ДС Радиооптика_1 / Литература ч.1 / История техники связи

34ПИОНЕРЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЕКА. История развития теории связи

Âкниге В И. Бунимовича впервые были развиты: общий метод решения задач, связанный с действием флуктуаций на детектирующие устройства, который впоследствии широко применялся многими исследователями; методы решения задач, связанных с прохождением шумов через детекторы с различными характеристиками; теория модуляционного измерителя некогерентного излучения (радиометра); рассмотрена задача совместного действия шумов и сигнала на квадратичный и линейный детекторы. Изложение материала иллюстрировалось примерами применения представленных в книге методов. Книга В.И. Бунимовича сыграла весьма существенную роль в развитии научных исследований в данной области. Значи- тельный вклад в развитие статистической радиотехники в последующие годы внесли крупнейшие отечественные ученые профессора Б.Р. Левин, Р.Л. Стратонович

èВ.И. Тихонов.

Работая в ИРЭ, В.И. Бунимович занимался проблемами теории оптимального приема сигналов, созданной академиком В.А. Котельниковым. В конце 50-х — начале 60-х гг. он получил ряд фундаментальных результатов [9, 10] по теории обнаружения и оценки параметров слабых сигналов, принимаемых на фоне слу- чайных шумов.

Заключение

В.И. Бунимович — замечательный отечественный ученый, один из тех, кто в середине ХХ столетия дал новое направление научным исследованиям в области теории связи, к сожалению, не получил того мирового признания, которое получили другие ученые, работавшие за рубежом. В СССР, тоталитарном государстве, права и свободы отдельной личности игнорировались. Поэтому отечественные ученые в основной массе были лишены возможности свободного общения и обмена научными идеями со своими коллегами, работавшими над подобными же проблемами в других странах. Это наносило существенный ущерб развитию отечественной науки. Ни разу в жизни В.И. Бунимович, как, впрочем, и многие другие крупные советские ученые, не принимал участия в регулярно проводимых за рубежом международных научных конференциях по проблемам теории связи. Только в 1960 г. ему удалось выехать в качестве туриста на две недели в Чехословакию.

О той смертельной опасности, которую несет тоталитарное государство для развития духа нации и ее интеллекта, предупреждал великий русский философ Николай Бердяев, высланный в 20-е гг. из СССР коммунистическим режимом. Он писал:

«Тоталитарное государство есть царство сатаны. Государство не смеет касаться духа и духовной жизни... Выносимы лишь те государства, которые имели бы символику ценности человека, а не величия государства». История показала, насколько верна эта мысль.

Однако ничто не может остановить стремление человека познавать, любить и хотеть. Человеком, охваченным жаждой творчества, был и В.И. Бунимович. Ему посчастливилось открыть новое направление в науке, которое во второй половине ХХ столетия разрабатывалось многими отечественными и зарубежными учеными.

На чные тр ды В.И. Б нимовича

1.Воздействие флуктуационного напряжения и сигнала на нелинейную систему / Докл. на Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной 5-летию изобретения радио А.С. Поповым. Май 1945.

2.Преобразование флуктуаций нелинейной системой // ЖТФ. 1946. Т. 16. С. 631—650.

3.The effect of the fluctuations and signal voltage on a non linear system // Journ. of Physics USSR. 1946. Ò. 10. P. 35—48.

4.Бунимович В.И., Леонтович М.А. О распределении числа больших отклонений при электрических флуктуациях // Докл. АН СССР. 1946. Т. 53. Вып. 1.

5.Флуктуационный процесс как колебание со случайными амплитудой и фазой // ЖТФ. 1949. Т. 19. С. 1231—1259.

6.Чувствительность радиометра // ЖТФ. 1950. Т. 20. С. 944—953.

7.Выбросы напряжения флуктуационных шумов // ЖТФ. 1951. Т. 21. С. 625—636.

8.Флуктуационные процессы в радиоприемных устройствах. М.: Сов. радио, 1951.

9.Приближенное выражение вероятности правильного обнаружения при оптимальном приеме с неизвестной фазой // Радиотехника и электроника. 1958. ¹ 4.

10.Бунимович В.И., Морозов В.А. Об оценке частоты узкополосного сигнала на фоне белого шума // Радиотехника и электроника. 1962. ¹ 1.

Гарри Ван ТРИС

Мир стареет в былых надеждах, Но сегодня, как и вчера, На плечах эту землю держат И несут на себе Мастера!

Руки вещие простирая К перекресткам звездных миров,

Время движется Мастерами и надеется на Мастеров.

Роберт Рождественский

Введение

Разные люди в разной степени наделены творческим и созидательным даром. Поэтому, как было верно подмечено Иосифом Бродским, «…демократический принцип, столь желанный во всех сферах человеческих начинаний, неприменим, по меньшей мере, в двух из них — в искусстве и науке. В этих двух сферах применение демократического принципа приводит к знаку равенства между шедевром и хламом, между открытием и невежеством». Люди, наделенные творческим даром, вершат историю: они вносят ощутимый вклад в развитие человеческой цивилизации и поднимают человечество на новую ступень. Эти люди составляют элиту человеческого общества. Их жизнь оказывает значительное влияние на других людей, показывая колоссальные возможности человеческой личности, утверждая ту важнейшую истину, что жизнь человека имеет осмысленную цель — совершенствовать себя и окружающий мир. Лишь на этом пути человек может достигнуть счастья и заслужить благодарную память потомков.

Сфера влияния крупной личности не ограничена кругом ближайших учеников и последователей. Она гораздо шире и нередко охватывает людей, живущих в разных концах земного шара. В этом смысле деятельность творческих личностей способствует не только обогащению духовной сферы человечества путем распространения определенных идей и знаний и изменению материальных условий жизни, но также, что имеет особо важное значение, способствует единению всех живущих на Земле людей. Они являются катализаторами прогресса всего человечества. Их влияние особенно усиливается сейчас, в связи с быстрым и глобальным развитием во всем мире телекоммуникаций, объединяющих людей в единое информационное общество.

В ряду ученых, внесших значительный вклад в развитие теории связи, Гарри Ван Трис не относится к первооткрывателям новых научных направлений, подобно В.А. Котельникову, С.О. Райсу, К. Шеннону, Н. Винеру, Р.Л. Стратоновичу, Д. Миддлтону. Однако Г. Ван Триса следует отнести к тем энциклопедически

образованным ученым, кто, обобщив огромный теоретический материал, разработанный предшественниками, и представив его в систематизированном и методи- чески отработанном виде, открыл возможность освоить его тысячам специалистов во всем мире.

Гарри Ван Трис является одним из крупнейших американских ученых в области связи и одним из тех Мастеров, благодаря которым время, согласно выражению Р. Рождественского, «…движется вперед».

Биографический очерк

Гарри Ван Трис получил степень бакалавра в Военной академии США, позже в университете штата Мэриленд — магистерскую степень, а в 1961 г. в Массачусетском технологическом институте (МТИ) защитил докторскую диссертацию.

Период с 1961 по 1972 г. — это время активной академической деятельности Г. Ван Триса. Он — профессор МТИ, активно ведет исследовательскую работу и занимается преподаванием.

В 1972 г. начинается новый период в жизни Г. Ван Триса, который продолжается до 1988 г. В это время он занимает ответственные посты в крупных государственных компаниях, производящих радиоэлектронное оборудование для армии США.

Ñ1972 по 1975 г. он был главным научным специалистом государственного Агентства военной связи. Он разрабатывает программу научных исследований, организует для ее реализации инженерный центр, а в составе этого Агентства — Управление по разработке военных систем спутниковой связи. Его деятельность направлена на замену в военной связи морально устаревших аналоговых систем цифровыми.

Ñ1975 по 1978 г. Г. Ван Трис — помощник вице-президента Корпорации спутниковой связи по разработке перспективных систем связи; возглавляет отдел систем связи и, в частности, разрабатывает планы развития системы ИНТЕЛСАТ.

Ñ1979 по 1981 г. он занимает руководящие посты в управлении Минобороны США, ответственном за проведение исследований, разработку и закупку командных, связных и разведывательных систем. Годовое финансирование новых разработок этих систем составляло 30 млрд долл. Деятельность Г. Ван Триса в этот период тесно связана с проектированием архитектуры военных спутниковых систем. В частности, он инициатор программы создания системы MILSTAR.

Ñ1981 г. он работал сначала вице-президентом, а с 1985 г. — президентом одного из отделений крупнейшей государственной компании M/A-COM по производству радиоэлектронного оборудования для армии США. В этой компании 1600 специалистов разрабатывали модемы и декодеры для систем связи, а также спутниковые терминалы для военных систем. Компания выпускала терминалы для наземной и спутниковой связи в диапазоне метровых волн, модемы, терминалы для ядерных сил США и для президентской связи. Годовой объем производства компании составлял 90 млн долл.

Ñ1988 г. Г. Ван Трис возглавлял созданный им в Университете Джорджа Масона

âКалифорнии крупный научный Центр перспективных исследований в области управления, связи и разведки, был почетным профессором информационных технологий и проектирования систем связи.

38ПИОНЕРЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЕКА. История развития теории связи

Ã.Ван Трис — почетный член Международного института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), Информационного агентства США, член Национальной академии наук США, почетный член общества связи и других общественных и правительственных групп, занимающихся проблемами связи и информатизации.

Научные результаты в области теории связи

Гарри Ван Трис получил основные научные результаты в годы работы в МТИ. Его докторская диссертация была значительным научным исследованием, в котором разработана методология синтеза нелинейных систем управления с обратной связью. Эта работа выполнена под руководством профессора Ю.В. Ли — известного американского ученого, ученика и близкого сотрудника Норберта Винера в Группе статистической теории связи — одного из подразделений лаборатории электроники МТИ, сотрудником которой Г. Ван Трис состоял в 1959—1963 гг. В этой работе использовался математический аппарат функциональных рядов Вольтерра. Впервые такой подход к исследованию нелинейных систем, на входе которых действуют полезные сообщения, искаженные гауссовским шумом, был развит Винером. Позже этот метод стал широко применяться для расчета нелинейных систем управления и радиотехнических систем.

Докторская диссертация Г. Ван Триса была опубликована в 1962 г. издательством МТИ в виде книги «Синтез оптимальных нелинейных систем управления». В 1964 г. ее перевели и издали в СССР. Развитый в ней подход к исследованию нелинейных систем позже был применен Г. Ван Трисом к исследованию явления порога при приеме частотно-модулированных (ЧМ) сигналов с помощью систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Данная проблематика в конце 60-х гг. была весьма актуальна для систем спутниковой связи, в которых широкое применение находили системы с ЧМ.

Несколько оригинальных научных работ Г. Ван Триса посвящены анализу помехоустойчивости оптимальных систем приема ЧМ-сигналов и систем разнесенного приема ЧМ-сигналов в каналах с переменными параметрами. Им был предложен простой метод определения порогового уровня сигнала для систем ФАПЧ, используемых для демодуляции ЧМ-сигналов. При больших уровнях полезных сигналов ФАПЧ работает в линейном режиме, и в этом режиме анализ ее помехоустойчивости позволяет легко определить величину среднеквадратической ошибки слежения за фазой принимаемого сигнала. Г. Ван Трис предложил простой эвристический критерий для определения порогового уровня ЧМ-сигнала, согласно которому порог при приеме ЧМ-сигналов с помощью системы ФАПЧ наступает тогда, когда среднеквадратическое значение ошибки слежения за фазой принимаемого сигнала становится равным 0,2 рад. Этот критерий определения порогового уровня согласуется с данными экспериментальных исследований.

Научные результаты были получены Г. Ван Трисом в работах, посвященных анализу потенциальной помехоустойчивости приема аналоговых сигналов. Он рассмотрел проблему одновременной передачи нескольких сообщений по параллель-

ным каналам связи и получил интегральные уравнения, в которые входят корреляционные функции передаваемых сообщений, отношения сигнал/шум в каналах связи и корреляционная матрица частных производных передаваемых по каналам связи сигналов по информационным параметрам. Эти результаты являются важным обобщением классического неравенства Крамера—Рао на случайные процессы. Решение полученных Г. Ван Трисом уравнений позволяет определить нижнюю границу среднеквадратической оценки полезных сообщений, передаваемых по этим каналам.

Наиболее значимой заслугой Г. Ван Триса является создание уникальной четырехтомной монографии по теории оптимального приема сигналов в разных каналах связи. Эта книга была переведена и издана в России и Китае. В ней обобщены и изложены с единых позиций многочисленные результаты теории оптимального приема дискретных и аналоговых сигналов, полученные более чем за 30-летнюю историю ее развития.

Во всех томах книги приведено большое число задач разной сложности, предназначенных для углубленного изучения основного материала. Автор создавал ее для трех категорий специалистов. К первой относятся студенты — выпускники и аспиранты, ко второй — ученые, ведущие исследования, к третьей — инженеры, занятые на практической работе. По сегодняшний день эта книга является наиболее полной монографией по всем затронутым в ней вопросам. Она была переиздана 27 раз. Во всем мире по ней осваивали теорию оптимального приема сигналов несколько поколений ученых и инженеров.

В конце 60-х — начале 70-х гг. Г. Ван Трис выпустил в издательстве МТИ содержательные учебники по теории вероятностей и теории случайных процессов для студентов и аспирантов.

Заключение

Объединение в единую теорию новых идей, выдвинутых выдающимися учеными на протяжении длительного времени, — созидательная задача.

Можно утверждать, что книги Евклида, по которым уже два тысячелетия во всем мире люди осваивают начала математики, оказали на развитие человеческой цивилизации большее влияние, нежели военные походы Александра Македонского и Наполеона. Следует отметить, что большая часть результатов, собранных в трудах Евклида, не принадлежит ему самому, а получена ранее другими учеными древности. Заслуга Евклида в том, что он изложил все известные в то время результаты.

Гарри Ван Трис выполнил гигантскую созидательную работу и написал книги,

âкоторых систематически и с единых позиций представлены все научные достижения одного из важнейших разделов теории связи — теории потенциальной помехоустойчивости. Как его собственные научные исследования, так и его книги вошли

âзолотой фонд мировой науки. Уникальность личности Г. Ван Триса состоит не только в удивительной интеллектуальной мощи, позволившей ему за относительно короткое время своей академической деятельности написать несколько фундаментальных монографий в области статистической теории связи. Она состоит так-

же в том, что талант ученого и педагога сочетается в нем с талантом крупного научного деятеля — организатора научных исследований и перспективного планирования развития крупных отраслей радиосвязи в своей стране, где способности личности и ее деловые качества оцениваются, как правило, очень высоко.

Основные п бли ации Г. Ван Триса

1.Synthesis of Optimum Nonlinear Control Systems. Cambridge, Mass.: Mass. Inst. of Tech. Press. 1962. (Синтез оптимальных нелинейных систем управления / Пер. с англ.; Под ред. А.Ю. Ишлинского. М.: Мир, 1964.)

2.Detection, Estimation, and Modulation Theory. N. Y.: Wiley. 1968. P. I. (Теория обнаружения, оценок и модуляции / Пер. с англ.; Под ред. В.И. Тихонова. М.: Сов. радио, 1972.)

3.Detection, Estimation, and Modulation Theory. N. Y.: Wiley. 1968. P. II. (Теория обнаружения, оценок и модуляции / Пер. с англ.; Под ред. В.Т. Горяинова. М.: Сов. радио, 1975.)

4.Detection, Estimation, and Modulation Theory. N. Y.: John Wiley and Sons. 1968. P. III. (Теория обнаружения, оценок и модуляции / Пер. с англ.; Под ред. В.Т. Гориянова. М.: Сов. радио, 1977.)

5.Array Processing. N. Y.: Wiley. 1971.

6.Probability. Mass. Inst. of Tech. 1970. V. I–V.

7.Random Processes. Mass. Inst. of Tech. 1971. V. I–V.

Норберт ВИНЕР

Всякое творчество есть по сути своей молитва.

Всякое творчество направлено в ухо Всемогущего.

Анна Ахматова

Введение

События ХХ в. уже стали историей. Двадцатое столетие подарило миру много ярких лич- ностей, благодаря творческой работе которых в научной сфере, в области искусства, в инженерном деле человечество поднялось на высокую

ступень развития и перед ним открылись новые захватывающие дух горизонты. Одним из блестящих людей, интеллектуальные достижения которых открыли но-

вые направления в математике, теории информации, теории случайных процессов, является выдающийся американский ученый Норберт Винер. Идеи Винера и полу- ченные им результаты имеют огромное значение для специалистов в области связи. Винер отчетливо понимал, какое влияние на развитие общества оказывает совершенствование техники связи. Он писал: «Стало очевидно, что техника управления и техника связи неотделимы друг от друга и что они концентрируются не вокруг понятий электротехники, а вокруг понятия сообщения». И еще: «...если 17-е столетие и начало 18-го столетия — век часов, то настоящее время есть век связи и управления».

Главная книга Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» вышла в 1948 г. в США и во Франции. Неожиданно для многих, в том числе и для автора, стала научным бестселлером и в мгновение ока превратила Винера, по его словам, «…из ученого-труженика, пользующегося определенным авторитетом в своей специальной области, в нечто вроде фигуры общественного значения». Во многих странах развернулись интенсивные исследования. Позднее она была переведена на многие языки. На русском языке книга вышла в СССР только в 1958 г.

Идеи, содержащиеся в книге Винера, не у всех и не сразу нашли признание. Попытка подвести научные основы под проблемы управления социальными процессами в обществе вызвала неприятие в коммунистических странах, так как эти идеи находились в противоречии с господствовавшей идеологией. В 1952 г. один из крупных советских ученых в области связи писал: «Винер и другие, исходя из внешней, поверхностной аналогии и спекулируя на нечеткости и двусмысленности некоторых терминов и понятий, пытаются перенести закономерности радиосвязи на биологические и психологические явления, говорят о “пропускной способности” человеческого мозга и т.д. Естественно, все эти попытки придать кибернетике наукообразный характер с помощью заимствованных из другой области терминов и понятий отнюдь не делают кибернетику наукой — она остается лжетеорией, созданной реакционерами от

было отмечено, что «...самое полезное в жизни — совершенствовать свое познание и ум,

èв этом состоит высшее счастье и блаженство человека». Отец Винера воспитанию

èобразованию своих детей уделял серьезное внимание.

Норберт Винер был вундеркиндом, и отец сознательно готовил его к карьере ученого. В 3 года он начал читать, в 7 лет он уже читал Дарвина и Данте, в 11 — окончил среднюю школу, а в 14 — высшее учебное заведение Тафтс-колледж, получив степень бакалавра искусств. В 17 лет закончил аспирантуру Гарвардского университета и стал магистром искусств, а в 18 — доктором философии по специальности «математическая логика». Норберт Винер, как и его отец, знал многие европейские языки — французский, немецкий, датский, испанский, английский, голландский, китайский. Имел философское образование. У Норберта были две сестры — старшая Констанс и младшая Берта и брат Фриц. Старшая сестра, так же как и Винер, стала математиком, а младшая — химиком.

После окончания Гарвардского университета Винер получил стипендию и два года провел в Европе. В 1913—1915 гг. он обучался в двух университетах: Кембриджском — в Англии и Геттингенском — в Германии. В Кембридже он занимался у Бертрана Рассела — философа и крупного английского математика–специалиста в области математической логики, а также у известного специалиста в области теории чисел Дж. Х. Харди. В Геттингене Винер слушал лекции выдающегося математика ХХ в. Д. Гильберта и философа Э. Гуссерля.

Завершив образование в 1915 г. в Колумбийском университете Нью-Йорка, Винер получает место ассистента на кафедре философии в Гарварде. Поначалу его научная карьера не складывалась. Одно время он был журналистом, намеревался поступить на службу в армию. В 1919 г. он наконец получает работу в знаменитом Массачусетском технологическом институте (МТИ), в котором проработал всю жизнь. Этому институту он посвятил книгу «Я — математик», указав в посвящении, что обязан ему «…возможностью работать и размышлять обо всем, что меня интересует».

Академическая карьера Винера протекала медленно, но успешно. Его имя приобретает авторитет среди ученых в Америке и Европе. Он издает нашедшие признание книги по математике: «Обобщенный гармонический анализ», «Тауберовы теоремы», «Интеграл Фурье и некоторые его применения», совместно с английским математиком Р. Пэйли выпускает монографию «Преобразование Фурье в комплексной области». Книга «Интеграл Фурье и некоторые его применения» в 1963 г. была переведена на русский язык. Совместно с немецким математиком Э. Хопфом он выполняет исследование о радиационном равновесии звезд и вводит в науку уравнение Винера– Хопфа, сыгравшее большую роль при разработке Винером теории оптимальной линейной фильтрации. Эта теория оказала впоследствии большое влияние на развитие теории связи. В 1932 г. Винер становится профессором МТИ.

Как это нередко бывает с крупными учеными, Винер был рассеянным человеком, постоянно погруженным в свои мысли. Один из его учеников вспоминал, что когда Винер читал лекции (а они всегда были импровизацией, и читал он их, не пользуясь записями), он становился к слушателям спиной и начинал писать на доске формулы, разговаривая как бы сам с собой. Время от времени он останавливался, говорил сам себе, что в выкладках допущена ошибка, стирал написанное и начинал снова заполнять доску сложными формулами. После завершения лекции, не прощаясь, быстро выходил из аудитории. Слушателям понять его лекции было сложно. Тем не менее