技术等课程 去解释各行业的技术规范 反过来进一步加深对理论的认识 在提高理论联系实际能力的基
2、础上 具备应对日新月异的电子信息行业的适应能力 灵活掌握电子信息系统的结构和关键技术 提高工程设计能力 为日后工程设计实践打下基础 要求了解电子信息系统的组成 了解或掌握其中的传感器技术 模拟信号输入 输出技术 数字信号处理与DSP技术 数据库技术 计算机网络技术等关键技术 提高理论联系实际的水平 学习材料 目前没有覆盖全部内容的单本教材 参考书 计算机网络第4版 荷 AndrewS Tanenbaum著 潘爱民译 清华大学出版社 计算机网络第5版 英文版 荷 AndrewS Tanenbaum著 潘爱民译 清华大学出版社 电子信息系统基础 蓝鸿翔 戴蓓倩主编 高等教育出版社 物联网导论 第2
3、版 刘云浩编著 科学出版社 嵌入式微处理器模拟接口设计 第二版 美 StuartR Ball著 刘谦译 电子工业出版社 补充的材料来自Internet 实例1 自动控制系统 自动控制 在无人直接参加的情况下 利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程 自动控制系统 是由控制装置和被控对象所组成 它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体 并对被控对象进行自动控制 控制器 对被控对象起控制作用装置的总体 被控对象 要求实现自动控制的机器 设备或生产过程 输出量 表现于控制对象或系统输出端 并要求实现自动控制的物理量 输入量 作用于控制对象或系统输入端 并可使系统具有预定功能或
4、预定输出的物理量 扰动 所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素 称为干扰量或扰动量 闭环控制系统 开环系统精度不高 适应性不强 将输出量引入到输入端 使输出量对控制作用产生直接的影响 形成闭环控制系统 自动控制系统的组成 实例2 智能交通信号控制系统 功能数据采集和监控交通控制和优化系统干预系统监视系统日志管理 实例3 3S系统 地理信息系统 GeographicInformationSystem 是用于输入 存储 查询 分析和显示地理数据的计算机系统 遥感 RemoteSensing 指用间接的手段来获取目标物状态信息的方法 遥感一般有三个要素 目标物 传感器和测量方法 全球定位系统
5、 GlobalPositioningSystem 是一个中距离圆型轨道卫星定位系统 它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准 三套全球卫星定位系统的比较 美GPS1994年投入运行 24颗卫星 耗资120亿美元 成功应用于军事和民用领域 俄Glonass GLObalNAvigationSatelliteSystem 前苏联从1995年建成 24颗卫星 耗资30多亿美元 2006年重新投入使用 欧盟伽利略计划 伽利略卫星定位系统的最高精度比美国GPS高10倍 如果说GPS只能找到街道 伽利略系统则可找到车库门 欧洲航空航天局专家欧盟2002年正式批准的一项战略科研项目 目标
6、是建成一个覆盖全球的卫星导航系统 计划耗资27亿美元 30颗卫星 2005年12月28日 成功发射首枚实验卫星 至2006年1月12日 共有中国 以色列 乌克兰 印度 摩洛哥和韩国加入计划 中国北斗 2000 10 31北斗一号2009 4 15北斗二号2012 2 25北斗十一号2012 4 30北斗12 13号 长征3号乙火箭 一箭双星 2012年 北斗 系统已覆盖亚太地区 2020年 预计 北斗 系统左右覆盖全球 组成 空间端 地面端和用户 四大功能 定位 导航 授时和短报文通信服务发展历程 双星定位过程与原理 工作过程 1 由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号 经卫星转发器
7、向服务区内的用户广播 2 用户响应其中一颗卫星的询问信号 并同时向两颗卫星发响应信号 经卫星转发回中心控制系统 3 中心控制系统接收并解调用户发来的信号 然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理 双星定位过程与原理 工作原理 依据两个时间延迟 延时1 从中心控制系统发出询问信号 经某一卫星转发到达用户 用户发出定位响应信号 经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟 延时2 从中心控制系统发出询问信号 经上述同一卫星到达用户 用户发出响应信号 经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟 双星定位过程与原理 工作原理 由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的 因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫
8、星的距离 以及用户到两颗卫星距离之和 从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面 和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上 另外中心控制系统从已存储在数字化地形图查寻到用户高程值 又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上 从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标 这个坐标经加密由出站信号发送给用户 优势与劣势 优势 1 定位和通信双重作用 具有GPS不具备的短信通讯功能 2 定位精度正逐步提高 20米 10米 7米 3 成本低 需要卫星少 目前终端已经趋于GPS终端价格 4 采用接收终端不需铺设地面基站 劣势 1 主动式定位 需要客户机向卫星发送信息 这样容易暴露 2 定
9、位计算过度依赖中心控制系统 实例4 物联网 概念的提出物联网实际是中国人的发明 整合了美国CPS Cyber PhysicalSystems 欧盟IoT InternetofThings 和日本U Japan等概念 是一个基于互联网 传统电信网等信息载体 让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络 普通对象设备化 自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征 2009 感知中国 2005国际电信联盟 ITU互联网报告2005 物联网 指出无所不在的 物联网 通信时代即将来临 1995BillGates 未来之路 物物互联 物联网的基本思想出现于20世纪90年代 物联网的其他定义 物联
10、网组成 综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层 1 感知识别层 物联网 感知识别层 通过感知识别技术 让物品 开口说话 发布信息 是融合物理世界和信息世界的重要一环 是物联网区别于其他网络的最独特的部分 物联网的 触手 是位于感知识别层的大量信息生成设备 既包括采用自动生成方式的RFID 传感器 定位系统等 也包括采用人工生成方式的各种智能设备 例如智能手机 PDA 多媒体播放器 上网本 笔记本电脑等等 感知识别层位于物联网四层模型的最底端 是所有上层结构的基础 2 网络构建层 1 2核心技术 2 网络构建层 网络是物联网最重要的基础设施之一 网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理
11、服务层 具有强大的纽带作用 高效 稳定 及时 安全地传输上下层的数据 3 管理服务层 管理服务层位于感知识别和网络构建层之上 综合应用层之下 是物联网智慧的源泉 人们通常把物联网应用冠以 智能 的名称 如智能电网 智能交通 智能物流等 其中的智慧就来自这一层 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层 如果不能有效地整合与利用 那无异于入宝山而空返 望 数据的海洋 而兴叹 管理服务层解决数据如何存储 数据库与海量存储技术 如何检索 搜索引擎 如何使用 数据挖掘与机器学习 如何不被滥用 数据安全与隐私保护 等问题 4 综合应用层 实践出真知 物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用 传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化 典型应用包括文件传输 电子邮件 万维网 电子商务 视频点播 在线游戏和社交网络等 而物联网应用以 物 或者物理世界为中心 涵盖物品追踪 环境感知 智能物流 智能交通 智能电网等等 物联网应用目前正处于快速增长期 具有多样化 规模化 行业化等特点 电子信息系统典型结构
