БСЭ. Канал - Каналирование заряженных частиц
Начало Вверх

КАНАЛ в теории информации, всякое устройство, предназначенное для передачи информации. В отличие от техники, информации теория отвлекается от конкретной природы этих устройств, подобно тому как геометрия изучает объёмы тел, отвлекаясь от материала, из к-рого они изготовлены (ср. Канал информационный). Различные конкретные системы связи рассматриваются в теории информации только с точки зрения количества информации, к-рое может быть надёжно передано с их помощью. T. о. приходят к понятию К.: канал задаётся множеством "допустимых" сообщений (или сигналов) на входе, множеством сообщений (сигналов) у на выходе и набором условных вероятностей  (у\х) получения сигнала у на выходе при входном сигнале х. Условные вероятности  (у\х) описывают статистич. свойства "шумов" (помех), искажающих сигналы в процессе передачи. В случае, когда  (у\х) = 1 при у =  и  (у\х) = = О при у <> х, К. наз. каналом без "шумов". В соответствии со структурой входных и выходных сигналов выделяют К. дискретные и К. непрерывные. В дискретных К. сигналы на входе и на выходе представляют собой последовательности "букв" из одного и того же или различных "алфавитов" (см. Код). В непрерывных К. входной и выходной сигналы суть функции непрерывного параметра t - времени. Возможны также смешанные случаи, но обычно в качестве идеализации предпочитают рассматривать один из указанных двух случаев.

Способность К. передавать информацию характеризуется нек-рым числом - пропускной способностью, или ёмкостью, К., к-рое определяется как максимальное количество информации относительно сигнала на входе, содержащееся в сигнале на выходе (в расчёте на единицу времени).

Точнее: пусть входной сигнал  принимает нек-рые значения х с вероятностями  (х). Тогда по формулам теории вероятностей можно рассчитать как вероятности q (у) того, что сигнал  на выходе примет значение у: так и вероятности  (, у) совмещения событий  = x = у:

P(X, у) = р(х) р(у\х).

По этим последним вычисляется количество информации (в двоичных единицах) I(,) = I(,) и его среднее значение
1121-1.jpg1121-2.jpg

где 1 - длительность . .верхняя граница С величин R, взятая по всем допустимым сигналам на входе, наз. ёмкостью К. Вычисление ёмкости, подобно вычислению энтропии, легче в дискретном случае и значительно сложнее в непрерывном, где оно основывается на теории стационарных случайных процессов.

Проще всего положение в случае дискретного К. без "шумов". В теории информации устанавливается, что в этом случае общее определение ёмкости С равносильно следующему:
1121-3.jpg

где N(T) - число допустимых сигналов длительностью T.

Пример 1. Пусть "алфавит" К. без "шумов" состоит из двух "букв"-0 и 1, длительностью  сек каждая. Допустимые сигналы длительностью T = n представляются последовательностями символов 0 и 1. Их число N (T) = 2n. Соответственно
1121-4.jpg

Пример 2. Пусть символы О и 1 имеют длительность  и 2 сек соответственно. Здесь допустимых сигналов длительностью T = т будет меньше, чем в примере 1. Так, при n = 3 их будет всего 3 (вместо 8). Можно подсчитать теперь
1121-5.jpg

При необходимости передачи записанных с помощью нек-рого кода сообщений по данному К. приходится преобразовывать эти сообщения в допустимые сигналы К., т. е. производить надлежащее кодирование. После передачи надо произвести операцию декодирования, т. е. операцию обратного преобразования сигнала в сообщение. Естественно, что кодирование целесообразно производить так, чтобы среднее время, затрачиваемое на передачу, было возможно меньше. При одинаковой длительности символов на входе К. это означает, что надо выбирать наиболее экономный код с "алфавитом", совпадающим с входным "алфавитом" К.

При описанной процедуре "согласования" источника с К. возникает специфич. явление задержки (запаздывания), к-рое может пояснить следующий пример.

Пример 3. Пусть источник сообщений посылает через промежутки времени длиной 1/v (т. е. со скоростью ) независимые символы, принимающие значения x1, х2, X3, X4 с вероятностями, равными соответственно '/2, '/4, 1/8, 1/8. Пусть К. без "шумов" такой же, как в примере 1, и кодирование осуществляется мгновенно. Полученный сигнал или передаётся по К., если последний свободен, или ожидает (помещается в "память") до тех пор, пока К. не освободится. Если теперь выбран, напр., код x1 = 00, хг= 01, X3 = 10, X4 = 11 и  <=1/2(т. е. 1/>=2), то за время между появлением двух последовательных значений х кодовое обозначение успевает передаться и К. освобождается. T. о., здесь между появлением к.-л. "буквы" сообщения и передачей её кодового обозначения по К. проходит промежуток времени 2т. Иная картина наблюдается при >1/2;n-"буква" сообщения появляется в момент (п - 1)/и её кодовое обозначение будет передано по К. в момент 2n. Следовательно, промежуток времени между появлением ге-й "буквы" сообщения и моментом её получения после декодирования переданного сигнала будет больше, чем n(2t - 1lv), что стремится к бесконечности при n->°°. Таким образом, в этом случае передача будет вестись с неограниченным запаздыванием. Стало быть, для возможности передачи без неограниченного запаздывания при данном коде необходимо и достаточно выполнение неравенства <=1/2. Выбором более удачного кода можно увеличить скорость передачи, сделав её сколь угодно близкой к ёмкости К., но эту последнюю границу невозможно превзойти (разумеется, сохраняя требование ограниченности запаздывания). Сформулированное утверждение имеет совершенно общий характер и наз. основной теоремой о К. без "шумов".

Специально в отношении примера 3 уместно добавить следующее. Для рассматриваемых сообщений двоичный код x1 = 0, x2 = 10, x3 = 110, х4 = 111 оптимален. Из-за различной длины кодовых обозначений время Wn запаздывания для n-й "буквы" первоначального сообщения будет случайной величиной. При  < 1/(1/ - ёмкость К.) и n -> oo его среднее значение приближается к нек-ро-му пределу т(), зависящему от . С приближением  к критич. значению 1/ значение т() растёт пропорционально (.-1)-1. Это опять-таки отражает общее положение: стремление сделать скорость передачи возможно ближе к максимальной сопровождается возрастанием времени запаздывания и необходимого объёма "памяти" кодирующего устройства.

Утверждение "основной теоремы" (с заменой безошибочной передачи на "почти безошибочную") справедливо и для К. с "шумами". Этот факт, по существу основной для всей теории передачи информации, наз. теоремой Шеннона (см. Шеннона теорема). Возможность уменьшения вероятности ошибочной передачи через К. с "шумами" достигается применением т. н. помехоустойчивых кодов. Пример 4. Пусть входной "алфавит" К. состоит из двух символов О и 1 и действие "шумов" сводится к тому, что каждый из этих символов при передаче может с небольшой (напр., равной 1/10) вероятностью p перейти в другой или с вероятностью q = 1 - p остаться неискажённым. Применение помехоустойчивого кода сводится, по сути дела, к выбору нового "алфавита" на входе К. Его "буквами" являются к-членные цепочки символов 0 и 1, отличающиеся одна от другой достаточным числом D знаков. Так, при n = 5 и D = 3 новыми "буквами" могут быть 00000, 01110, 10101, 11011. Если вероятность более чем одной ошибки на группу из пяти знаков мала, то даже искажённые эти новые "буквы" почти не перепутываются. Напр., если получен сигнал 10001, то он почти наверное возник из 10101. Оказывается, что при надлежащем подборе достаточно больших n и D такой способ значительно эффективнее простого повторения (т. е. использования "алфавитов" типа 000, 111). Однако возможное на этом пути улучшение процесса передачи неизбежно сопряжено с сильно возрастающей сложностью кодирующих и декодирующих устройств. Напр., подсчитано, что если первоначально  = 10-2 и требуется уменьшить это значение до p1= 10-4, то следует выбирать длину n кодовой цепочки не менее 25 (или 380) в зависимости от того, желают ли использовать ёмкость К. на 53% (или на 80% ). Лит. см. при ст. Информации теория.

Ю. В. Прохоров.

КАНАЛ информационный, совокупность устройств, объединённых линиями связи, для приёма, передачи, преобразования и регистрации информации. Начальными и конечными устройствами К. могут быть телефонный или телеграфный аппараты, магнитофон, перфоратор, ЭВМ, лазеры, акустич. приборы и устройства и т. д. Для связи обычно применяют радиоканалы, телефонные, телеграфные и радиорелейные линии, акустич. и оптич. линии связи, сигнальные кабели и провода. Технич. характеристика К. определяется принципом действия входящих в него устройств, видом сигнала, свойствами и составом физич. среды, в к-рой распространяются электрич., акустич. и световые сигналы, свойствами применяемого кода или языка. Эффективность К. характеризуется скоростью и достоверностью передачи информации, надёжностью работы устройств и задержкой сигналов во времени. См. также Канал связи.

2) Совокупность устройств ЦВМ, непосредственно участвующих в приёме, хранении, обработке и выдаче информации.

Лит.: Голдман С., Теория информации, пер. с англ., M., 1957; Шеннон К., Работы по теории информации и кибернетики, пер. с англ., M., 1963.

E. Я. Дашевский.

КАНАЛ ИМЕНИ МОСКВЫ, см. Москвы имени канал.

КАНАЛ СВЯЗИ, канал передач и, технические устройства и тракт связи, в к-ром сигналы, содержащие информацию, распространяются от передатчика к приёмнику. Технич. устройства (усилители электрич. сигналов, устройства кодирования и декодирования сигналов и др.) размещают в промежуточных (усилительных или переприёмных) и оконечных пунктах связи. В качестве тракта передачи пользуются разнообразными линиями - проводными (воздушными и кабельными), радио и радиорелейными, радиоволноводными и т. д. Передатчик преобразует сообщения в сигналы, подаваемые затем на вход К. с.; телесигнализации. К. т.- разновидность канала связи. В состав К. т. входят источник информации (датчик), кодирующее устройство, передатчик, линия связи, приёмник, декодирующее устройство. К. т. обычно строится по многоканальному принципу, т. е. образуется из неск. каналов. Сообщения по К. т., особенно в условиях помех, передаются лишь после предварит, обработки, кодирования и модуляции. На приёмной стороне путём декодирования или демодуляции сообщение восстанавливается. Закодированное (модулированное) сообщение в виде дискретных или непрерывных сигналов передают по радиоканалам, проводным и радиорелейным линиям связи. Пример К. т.- канал системы телемеханики (с передачей сигналов по радио) для управления искусств. спутниками Земли или автоматич. лунными станциями.

Лит.: Васильев P. P. и Шастова Г. А., Передача телемеханической информации, М.- Л., 1960; Beличкин А. И., Теория дискретной передачи непрерывных сообщений, M., 1970.

M. M. Гельман.

КАНАЛ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЙ, совокупность устройств между передающим и приёмным пунктами, удалёнными на значит, расстояние, для передачи информации телеуправления, телеизмерения и по принятому сигналу на выходе К. с. приёмник воспроизводит переданное сообщение. Передатчик, К. с. и приёмник образуют систему связи, или систему передачи информации. По назначению системы, в состав к-рой входят К. с., различают каналы телефонные, звукового вещания, телевизионные, фототелеграфные (факсимильные), телеграфные, телеметрич., телекомандные, передачи цифровой информации; по характеру сигналов, передачу к-рых К. с. обеспечивают, различают каналы непрерывные и дискретные как по значениям, так и по времени. В общем случае К. с. имеет большое число входов и выходов, т. н. уплотнённый К. с. (см. Многоканальная связь), и может обеспечивать двустороннюю передачу сигналов.

Лит.: Назаров M. В., Кувшинов Б. И., Попов О. В., Теория передачи сигналов, M., 1970.

КАНАЛETTO (Canaletto) (собственно К а н а л ь, Canal) Джованни Антонио (18.10.1697, Венеция, - 20.4.1768, там же), итальянский живописец.

Мастер архит. пейзажа (т. н. ведуты). Учился у своего отца - театр, художника Бернардо Каналя. Работал гл. обр. в Венеции, а также в Риме (1719-20 и ок. 1740) и Лондоне (1745-55). Испытал влияние венецианских пейзажистов Л. Карлевариса и M. Риччи. Писал пейзажи-панорамы, гл. обр. с изображением архит. ансамблей и памятников Венеции, наполняя их красочными эпизодами гор. жизни, а также виды Англии. Сочетал в своих работах документ, точность рисунка и совершенство перспективного построения с нарядностью и свежестью цветовой гаммы, свето-воздушными эффектами, а также парадной зрелищностью композиц. решения. Выполнил много пейзажных офортов, отмеченных непосредственностью наблюдений, лёгкостью светотеневых градаций (серия "Ведуты", 1740-44). Учеником К. был его племянник Б. Беллотто, унаследовавший прозвище учителя.

Лит.: Constable W. G., Canaletto, v. 1 -2, Oxf., 1962; [Berto G., Puppi L.], L'opera completa del Canaletto, Mil., [1968]; L i nks J. G., Views in Venice by Canaletto, N. Y., 1971.

О. Д. Никитюк.

КАНАЛИЗАЦИОННАЯ СЕТЬ, совокупность подземных труб (трубопроводов) и коллекторов для приёма и отведения сточных вод с территории населённых мест и пром. предприятий к месту расположения очистных сооружений; осн. часть системы канализации. В состав К. с. города входят внутриквартальные, дворовые и уличные сети, коллекторы (см. Коллектор канализационный) и напорные трубопроводы. К внутриквартальной или дворовой сети через выпуски присоединяются трубопроводы внутр. К. с., проводимые внутри зданий. Для перекачки сточных вод к очистным сооружениям устраиваются насосные станции, а для осмотра и ремонта К. с.- колодцы канализационные. На пром. предприятиях может быть неск. К. с. для отвода сточных вод различного состава (сильнокислых, сильнощелочных и пр.).

В зависимости от рельефа местности, грунтовых условий, состава сточных вод, очерёдности строительства и пр. различают схемы К. с.: перпендикулярную, пересечённую, параллельную, зонную, радиальную и др. При проектировании К. с. принимают по возможности самотёчный режим движения бытовых и производств, сточных вод. Гидравлич. расчёт К. с. заключается в определении диаметров канализац. труб, степени их наполнения, скоростей течения сточных вод и пр. Миним. глубина заложения К. с. (зависящая от глубины промерзания почвы-) должна быть достаточной для предохранения труб от разрушения наземным транспортом; для средней полосы СССР она составляет ок. 2 м.

Выбор материала труб для прокладки К. с. зависит от состава сточных и грунтовых вод и назначения трубопровода. Самотёчная К. с. выполняется из керамических, асбестоцементных, бетонных и железобетонных труб, а коллекторы больших диаметров - из железобетонных труб или сборных железобетонных элементов. Для напорных трубопроводов применяют металлич., асбестоцементные и железобетонные трубы. Возможно применение труб из синтетич. материалов. Водонепроницаемость и долговечность К. с. достигается тщательной заделкой стыковых соединений при укладке труб. Лит. см. при ст. Канализация.

Ю. M. Ласков.

КАНАЛИЗАЦИОННЫЙ КОЛЛЕКТОР, см. Коллектор канализационный.

КАНАЛИЗАЦИОННЫЙ КОЛОДЕЦ, см. Колодец канализационный.

КАНАЛИЗАЦИЯ, комплекс инженерных сооружений, оборудования и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и отведение за пределы населённых мест и пром. предприятий загрязнённых сточных вод, а также их очистку и обезвреживание перед утилизацией или сбросом в водоём. Различают внутр. и наружную К. Внутренняя К. служит для приёма сточных вод (в местах .их образования) и отведения их из здания в наружную канализационную сеть. Элементами внутр. К. являются санитарные приборы, отводные трубы, стояки и выпуски из зданий. Наружная К., предназначенная для транспортирования сточных вод за пределы  населённых мест и пром. предприятий, включает трубопроводы (самотёчные и напорные), насосные станции и очистные сооружения.

Под системой К. принято понимать совместное или раздельное отведение трёх категорий сточных вод (бытовых, производственных и дождевых). В практике гор. строительства наибольшее распространение получили общесплавная и раздельная системы К. При общесплавной системе (рис. 1) все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы населённого места. При раздельной системе (рис. 2) дождевые и условно чистые производств, воды удаляют по одной сети труб и каналов, а бытовые и производств.- по другой (одной или неск. канализац. сетям). Раздельная система К. может быть полной или неполной.

Схемой К. наз. технически и экономически обоснованное проектное решение принятой системы К. с учётом местных условий и перспектив развития объекта канализования (города, посёлка, пром. или жилого р-на и т. д.). Каждая схема К. может быть осуществлена различными технич. приёмами в отношении трассирования сетей и коллекторов, глубины их заложения, количества насосных станций, числа и местоположения очистных сооружений, необходимой степени очистки сточных вод, очерёдности строительства и т. д.

Рис. 1. Общесплавная система канализации: / - коллекторы; 2 - главные коллекторы; 3 - камеры ливнеспусков; 4 - насосная станция; 5 - очистные сооружения с выпуском.

Рис. 2. Раздельная система канализации: /, 2 - бытовая сеть; 3, 4 - дождевая сеть; 5 - насосная станция; 6 - очистные сооружения.

В зависимости от рельефа местности всю канализуемую территорию насел, пункта условно делят на бассейны канализования, т. е. участки, ограниченные водоразделами. В каждом бассейне по подземным канализац. трубам уличной сети сточные воды собирают в один или неск. коллекторов. Сточные воды сплавляют по коллекторам самотёком, а в случаях большого заглубления коллектора сеть разделяют на неск. р-нов с нормальным заглублением трубопроводов. Из этих районных сетей сточные воды направляют к районной насосной станции перекачки (РСП), откуда они по напорному трубопроводу поступают на более высокую отметку в самотёчные коллекторы. Устраивают также канализац. насосные станции для подачи сточных вод непосредственно к очистным сооружениям, откуда очищенные воды по выпуску сбрасывают в водоём. На рис. 3 приведён пример общей схемы и осн. сооружений совр. К. населённого пункта.

Рис. 3. Общая схема и основные сооружения канализации населённого пункта: / - границы бассейнов канализования; 2 - уличная сеть и коллекторы; 3 - районная насосная станция; 4 - напорные водоводы; 5 - промышленные предприятия; 6 - главный коллектор; 7 - главная насосная станция; 8 - загородный коллектор; 9 - очистные сооружения; 10 - выпуск в водоём.

Историческая справка. Отведение сточных вод по трубам за пределы насел, мест применялось с древних времён. При раскопках в Египте обнаружены канализац. каналы, построенные 2500 лет до н. э. Аналогичные сооружения существовали ещё раньше в Индии. В 6 в. до н. э. в Риме был построен канал -"клоака максима", частично используемый в совр. К. Однако эти сооружения требовали огромных затрат труда и материалов и осуществлялись лишь для дворцов, храмов, обществ, купален. В эпоху феодализма и особенно в последующий период развития капитализма возросшая плотность населения привела к ухудшению сан. состояния городов. Участившиеся эпидемии вызвали необходимость строительства водопроводов, а затем и К. Это диктовалось также развитием пром-сти и увеличением объёмов производств, сточных вод. Интенсивное строительство К. началось в Европе только с 19 в. Первые подземные каналы для отведения загрязнённых вод в России были построены в 11-14 вв. (Новгород, Моск. Кремль). Значительное применение канализац. каналы получили лишь в нач. 19 в. в Петербурге и Москве (в дореволюц. России К. имелась в 18 наиболее крупных городах). В СССР одновременно с ростом городов и посёлков в широких масштабах осуществляется их благоустройство и в т. ч. строительство централизованных систем водопровода и К. Для большей части канализац. сооружений разработаны и применяются типовые проекты, значительно сокращающие затраты труда и сроки сооружения систем К. Получили широкое распространение индустриальные методы произ-ва строит, работ, в частности щитовая проходка при прокладке коллекторов, сборные конструкции канализац. сооружений. К 1980 в Советском Союзе намечается построить (дополнительно к существующим) св. 270 тыс. км канализационных сетей, увеличить пропускную способность очистных сооружений К. до 90 млн. м3/сут; объём очищаемых производств, сточных вод достигнет 120 млн. м3/ сут.

Лит.: Канализация, под ред. А. И. Жукова, M., 1969.

С. В. Яковлев, Ю. M. Ласков.

КАНАЛИРОВАНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в кристаллах, движение частиц вдоль "каналов", образованных параллельными друг другу рядами атомов. При этом частицы испытывают скользящие столкновения (импульс почти не меняется) с рядами атомов, удерживающих их в этих "каналах" (рис.).

Если траектория частицы заключена между двумя атомными плоскостями, то говорят о плоскостном каналировании, в отличие от аксиального каналирования, при к-ром частица движется между соседними рядами атомов.

К. з. ч. было предсказано амер. физиками M. T. Робинсоном и О. С. Оуэном в 1961 и обнаружено в 1963-65 неск. группами экспериментаторов. Каналиро-вание тяжёлых частиц (протонов и ионов) наблюдается при энергиях больше неск. кэв, что соответствует длине волны де-Бройля, малой по сравнению с постоянной кристаллич. решётки. К. з. ч. в этом случае может быть описано законами классич. механики. Для К. з. ч. необходимо, чтобы угол, образуемый скоростью частицы и осью атомного ряда (или плоскостью для плоскостного каналирования), не превышал нек-рого кри-тич. значения KP- Угол кр тем больше, чем больше атомные номера частицы и атома кристалла, чем меньше энергия частицы и чем меньше расстояние между атомами в ряду атомов, вдоль к-рого происходит К. з. ч. Для аксиального Каналирования в нек-рых направлениях кр = 0,1-5° (для плоскостного каналирования в неск. раз меньше).

Траектория каналированных частиц проходит дальше от ядер атомов кристаллич. решётки, чем траектория нека-налированных частиц. Это приводит к важным следствиям: 1) длина пробега частиц в канале значительно больше, чем длина пробега неканалированных частиц, т. к. электронная плотность в каналах меньше, чем в среднем в кристалле. Увеличение длины пробега ионов при К. з. ч. используется при ионном легировании полупроводников (см. Ионное внедрение). 2) Поскольку канали-рованные частицы движутся сравнительно далеко от ядер и близких к нему электронных оболочек и Z, оболочек), то вероятность ядерных реакций и возбуждения рентгеновского излучения под действием каналированных частиц намного меньше.

Частицы, движущиеся в каналах, могут выходить из канала в результате рассеяния на дефектах в кристалле, что -используется для изучения дефектов. С эффектом К. з. ч. тесно связан эффект теней (см. Теней эффект).

Каналирование электронов отличается от каналирования тяжёлых частиц. Особенности каналирования электронов обусловлены влиянием их волновых свойств и отрицат. зарядом.

Лит.: Туликов А. Ф., Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы. "Успехи физических наук", 1965, т. 87, в. 4, с. 585; Линд Xард И., Влияние кристаллической решетки на движение быстрых заряженных частиц, там же, 1969, т. 99, в. 2, с. 249; Томпсон M., Каналирование частиц в кристаллах, там же, 1969, т. 99, в. 2, с. 297; Каган Ю. M., Кононец Ю. В., Теория эффекта каналирования, "Журнал экспериментальной к теоретической физики", 1970, т. 58, в. 1, с. 226.

Ю. В. Мартыненко.  

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2016