Обработка информации осуществляется в несколько этапов, каждому из которых соответствует определённый набор методов, средств и операций (преобразование, регистрация, вычисление, отображение, анализ и оценка данных).
Первый этап связан с переработкой и оценкой экспериментальных данных напрямую в процессе испытаний и сбора первичных данных. Цель этапа — обеспечение взаимодействия технических средств, защита информации от искажений, введение информационных признаков, последующее определение места и времени создания данных, формирование носителей данных, а также проведение их экспресс-анализа.
К числу процедур, выполняемых на этом этапе, относятся различные виды аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований, кодирования-декодирования, записи информации на человеко- и машиночитаемых носителях и др.
Экспресс-анализ заключается в выборочном контроле первичных экспериментальных данных. Он осуществляется путём зрительного просмотра сигналов оператором, распечатки и графического представления информации, выполнения расчётов характеристик данных по испытательным и информационным процессам.
Целью экспресс-анализа является контроль качества экспериментальных данных и процесса испытаний, настройка аппаратуры и поправка программы испытаний или сбора данных. Экспресс-анализ выполняется, как правило, в реальном масштабе времени, поэтому он основывается на небольших объёмах информации и требует применения быстродействующих средств и удобства общения человека с машиной.
Экспресс-анализ может выполняться на любом из этапов сбора данных. Для более качественной обработки применяются многоканальные осциллографы, осциллографические самописцы, графопостроители, дисплеи и терминалы, печатающие устройства и ЭВМ.
Первичные экспериментальные данные и результаты экспресс-анализа поступают для дальнейшей обработки автоматически либо в виде дисков, осциллограмм и других носителей. Данные могут быть представлены в дискретной или аналоговой форме.
Второй этап обработки связан с подготовкой данных для ввода в ЭВМ и их первичной обработкой. Необходимость такой подготовки обусловлена имеющимся в ряде случаев различием типов и структуры сигналов носителей, форматов и алфавитов данных, быстродействия и других характеристик ЭВМ и носителей первичных экспериментальных данных.
Подготовка данных включает:
- выборочный контроль подготавливаемых данных;
- преобразование аналоговых сигналов в дискретные;
- считывание и преобразование в цифровую форму информации с различных носителей (видео-, фотоизображений графических записей на бумажных носителях и т.д.);
- уплотнение и объединение данных в машинные слова, блоки и массивы;
- временное хранение данных, поступающих по каналам передачи,
- перезапись данных с одних носителей на другие в том числе во внешние запоминающие устройства ЭВМ.
Первичная обработка заключается в обнаружении и устранении искажений полезных сигналов, отбраковке порченной информации, выборе участков записей для дальнейшей обработки, привязке параметров сигналов к параметрам физических объектов и процессов, учёте индивидуальных свойств датчиков и других технических средств.
На данном этапе значительная роль принадлежит испытателю. Зрительный просмотр данных, их анализ, выбор программ обработки, калибровки, линеаризации, отображения и регистрации данных в процессе первичной обработки выполняется экспериментатором. Часть операции выполняется автоматически.
К очистке сигналов относятся:
- обнаружение и устранение ложных выбросов — локальных величин или участков данных, существенно отличающихся от остальных величин числовой последовательности;
- фильтрация сигналов помех;
- приведение показателей процесса к физическим величинам (масштабирование, рабочее преобразование, выбор единиц измерения и т.п.) и отладка характеристик датчиков на основе их калибровочных зависимостей;
- уточнение частотных спектров сигналов и др.
Для выполнения предварительной обработки используется универсальное и специальное оборудование — средства отображения (осциллографы, графопостроители, дисплеи), устройства фильтрации и сглаживания сигналов, корреляторы, спектроанализаторы, формирователи машинных слов, обеспечивающие запись данных с носителей и паспортных данных считываемой информации, её сортировку, выборку соответственно паспортным данным, источникам, каналам, временным интервалам, упаковку в машинные слова, блоки, массивы и запись данных во внешние накопители ЭВМ. При выполнении перечисленных операций используются встроенные или самостоятельные микропроцессоры и ЭВМ.
Третий этап связан с организацией вычислительного процесса по выполнению полной обработки экспериментальных данных, формирования и оценки результатов, подготовки рекомендаций и решений по использованию результатов и управлению экспериментом. В большинстве испытательных систем полная обработка заключается в вычислении статистических показателей случайных процессов. Обработка может осуществляться в реальном времени и с предварительным накоплением исходных данных в памяти ЭВМ.
В режиме реального времени выполняется:
- построение дифференциальных и интегральных законов распределения случайных величин;
- вычисление оценок математического ожидания, дисперсии, коэффициентов неравномерности (асимметрии);
- определение доверительных интервалов и т.п.
При полной обработке помимо статистических характеристик случайных процессов определяются рабочие и эксплуатационные параметры объектов испытаний, оценивается их техническое совершенство и соответствие предъявленным требованиям, адекватность моделей, гипотез реальному поведению объектов и ходу процессов в условиях эксперимента.
Особую группу задач машинной обработки составляет управление и контроль состояния средств испытаний по сбору и обработке экспериментальных данных.
Машинная обработка экспериментальных данных осуществляется в рамках вычислительных комплексов и систем, состав и структура которых определяются типом системы испытаний, задачами испытаний, объёмом данных, методами обработки и способами организации вычислительного процесса.
В зависимости от числа ЭВМ различают одномашинные системы обработки данных и вычислительные комплексы (несколько ЭВМ). Системы обработки данных, настроенные на решение задач конкретной области, называются вычислительными системами.
Ориентация осуществляется как за счёт использования специальных ЭВМ и вычислительных комплексов, так и за счёт прикладных программ с операционными системами на основе стандартных ЭВМ и комплексов общего назначения. В системах испытаний используются оба способа. Специализированные ЭВМ и микропроцессоры используются в измерительных системах, системах передачи данных, для обработки, ввода и выбора специальных данных.
Структуры вычислительных систем разнообразны и могут подразделяться на сосредоточенные системы, локальные и глобальные вычислительные сети, системы телеобработки.
К прикладным задачам системного управления относятся: сбор данных, поправка массивов информации, обработка данных и выдача их пользователям, обеспечение диалога пользователя с системой, передача данных между пользователями, управление технологическими процессами и техническими подсистемами и др.
Каждой задаче соответствует ряд функций. К управляющим функциям относятся функции организации вычислительного процесса. Эти функции обычно выполняются программами операционной системы (ОС) и её расширениями. Их трудоёмкость определяется характером функций и не зависит от объёма вводимых и выводимых сообщений.
К числу основных функций управления относятся:
— подготовка системы к работе;
— отслеживание и синхронизация процессов в системе, обеспечивающие согласованное со случайными событиями внешней среды выполнение прикладных задач, а также распределение ресурса центрального процессора между одновременно выполняемыми задачами;
— обмен данными между прикладными задачами, позволяющий после выполнения некоторых прикладных функций подготавливать другие функции и передавать им необходимые данные. Обмен и отслеживание осуществляются программами ОС, а также за счёт специальных управляющих обменников, накапливающих запросы на выполнение прикладных задач, согласно порядку поступления этих запросов и их приоритета;
— обработка прерываний, при которой запрос на прерывание передаётся ОС определённой прикладной задаче, выполняющей функцию ввода или вывода;
— управление распределением свободных участков памяти между прикладными задачами.
Прикладные функции системы соответствуют технологическим этапам процессов преобразования входной информации рабочей задачи в выходную. Они подразделяются на функции ввода данных, вывода данных, записи, хранения и изменения массивов, поиска данных в массивах, а также приёма-передачи данных по каналам связи.