Описывается по книге «Устройства управления роботами: схемотехника и программирование», автор Майк Предко.
В качестве бесконтактного метода обнаружения объектов в роботе автор предлагает использовать ультразвук. Примерно таким же образом летучие мыши ориентируются в пространстве: они излучают вперед направленный пучок звуковых колебаний и ловят отраженный сигнал. Звуковые волны распространяются в воздухе с определенной скоростью, поэтому по задержке прихода отраженного сигнала можно с достаточной степенью точности судить, на каком расстоянии находится тот предмет, который отразил звук. Два бесконтактных способа обнаружения объектов (инфракрасный и ультразвуковой) хорошо дополняют друг друга: предметы, которые не отражают инфракрасные лучи, например пластмассовые детали черного цвета, могут обнаруживаться ультразвуковым детектором, поскольку отражают звуковые волны, и наоборот, материалы, прозрачные для ультразвуковых колебаний (вроде тонкой ткани), могут быть замечены с помощью инфракрасного детектора. Ультразвуковые дальномеры (гидролокаторы или сонары), используемые на морских кораблях и подводных лодках, работают несколько иначе, чем описанный здесь дальномер. Излучатель гидролокатора не имеет узкой диаграммы направленности - он излучает ультразвуковой сигнал во всех направлениях, а для определения направления до ближайшего объекта используется узконаправленный микрофон. При этом расстояние до объекта вычисляется не по задержке прихода отраженного сигнала, а с помощью триангуляции по нескольким подряд сделанным изменениям при различных координатах движущегося корабля. Дело в том, что скорость звука в воде зависит от ее температуры, плотности, количества находящейся в ней соли и многих других факторов, поэтому не может служить основой для точных измерений. Для ультразвукового обнаружителя объектов удобно использовать готовый промышленный прибор, например дальномер фотоаппарата Polaroid 6500. Он обеспечивает довольно небольшой обзор, игнорируя все, что находится вне угла ±5°. Этот недостаток можно компенсировать, поместив дальномер на управляемом приводе, который мог бы периодически изменять его ориентацию, сканируя пространство необходимой ширины. Значительно более серьезная проблема состоит в том, что дальномер потребляет много энергии, в результате чего снижается срок службы батарей автономного робота. Например, дальномер Polaroid 6500 во время генерации ультразвукового сигнала потребляет ток около 1 А. Разумеется, сигнал можно генерировать с перерывами, запасая во время паузы необходимую энергию в конденсаторах, хотя это только частично решает проблему. Ультразвуковой дальномер посылает узконаправленный звуковой импульс и измеряет, с какой задержкой придет отраженный сигнал. В воздухе скорость звука составляет примерно 331,4 м/с; значит, дистанцию длиной в один дюйм (2,54 см) туда и обратно звук преодолеет за 153,3 с. Если, например, объект находится на расстоянии одного сантиметра от ультразвукового детектора, то отраженный сигнал будет обнаружен спустя 60,4 мкс после того, как сработает излучатель. Большинство промышленных дальномеров (в том числе и Polaroid 6500) игнорируют отраженный сигнал, пришедший с задержкой, меньшей 2,76 мс, то есть исходящий от предметов, расположенных на расстоянии менее 18 дюймов (46 см). Дальномер Polaroid 6500 состоит из двух частей: небольшой печатной платы и круглого черного блока, в котором расположен излучатель. Плата соединена с детектором с помощью провода длиной около 15 дюймов (38 см). На плате расположен 9-контактный разъем, с помощью которого она может сопрягаться с различными устройствами. Обычно, конструируя свои устройства, автор выпаивает этот разъем, и использует многожильный провод для подключения платы дальномера к основной схеме. Во время работы дальномера на линиях BLNK и BINH поддерживается сигнал низкого уровня. При этом на линии INIT вырабатываются прямоугольные импульсы. Во время высокого уровня напряжения сигнала INIT излучатель дальномера вырабатывает ультразвуковой сигнал. Отраженный сигнал, принятый приёмником, формируется на линии ЕСНО. После приёма отраженного сигнала на линии INIT устанавливается низкий уровень напряжения. В документации рекомендовано включать между шинами питания конденсатор емкостью 1000 мкФ для снижения скачков напряжения во время работы излучателя. Следует помнить, что для работы ультразвукового излучателя в схеме вырабатывается достаточно большое напряжение, и если держать модуль излучателя в руках, то можно получить серьезный удар током. Ни в коем случае не допускайте того, чтобы сразу обе ваши руки контактировали с излучателем или соединительными проводами. По собственному опыту автор может утверждать, что даже касание одной рукой не проходит безболезненно. Максимальное расстояние, на котором дальномер Polaroid 6500 может обнаруживать предметы, равно 35 футам (примерно 10,7 м). Соответствующая задержка прихода отраженного сигнала составляет около 64,4 мс. Это значит, что если отраженный сигнал не обнаружен спустя 65 мс, то можно считать, что в зоне действия ультразвукового детектора нет посторонних объектов. Для измерения задержки прихода отраженного сигнала ультразвукового дальномера использован принцип программного измерения длительности импульсов, подаваемых на вход RBO/INT микроконтроллера. Время, прошедшее с момента срабатывания ультразвукового излучателя до регистрации сигнала приёмником, будет пересчитываться микроконтроллером в футы и дюймы и выводиться на экран жидкокристаллического дисплея. Так как линии INIT и ECHO дальномера имеют выход с открытым коллектором, то приходится использовать «подтягивающие» резисторы R4 и R5 сопротивлением 4,7 кОм. Для фильтрации бросков напряжения на шинах питания, которые возникают из-за большого тока потребления ультразвукового излучателя и могут негативно повлиять на работу всех остальных элементов схемы, используется конденсатор С3 ёмкостью 1000 мкФ. Источник питания - +5 В.
СПРАВКА. Сравним возможности одной из самых современных моделей ультразвуковых дальномеров – Distanser, имеющей рабочую дальность до 13 м и точность ± 1% с лазерными дальномерами примерно такого же форм-фактора. Диапазон измерений лазерных дальномеров Leica Disto Special, Leica Disto Classic 5A, Leica Disto Lite 5, Leica Disto Plus, Stabila LE 100-Set лежит в пределах 0,2-200 м, при этом погрешность измерений, в зависимости от модели составляет ± 1,5-3,0 мм. Время измерения – от 0,5 до 4 с. Вес – от 315 до 350 г. Для всех перечисленных моделей диаметр лазерного пятна, мм (на, соответственно, расстоянии, м) – 6 (10), 30 (50), 60 (100). Модель «Plus» имеет опцию Bluetooth; модель LE 100-Set производит измерения точек высоты путём непосредственного вычисления трёх измерительных значений. В зависимости от модели, дальномерами определяются размеры объектов без непосредственного доступа к ним.
Перспективы метрового телевещательного диапазона. Телевизионные сети инерционны в развитии. Это обусловлено технологией производства телепрограмм, капиталоемкостью процесса транспортировки сигнала, преобладанием аналоговых методов. Прогресс телесетей идет, но настолько медленно, что участникам сети трудно отследить кризисный момент перехода количества в качество. Аналогия позволяет, заменив слово "телецентр" словом "банк", увидеть особенности сетевого развития на примере быстро прогрессирующей технологии SWIFT.
Международное сообщество SWIFT — владелец крупнейшей международной сети для финансовых расчетов. Это международная ассоциация банков, членами которой являются более 5 тыс. пользователей, из них около 150 российских банков. Несмотря на такой влиятельный состав, у сети SWIFT в последнее время возникли проблемы. Как известно, банк — это не что иное, как посредник, осуществляющий технические операции с переводом платежей и т. п.. И как только банки интегрировались в высокоразвитую техногенную среду, она сама стала как бы гигантским банком, а роль традиционного банка понизилась до уровня входного узла сети. Естественно, крупнейшие корпоративные клиенты банков настаивают на непосредственном доступе в SWIFT, предпочитая не зависеть от посреднических услуг банков, а самим передавать сообщения о платежах своим партнерам. Как показал опрос 65 директоров банков, большинство из них уверено, что процесс отказа от посреднических услуг банков будет продолжаться, распространяясь от ведущих транснациональных компаний на крупные и средние. И даже если ассоциация банков откажет "не банкам" в праве доступа к SWIFT, это их не спасет, так как "корень зла" — во все более совершенном программном обеспечении, позволяющем для корреспондентского перевода денег воспользоваться любой информационной сетью путем нажатия нескольких клавиш на персональном компьютере. Новые методы работы с наличностью и развитие сетей обмена сообщениями между компаниями, особенно сетей, используемых для многосторонней увязки счетов кредиторов и дебеторов, уменьшают потребность в услугах по обработке платежных документов. Банки начинают приспосабливаться к неизбежному: втихомолку подключают корпоративных клиентов к сети, присваивая код ветви SWIFT вымышленному отделению. Банки, зависящие от своих крупных вкладчиков, которых не устраивает "тайный шлюз", лоббируют вопрос предоставления тем равных прав в пользовании сетью. Так разработчики бухгалтерских программ досадили финансовым королям и вызвали тектонический сдвиг всемирной финансовой системы. Нам знакома похожая ситуация — так же уменьшилось количество и оборот многочисленных товарных бирж по мере того, как коммерческая деятельность развилась на информационных сетях и в телеэфире.
Крупная телекомпания — такой же посредник, как и банк, и на ее судьбу также влияют процессы в сети, без которой телевизионное предприятие существовать не может. Телекомпания, владеющая сетью, — это монополист-посредник между производителем (автором) программ и зрителем. Монополия реализована в виде права на частоту, собственности на кабель и т. п. Аналогично в телевизионной глобальной системе вероятен кризис "по техническим причинам". Например, возможность передачи цифрового видеосигнала по компьютерным или телефонным сетям позволяет любой частной видеопроизводящей студии стать вещателем (делтехники — обеспечить многоканальность телефонного номера вещателя). Но реально более существенное влияние окажет "Гражданский кодекс Российской Федерации" (Ч. I), принятый Государственной Думой 21.10.94 г. и подписанный Президентом 30.11.94 г. (№ 51-ФЗ).
"Статья 160. Письменная форма сделки
...2. Использование при совершении сделок факсимильного воспроизведения подписи с помощью средств механического или иного копирования, электронно-цифровой подписи либо иного аналога собственноручной подписи допускается в случаях и в порядке, предусмотренных законом, иными правовыми актами или соглашением сторон".
Слово "сделка" семантически кажется чем-то исключительно торговым, однако на самом деле оно достаточно универсально.
"Статья 153. Понятие сделки
Сделками признаются действия граждан и юридических лиц, направленные на установление, изменение или прекращение гражданских прав или обязанностей.
Статья 8. Основания возникновения гражданских прав и обязанностей
1. Гражданские права и обязанности возникают из оснований, предусмотренных законом и иными правовыми актами..."
Тем самым установлена правомочность применения цифровой подписи, в том числе в механизме исполнения законов, непосредственно затрагивающих телевидение. Пакет программ цифровой подписи "Нотариус" (фирма "ЛАН Крипто") позволяет документам, оформленным с его помощью, сохранять юридическую значимость и не требовать бумажных копий. Цифровая подпись признается Высшим Арбитражным Судом РФ. Прецедент решения спора Арбитражным Судом г. Москвы по электронному договору с цифровыми подписями, реализованными в "Нотариусе", имел место в 1993 г. (определение от 28.07.93 г., Дело № 40413). Для подделки подписи, заверенной "Нотариусом", потребуется более 1020 операций, или 250 лет работы компьютера с производительностью 100 млрд операций в секунду. Пакет электронной подписи SimSig (фирма "Анкад") позволяет достоверно определить отправителя электронного документа, делает невозможным несанкционированное искажение передаваемой информации и выполняет функцию машинного эквивалента печати организации и подписи ответственных лиц при межмашинных обменах. В файле преобразованного в цифровую форму документа (безотносительно — бумажного, видео или аудио) электронная подпись занимает 40 байт. Подпись ответственного лица может быть не только рукописной, но и в виде биометрического параметра. Регистрация контрольного образа узора сетчатки глаз занимает 40 байт; отпечатка пальца - 400-1000 байт; геометрии руки - 9-1000 байт; личной подписи - 40-4000 байт; голоса - 2-20 Кбайт. Цифры будут нагляднее, если их умножить на число жителей России, — таким объемам информации предстоит циркулировать по сетям после введения всеобщей регистрации биопараметров в целях охраны правопорядка (в этимологии слова "полиция" — "полития", т. е. "система управления"). Объем кода, идентифицирующего руку после сжатия, занимает 9 байт — этот способ реализован в системе "Блиц" для обеспечения безналичных расчетов частных лиц при банковском обслуживании с магазинами и прочими объектами, подключенными к системе расчетов посредством идентификации геометрии руки покупателя. Для передачи биометрических данных используется сертифицированная госкомиссией при Президенте РФ технология передачи информации по обычному ТВ каналу. Парадоксально, но телекомпания, на частоте которой передается биометрическая информация "Блиц", "дружит" с финансовой группой, выпускающей свои магнитные карточки, конкурирующие с системой биометрического распознавания. Но этот парадокс - предвестник перемен, что подтверждает пример еще одной банковской системы — CardWatch (фирма Chetah Software Systems), сократившей мошенничества с кредитными карточками на 94%: фотография владельца карточки хранится в компьютере, а не на самой карточке (фотографии под ламинатом научились подделывать) и вызывается при осуществлении покупки. Цветная фотография занимает после сжатия 12 Кбайт, помножим их на миллионы представителей будущего "среднего класса" — получится отрезок времени, соизмеримый с эфирным временем в вещательном ТВ.
Как заметил журнал Banking Technology, у многих в банковской среде волосы встали дыбом после прочтения новой книги Брайана Клафа "Мошенничества с карточками" (Creating at Cards), где, в частности, утверждается, что есть не менее 40 способов незаконного получения денег из банкоматов, т.е. по мере того, как "разбойники" будут совершенствовать средства нападения, "казаки" будут усложнять системы защиты, все более увеличивая размеры файлов. Но как набухшие файлы транспортировать по необъятным российским просторам? В пределах даже города по факсу невозможно передать прайс-лист без риска, что цифры не сольются.
Наземная связь в России невысокого качества по чисто экономической причине: слишком мало отношение количества жителей и предприятий (т. е. абонентов) к пространственным характеристикам страны. В США и Китае, не говоря о Европе, это соотношение достаточно велико, чтобы проплатить мощные линии. Поэтому в США в 1995 г. удалось начать внедрение системы "Инспасс", способной во всех аэропортах проверить всех туристов, прибывающих в страну: геометрические параметры руки измеряются с помощью изображения, получаемого телекамерой с полупроводниковой мишенью. Система будет внедрена во всех аэропортах мира. У России же выход один — задействовать для передачи данных несколько телевизионных каналов, когда истощатся деньги нынешних рекламодателей и телекомпаний-монстров (особенно после того, как источниками происхождения средств займутся следственные органы). Бытовой ТВ диапазон наиболее устойчив, "обкатан", помехозащищен, развиты антенно-кабельные сооружения. Спутники телефонной связи хотя и имеют большую пропускную способность стволов, но они поделены между тысячами телефонных каналов слишком большого числа абонентов, на интересы которых посягнуть невозможно. Другое дело - попросить о возврате телеканала узкий круг хозяев, получающих непонятно на каком основании бюджетные дотации и государственные льготы. Значение части для целого определяется исключительно существенностью ее несходства с другими частями. Нерационально дарить такой стратегический ресурс, как метровый диапазон коммерческим телекомпаниям, выпускающим в эфир одни и те же фильмы, одни и те же новости, одни и те же персонажи, одну и ту же сомнительную рекламу, а главное, контролируют их одни и те же криминальные элементы — на метровом диапазоне для всего этого достаточно не более трех телекомпаний.
Для Запада технология связи по компьютерным сетям на скоростях от 2400 до 9600 бод также становится неприемлема. Группа немецких исследователей (Клаус Корнель, Штефан Штолль и Дитрих Зайбт) пришли к выводу: близки к пределу возможности программно-аппаратных методов по расширению полосы коммутируемых и компьютерных сетей для передачи многообъектной и многосредной (мультимедиа) информации. Средней величины программу или игру можно передать за 30 мин, "картинку" — за 20 (а счетчик "тикает"). Даже обычный диалог с удаленной машиной отнимает много времени. Поэтому компания Intel начала экспансию на сетях кабельного ТВ с разработки модема, который должен подключаться не к телефонной линии, а к кабелю, по которому поступает в дом телевизионный сигнал. Intel и General Instrument подписали меморандум о взаимопонимании с крупнейшими операторами кабельных сетей в США и Канаде - Tele-Communication Corp., Roger Cablesystems, Comsat и Viacom, имея в виду рассмотреть возможности предоставления высокоскоростных интерактивных услуг с использованием нового кабельного адаптера ("интерактивный" может означать и двухсторонний видеообмен). Радиочастотный кабель доносит в 1000 раз больше информации за единицу времени, чем телефонный. Для передачи файла размером 1 Мбайт вместо 20 мин понадобится лишь, 30 с. Полуминутный видеоклип, занимающий около 30 Мбайт, по компьютерной или телефонной сети "идет" 10 ч, а по коаксиальному кабелю — менее 10 мин. А главное — не "закрывается" канал целиком, как в коммутируемых телефонных сетях, так как телепрограммы транслируются параллельно. Впрочем, дело идет и к вытеснению телевизионного изображения с отдельных каналов —" НЦТ им. В. К. Зворыкина" (Н. Новгород) разработал систему "Телемодем". Полноформатный режим передачи информации в телевизионном канале со скоростью 4,6 Мгбит/с (это 300 страниц текста в секунду) занимает все поле изображения и поэтому требует специально выделенного времени между телевещанием. Полноформатный режим не был бы разработан, не будь перспективы широкого применения либо будь перспектива, что инфраструктура коммутируемых телефонных линий достигнет приемлемо высокого качества для передачи документа без потери даже одного знака, которая может обойтись дорого. Переоборудование приемопередающего тракта частотного ТВ диапазона основано на следующих принципах: у каждого получателя информации дешифратор и персональный код по принципу многостанционного временного разделения; за присвоенный отрезок времен и информация собирается на накопитель и выводится на печать или в видеоканал.
Широкая полоса все нужнее. На Западе видеоконференции распространились именно тогда, когда, как и у нас сегодня, стоимость билетов на транспорт и командировочных расходов превысила стоимость технического обеспечения видеоконференции. Верная примета созревания этого рынка в России — наши компьютерные газеты и журналы полны материалов о математическом и техническом обеспечении видеоконференций, становящихся элементом производственного процесса. Тон задает богатейшая нефтегазовая отрасль: на американской торговой выставке нефтяного оборудования в "Экспоцентре" объединенный стенд нефтедобывающего штата Техас включал фирму IWL Communication Inc., разрабатывающую системы спутниковой видеоконференцсвязи,— в этой отрасли понадобилась оперативная передача полноформатных цветных данных геологоразведки. У видеоконференций одна технология с теленаблюдением, позволяющим главе фирмы из любого города проконтролировать, что происходит на производстве (когда будет принят закон "Об обязательном оснащении системами телевизионного наблюдения производственных помещений предприятий независимо от формы собственности"). Растут сетевые потребности медицины: на факультете прикладной медицины МГУ собрана обширная и постоянно растущая библиотека медицинских CD-ROM (каждый — емкостью до 680 Мбайт), которые жизненно важно передавать в многочисленные медицинские учреждения, переходящие на страховую форму. Документооборот по сетям в цифровой форме возрастет на несколько порядков за счет документов, которые раньше из-за специфики традиционных подписи и печати отправляли курьером или фельдъегерем. Федеральным управлением фельдъегерской связи РФ освоено около 100 авиамаршрутов протяженностью более 100 тыс.км плюс авиа и ж/д катастрофы, дорожные кражи, задержка рейсов. Узаконенная электронная подпись стимулирует передачу объемной производственной документации. Техническая возможность заверять электронной подписью видео- и аудиодокументы снимает остроту проблемы доставки сопроводительного паспорта и описания обязательных экземпляров документов в видео- и аудиоисполнении, подписанных производителем обязательного экземпляра.
Актуально и то, что передача данных по ТВ каналам менее уязвима. Аналогия банков с телекомпаниями продолжается и в криминальном аспекте. С потерей банками ведущей роли банкиры утешатся, так как покушения на них прекратятся. Но теракты совсем не исчезнут — они предопределены тем, что служат поводом к раскрытию дел, которые обычно из-за покровительства влиятельных лиц опасно трогать. Теракт дает общественный резонанс и благовидный повод для решительных действий. Обращает внимание то, что последние крупные теракты, хотя и косвенно, но били по информационным системам в лице СМИ, особенно электронных. После казни телекоммерсанта Листьева вскрылись злоупотребления с ОРТ. После газовой атаки на пассажиров метро в Токио открылись финансовые отношения радиостанции "Маяк" с радикальной сектой "Аум Синрике". В названных и многих других случаях результатом были огромные финансовые потери информационных структур. Связано это с тем, что не осталось ни одной темной истории, где не участвовали бы электронные СМИ.
С производственной же точки зрения приток капитала от документооборота делает оператора сети экономически зависимым от информационных потоков, диверсия против которых на наземных линиях парализует и телевещание. Идти на убийство банкира или телебизнесмена конкуренту становится менее желательно, нежели нанести удар по их сетям: по данным мировой статистики, утрата лишь 20% информации ведет к разорению 65% фирм. За время простоя сети уменьшается в геометрической прогрессии конкурентоспособность ее абонента. В сущности, стреляли не лично в Листьева — для мафии он был не более чем одушевленный "сетевой концентратор". Бывают теракты идейные, природа которых иррациональна (в частности, исследователи видят в террористе-народовольце модифицированный тип русского святого), поэтому борьба с ними затруднена. Понятие "красные бригады" сегодня употребляется не конкретно, а как символ террористических действий против истеблишмента. Теракт может исходить и от руководителя, и от люмпена. В частности, по сообщению журнала Atlantic Monthly, роль террористов в августе 91-го выполнила разведка США, "взломавшая" защиту каналов связи советского военного командования, выведав для Ельцина сведения, что штурма Белого Дома не будет. Роль "красных бригад" в отношении алма-атинской телерадиокомпании "Макс" выполнили сразу несколько ведомств, отключавших телефонную сеть, сеть электропитания и, в конечном счете, отобравших радиочастоту (в республиках Средней Азии милиция рубила сети кабельного ТВ топором). Эта участь ожидает интеллектоемкие предприятия, все более зависящие от сетей.
Из этических соображений не будем описывать способы "сетевых диверсий", упомянем лишь всем хорошо известные междугородные звонки с чужого номера радиотелефона и запуски провокационных факсов с чужого номера. Беда для фирмы, если на факсе-циркуляре провокационного содержания будет отпечатан номер ее телефона — даже если она докажет свою непричастность, расследование ее парализует (есть афоризм: "когда ты начинаешь доказывать, что ты не жираф, тебе крышка"). Целый месяц в 1991 г. будоражил всю нашу страну липовый циркуляр о введении безналичного рубля, нанеся огромные убытки предприятиям — следователи тогда в поисках источника дезинформации перевернули все вверх дном. Московский союз потребителей сделал попытку защитить граждан от информационного терроризма — если пришел гигантский счет за чужой междугородный разговор, надо собрать следующие документы для обращения в суд: справка с места жительства; акт, подписанный техником-смотрителем, о том, что доступ к телефонной коробке открыт; договор с телефонным узлом; присланный счет; исковое заявление. Это поможет в бытовой ситуации, но в большом бизнесе уже есть электронные способы пиратского вторжения через закрытый кабель. "Штатных" ситуаций предусмотрено не так уж много, "нештатным" - нет числа. И, поскольку даже по телефонам правительственной связи научились передавать анонимные угрозы, правильнее было бы добиться защиты сетей. А. БАРСУКОВ, журнал "ТКТ", 1995, № 6
