автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Концептуальное проектирование устройств трехмерной голографической памяти на основе голограмм Фурье

На правах рукописи

Давыдова Светлана Викторовна

КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ТРЕХМЕРНОЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ ГОЛОГРАММ ФУРЬЕ

Специальность 05.13.12. - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г*

Волгоград - 2006

Диссертация выполнена на кафедре «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования» Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Фоменков Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бершадский Александр Моисеевич, доктор технических наук, профессор Шилин Александр Николаевич

Ведущее предприятие НИИ конструкторско-технологической информатики РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 26 декабря 2006 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, Волгоград, пр. Ленина, 28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 24 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В. И. Водопьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с все возрастающими требованиями к объему хранимой информации, к характеристикам устройств памяти (скорости доступа, чтения, записи) все большую актуальность приобретают работы в области создания высокоэффективных запоминающих устройств, среди которых выделяются своими потенциальными возможностями оптические запоминающие устройства.

Среди перспективных схем оптической памяти наиболее популярны схемы с послойным хранением информации, которые позволяют использовать методы записи информации, разработанные для двумерной памяти, и допускают параллельное считывание информации, записанной в слое. Данным требованиям отвечают устройства, реализующие принцип голографии. Голографическая память обладает такими важными характеристиками, как наивысшая плотность записываемой информации, надежность и долговременность хранения информации, нечувствительность к внешним помехам, высокоскоростные и высокопараллельные запись и считывание информации, ассоциативность. В настоящей работе использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований в области голографии Д. Габора, Э. Лента, Ю. Упатниекса, Ю. Н. Денисюка, А. Л. Микаэляна, А. А. Акаева, Г. Колфилда, Д. Псалтиса, Дж. Де Велиса, Р. Кольера, С-. Бентона, Л. Кросса, X. Когельника, В. А. Барачевско-го, Ван Хирдена и других отечественных и зарубежных ученых.

Среди основных типов голограмм, наиболее распространенных в различных оптических системах, выделяются голограммы Фурье. Выбор голограмм Фурье при создании голографических запоминающих устройств (ГЗУ) обусловлен их более высокой информационной емкостью по сравнению с голограммами других типов и наличием меньших аберраций. Это свойство обеспечивает максимальную плотность записи в регистрирующей среде. В то же время используемые в настоящее время системы голографической памяти не вполне соответствуют потенциальным характеристикам, таким как большой

объем хранимой информации, надежность и долговременность. Существующие подходы к проектированию ГЗУ ориентированы на проектирование отдельных узлов от прототипа.

Повышение эффективности начальных этапов проектирования сложных технических систем, а именно - сокращение сроков проектирования и повышение качества проектируемых технических систем и технологий (как интегральный показатель значений совокупности характеристик для проектируемого класса систем), может быть достигнуто за счет автоматизации ресурсоемких процедур проектирования, прогнозного моделирования жизненного цикла технических систем и поддержки принятия решений по развитию технических систем. Автоматизация проектирования требует наличия модели процесса проектирования, степень формализации которой определяет возможности автоматизации процессов проектирования. В настоящее время развивается несколько подходов к формализации этапов проектирования, значительный вклад в развитие которых внесли: Г. С. Альтшуллер, Г. Я. FSyiu, В. Н. Глазунов, А. М. Дво-ряикип, М. Ф. Зарипов, В. А. Ефимов, В. А. Камаев, К. В. Кумунжиев, С. Н. Никитин, А. И. Половинкин, И. Ю. Петрова и другие отечественные и зарубежные ученые. Сведений об имеющихся методах концептуального проектирования ГЗУ в доступных источниках не найдено.

Таким образом, актуальной является задача разработка методики и программных средств проектирования трехмерных голографических запоминающих устройств, позволяющих моделировать технические системы для удовлетворения требованиям к оптической памяти. Актуальность темы работы подтверждена финансированием Министерством образования и науки РФ НИР «Математическое моделирование пропускающих голограмм Фурье и оптимизация параметров модели для решения задачи проектирования эффективных устройств трехмерной голографической памяти» в 2005 г. (программа «Развитие потенциала высшей школы», код проекта 4495), в рамках которой выполнялась данная диссертационная работа.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов проектирования голографических запоминающих устройств (ГЗУ) на основе голограмм Фурье.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Анализ подходов и технических решений в области голографических запоминающих устройств.

2. Разработка методики концептуального проектирования ГЗУ, включающей этапы моделирования физических принципов действия ГЗУ и математического моделирования ГЗУ.

3. Разработка и реализация исследовательского прототипа системы автоматизации концептуального проектирования ГЗУ.

4. Апробация разработанных моделей и алгоритмов при решении задач проектирования компонентов ГЗУ.

Методы исследования. При выполнении исследований и решении поставленных задач использовались методы концептуального проектирования технических систем, математического моделирования, системного анализа, теории баз данных.

Научная новизна.

1. Разработана методика концептуального проектирования голографических запоминающих устройств, включающая этап синтеза физических принципов действия (ФПД) и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей физических эффектов (ФЭ).

2. Модифицирована модель описания ФЭ для задач математического моделирования ФПД и классификации ФЭ.

3. Разработан алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

4. Разработан алгоритм синтеза математической модели гологра-финеского запоминающего устройства на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

Положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Систематика предметной области. Для ГЗУ на основе голограмм Фурье: определены признаки и конструктивная функциональная структура, выделены основные процессы и систематизированы математические модели процессов, систематизированы типовые компоненты ГЗУ и допустимые значения их параметров.

2. Модель описания ФЭ для задач математического моделирования ФПД и классификации ФЭ и объектно-ориентированный фонд физических эффектов «Голография», описывающий основные физические процессы и явления в области голография и включающий 63 описания, выполненных в рамках работы, и 107 ранее созданных описаний.

3. Методика кон1(ептуачьного проектирования ГЗУ, включающая этап синтеза ФПД и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей ФЭ.

4. Алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

5. Алгоритм синтеза математической модели ГЗУ на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

6. Исследовательский прототип автоматизированной системы проектирования ГЗУ.

Конкретное личное участие автора в получении результатов.

Лично автором выполнена систематизация работ в области гологра-фических запоминающих устройств; выполнен конструктивно-функциональный анализ ГЗУ и определены ограничения на ГЗУ на основе голограмм Фурье; разработан объектно-ориенгрованный фонд «Голография», включающий 63 новых ФЭ и 107 ранее внесенных ФЭ; разработана БД математических моделей ГЗУ, разработан алгоритм синтеза ФПД ГЗУ на основе шаблонов ФПД, разработана методика концептуального проектирования ГЗУ, включающая этап синтеза ФПД на основе шаблонов ФПД и этап математического моделирования ГЗУ на основе ФПД, спроектирована автоматизированная система концептуального проектирования ГЗУ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана автоматизированная система концептуального'проектирования ГЗУ. Разработан фонд «Голография», включающий 63 новых ФЭ и 107 ранее внесенных ФЭ для решения информационно-поисковых задач и задач проектирования. Разработанная методика проектирования О У может быть использована в других предметных областях при соответствующем информационном наполнении. Основные практические и теоретические результаты работы использовались при выполнении научно-исследовательской работы «Математическое моделирование пропускающих голограмм Фурье и оптимизация параметров модели для решения задачи проектирования эффективных устройств трехмерной голографиче-ской памяти» (программа «Развитие потенциала высшей школы», код проекта 4495). Результаты работы также могуг быть использованы в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета для проведения практических, лабораторных работ по дисциплинам «Концептуальное проектирование систем», «Информационные технологии», «Методы инженерного творчества». Автоматизированная система концептуального проектирования ГЗУ зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Госкоор-центра Информационных технологий Министерства образования и науки РФ.

Достоверность результатов работы.

Достоверность и обоснованность результатов работы основываются на применении апробированных методов концептуального проектирования технических систем, математического моделирования, системного анализа, теории баз данных. Результаты работы согласуются с результатами предыдущих исследований в этой области, проверка работоспособности разработанных алгоритмов при решении задач концептуального проектирования ГЗУ с применением разработанной автоматизированной системы на их основе подтвердила соответствие получаемых результатов существующим экспериментальным данным.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Первой Всероссийской конференции «Методы и системы обработки изображений» МСО-2СЮЗ (МГУ, Москва, 2003), V Всероссийской научно-технической конференции «Нейроин-форматика-2003» (МИФИ, Москва, 2003), Седьмом научно-практическом се-

минаре «Новые информационные технологии», (МГИЭМ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва 2004), XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2004», (Санкт-Петербург, 2004), Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2004), III Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин , 2005), XXXII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + SE'05» (Ялта, 2005), Международных научно-технических конференций AIS'05, CAD-2005 (Дивноморское, 2005), X Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2005), XXXIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + SE'06» (Ялта, 2006), Международных научно-технических конференций AIS'06, CAD-2006 (Дивноморское, 2006), XI Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2006), Международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ: 1 монография (в соавторстве), 1 статья в зарубежном журнале, 8 статей в перечне журналов и изданий ВАК (из них 6 - в центральных журналах), 15 публикаций в сборниках трудов, сборниках материалов, сборниках тезисов Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и семинарах (2003-2006 гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 128 страниц машинописного текста, таблиц - 15 (10 стр.), рисунков - 17 (9 стр.), список литературы - 112 наименований (12 стр.), приложения - 34 стр. Общий объем работы - 193 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, указываются применяемые методы исследований, научная новизна и практическая ценность работы, формулируются основные положения, выносимые на защи ту.

В первой главе рассмотрены основные понятия голографии. Отмечены достоинства оптических систем памяти, основанных на принципах голографии. Рассмотрены принципы записи и считывания двумерных и трехмерных голограмм. На основе анализа работ, посвященных принципам записи и считывания информации, приведена систематизация голограмм, составленная с учетом свойств регистрирующих сред, источников света, конфигурации и параметров опорных и объектных волн.

В качестве основного класса голограмм для задачи проектирования ГЗУ выделены объемные, фазовые, пропускающие голограммы Фурье и приведены их характеристики. Голограммы Фурье определены как голограммы плоского объекта, записываемые с помощью опорного источника, расположенного в плоскости объекта, параллельной плоскости голограммы с помощью цифрового оптического сигнала. Изображение объекта можно получить фурье-преобразованием дифрагированной волны. Рассмотрены особенности голограмм Фурье, которые повлияли на выбор голограмм именно такого типа для моделирования устройств трехмерной голографической памяти. Отмечены основные причины выбора голограмм Фурье для ГЗУ, в частности их высокая информационная емкость и помехозащищенность, обусловленные фурье-преобразованием. Определена принципиальная конструктивная схема, присущая всем ГЗУ на основе голограмм Фурье (рис. 1). Основными узлами ГЗУ являются: лазер, оптическая система (транспортная среда) и среда доя записи голограмм.

В процессе анализа предметной области найдено и проанализировано по тематике работы более 400 патентов в 7 основных патентных базах за 1967-2006 год и свыше 700 статей в более, чем в 300 наименованиях журналов с 1948 по 2006 год.

5 Транспортная среда

опорный луч

управление лучом

1 Генератор пучка I

управляемый' тпанспапант !

2 Детектор --- пучка

входные |

В данное

I

£цпс:___I___

Рисунок 1 - Принципиальная конструктивная схема ГЗУ на основе голограмм

Фурье. 1 - генератор, 2 - детектор, 3 - среда записи голограммы, 4 - цифровой процессор сигнала, 5 - транспортная среда (техническая система,

Рассмотрены основы концептуального проектирования технических систем. Отмечена необходимость применения физических знаний при проектировании современных технических систем. Дано понятие физического эффек та (ФЭ) и физического принципа действия (ФПД). В качестве основы построения системы синтеза выбрана модель описания ФЭ, разработанная в ВолгГТУ.

Дан обзор математических моделей в области голографических запоминающих устройств и приведены некоторые последние конструктивные реализации голографических систем памяти.

Анализ предметной области показал наличие большого количества математических моделей ГЗУ, описывающих частные случаи устройств го-лографической памяти, наличие теоретической базы для проектирования ГЗУ и практически полное отсутствие сведений о системах моделирования и проектирования ГЗУ. В литературе не освещен процесс проектирования ГЗУ, по результатам анализа публикаций по проблемам создания оптической памяти

обеспечивающая доставку информационного пучка к среде записи и элементу детектирования)

можно сделать вывод об отсутствии системности в подходе проектирования ГЗУ и акценту на проектирование ГЗУ от прототипа, без всестороннего привлечения физических знаний.

По результатам анализа предметной области сформулированы цель и задачи настоящей работы.

Во второй главе предложена методика концептуального проектирования ГЗУ на основе голограмм Фурье (рис. 2)

В соответствии с предложенной методикой на первом этапе необходимо сформировать' задание на синтез ФПД. Этап подразумевает наличие фонда ФЭ, адаптированного для задач синтеза ГЗУ, сведений об ограничениях на конструктивные реализации ФЭ, определяемых спецификой рассматриваемого класса устройств.

БД схем ГЗУ, компонент ГЗУ, морфологическая тябпипя ГТУ

БД шаблонов ФПД компонентов ГЗУ

БД ФЭ, включая фонд «Голография», БД шаблонов ФПД

Формулирование потребности: постановка задачи синтеза ГЗУ. Выделение подзадачи синтеза компонента ГЗУ

=0 Подсистемы выбора компонент ГЗУ на морфологической таблице, визуализации схем

Выбор или построение шаблонов ФПД компонента ГЗУ --1

Подсистема визуализации и редактирования ФПД. визуализация компонент ГЗУ 1 1

Синтез принципиальных схем ФПД компонента ГЗУ, выбор вариантов ФПД

БД математических моделей БД ФЭ «Гологиа&ия»

БД схем ГЗУ, компонент ГЗУ, морфологическая таблица ГЗУ

Подсистема синтеза ФПД, подсистема визуализации и редактирования ФГЩ

Синтез математической модели ФПД, математическое моделирование ФПД

V

Подсистема математического моделирования ФПД

Слияние частных ФПД компонентов ГЗУ в составе ФПД ГЗУ

Подсистемы визуализации и редактирования ФПД, визуализации компонент ГЗУ

Рисунок 2 — Методика концептуального проектирования ГЗУ

С целью расширения возможностей поиска ФЭ и синтеза ФПД применительно к предметной области ГЗУ в работе выполнены изменения в модели описания ФЭ: а) введен признак «Классификация ФЭ» для индексирования множества ФЭ по различным классификациям, включая «Раздел физических знаний» в соответствии с принципами, положенными в основу построения иерархических тезаурусов описания воздействий и объекта ФЭ и положениями, рассмотренными в 1 главе; б) модернизирован признак «математическая модель ФЭ» М -< Мт, Л/„ >. Формальное описание математической модели ФЭ включает множество Мт вариантов реализации зависимости физических величин, определяющих физический эффект (представленных значениями величин в табличной форме) в различных условиях и при конкретных свойствах объекта ФЭ: Мт = \к!'т = X' -> У ,Х' = {*,',...,дг^}} и множество аналитических моделей Л/^:

Л/„ - ^М'а,х):М'п - )...) -> У ,Х-область определения М'а\,

где - аналитические зависимости (записанные на введенном в работе

языке Г) вида У - Р(х, ,...,хп ), порядок зависимостей задает последовательность их использования для символического вывода интегральной зависимости вида У - F(X| „..,*„).

Для задачи синтеза ФПД ГЗУ на основе анализа функций и процессов ГЗУ:

- разработай в соответствии с требованиями используемой модели описания ФЭ и приведен в работе объектно-ориентированный фонд физических эффектов «Голография», включающий 63 новых ФЭ и 107 ранее описанных ФЭ;

- выполнен конструктивно-функциональный анализ различных ГЗУ на основе голограмм Фурье (табл. 1), построена конструктивная функциональная структура ГЗУ (рис. 3);

- сформирована морфологическая таблица по элементам голографиче-ских запоминающих устройств, в которой приведены характеристики источников лазерного излучения и регистрирующих сред. Данная таблица позволяет осуществлять выбор наиболее подходящих голографических материалов для разных длин волн источников излучения в каждом конкретном случае. Фраг мент таблицы приведен в таблице 2.

Таблица 1 - Конструктивно-функциональный анализ ГЗУ на основе голограмм Фурье

Элемент (£,) системы 1 Функцня элемента (Г,) Обобщенная функциональная подсистема {ОФИС:)

Е1 - лазер К/ — (В - генерация; О - световых пучков; Н - длина волны 325 — 1064 нм) ОФПС/ - принцип действия генератора пучков

Е2 - оптическая система Б2 — (£> - доставка к среде записи; О - световых пучков) ОФПСз - структура оптической системы

Е.! - формирователь страниц (транспарант) Е} = (£> — преобразование в пространственно-модулированную световую волну — двумерную оптическую входную страницу; С - электрических данных) ОФПСз - принцип действия генератора информационного пучка

Е4 — гологра-фическая среда /V = (О — регистрация; С — интерференционной картины; Н— разрешающая способность и чувствительность среды) ОФПСч ~ структура голограммы

£> - фотодетектор Е} = (О - преобразование в электрические сигналы; О — восстановленного оптического изображения) ОФПС.5 - принцип действия фотодетектора |

В работе выделены основные функции ГЗУ, включая запись голограммы, обработку среды голограммы с целью закрепления данных на регистрирующем материале, считывание информации.

КЭ1 КЭ2 кэз КЭ4 КЭ5

! кэ Описание

КЭ1 Лазер

КЭ2 Дефлектор и оптическая система

кэз Линзовый растр

КЭ4 Формирователь страниц (транспарант)

КЭ5 Линза

КЭ6 Голографическая среда

КЭ7 Линза

КЭ8 Фотодстектор

КЭ9 ЦПС

КЭ10 Дефлектор и оптическая система

КЭ6 КЭ 7

*

И

КЭ8 —И КЭ9

Г Описание

Р. Генерация световых пучков

Доставка к среде записи светового пучка

Ь Расширение предметного луча для освещения формирователя страниц (матрицы световых затворов)

гл Преобразование электрических данных в про-странственно-модулиропанную световую волну - двумерную оптическую входную страницу

р5 Формирование Фурье-образа изображения матрицы затворов

р* Регистрация интерференционной картины !

р7 Фурье-преобразование изображения и проекция 1 на фотодетектор

Р8 преобразование восстановленного оптического изображения в электрические сигналы

Р9 Доставка к среде записи светового пучка

Р,0 Изменение уг ла падения опорного пучка на го-лографическую среду при записи наложенных объемных голограмм

Рисунок 3 - Конструктивная функциональная схема ГЗУ

Для каждой функции ГЗУ в виде схем представлены физические эффекты, при помощи которых эти функции могут быть реализованы. На рис. 4 представлена потоково-функциональная структура (ПФС) обработки голо-графической среды.

Таблица 2 - Морфологическая таблица конструктивно-функционального анализа ГЗУ (фрагмент)

ОФПС1 Классификационный признак Альтернатива Ад

ОФПС4-структура голограммы Глубина записи Тонкая Объемная

Слоистая структура Есть Нет

Регистрируемые параметры объектной волны Амплитудная Фазовая

Модулируемые параметры Амплитудная модуляция . Фазовая и Фазовая модуляция 1 амплитудная

Геометрия восстановления Пропускающая | Отражающая

Геометрия записи Френеля Фраунгофера Фурье-Фраунгофера . 1 квази. Фурье . ' Фурье

Тип регистрации Уплотненная Раздельная

Диапазон регистрируемых волн ИК красный желтый зеленый синий фиолетовый УФ

Чувствительность Низкая Средняя Высокая

Разрешающая способность Низкая Средняя Высокая

Реверсивность Есть | Нет

Поток Поток Поток Поток Поток

вешествз вещества вещества вещества вещества

проявитель фиксатор отбеливатель воздух вода

Функция Описание

Р. Проявление голографической пластины

Ъ Фиксаж

Из - Отбеливание

Р4 Сушка

Рисунок 4 — Потоковая функциональная структура для процесса обработки голографической среды

С целью отражения специфики предметной области при решении задачи проектирования создан фонд конструктивно-функциональных схем тех-

I

нических систем, включающий результаты конструктивно-функционального анализа технических систем выделенного класса.

Таким образом, первый этап методики подразумевает:

а) выделение фрагмента КФС ГЗУ, функционал которого должен быть представлен физическим принципом действия;

б) выделение морфологических признаков ГЗУ с целью уточнения требований к физическим процессам разрабатываемого ФПД;

в) автоматическое формирование начального и конечного состояния -пар (воздействие, объект) на основе тезаурусов описания воздействий и объектов подсистемы ГЗУ (выделенного фрагмента КФС), с учетом выделенных морфологических признаков ГЗУ;

г) автоматическое формирование перечня обязательных к применению и запрещенных к применению ФЭ, обязательных к применению и запрещенных к применению состояний подсистемы ГЗУ на основе информации о структуре выделенного фрагмента КФС ГЗУ и выделенных морфологических признаков ГЗУ;

д) уточнение начального и конечного состояния подсистемы ГЗУ, перечня обязательных к применению и запрещенных к применению ФЭ, обязательных к применению и запрещенных к применению состояний подсистемы ГЗУ для учета специфики решаемой задачи.

На втором этапе методики (рис. 2) с целью учета предметной области при синтезе ФПД создается или выбирается из числа ранее созданных шаблон ФПД.

Шаблон ФПД представляет собой фрагмент ФПД, который должен быть включен (с учетом введенных в работе правил включения) во все структуры ФПД, являющиеся решением задачи проектирования. Так, в качестве шаблона, соответствующего ПФС на рис. 4 может быть принят ФПД со следующими ФЭ, реализующими функции ПФС (табл. 3). При включении данного шаблона в задание на синтез, мы обеспечиваем заданное протекание процессов обработки среды для всех допустимых ФПД, которые будут включать и другие процессы, реализующие другие функции ГЗУ.

Таблица 3 — Эффекты шаблона ФПД, соответствующие ПФС на рис. 4

Физический эффект (№ в БД) Наименование

F,(№ 1513) Получение зерен серебра при травлении поверхности голо-графической пластины растворителями

F2(№ 1517) Изменение светочувствительности голограмм в процессе фиксирования

F3(№ 1519) Увеличение дифракционной эффективности голограмм в процессе отбеливания

F4(№ 1524) Удаление воды из эмульсионного слоя (сушка)

На третьем этапе методики (рис. 2) в автоматизированном режиме производится синтез ФПД.

С учетом выявленных закономерностей в структуре ГЗУ, в развитие работ ВолгГТУ и Астраханского ГТУ предложен алгоритм синтеза ФПД, основанный на теоретико-множественном подходе к определению правил совместимости ФЭ и обеспечивающий высокий уровень производительности за счет использования эффективных реализаций запросов SQL в СУБД.

Алгоритм потребовал модернизации физического представления индекса (поискового образа документа) ФЭ. В работе показано, что, благодаря новому представлению, совместимость ФЭ (возможность использования конечного состояния одного ФЭ в качестве начального состояния другого ФЭ -для построения последовательности ФЭ в составе ФПД) может быть определена теоретико-множественными операциями на множестве признаков ФЭ.

Па основе информации о попарной совместимости ФЭ формируется двудольный ориентированный граф G совместимости ФЭ. На основе графа совместимости ФЭ выполняется синтез принципиальных схем ФПД. Под принципиальной схемой ФПД понимается сеть Рп с вершинами - ребрами графа G, упорядоченными по уровням, отражающим необходимые и достаточные условия выполнения ФЭ (ФЭ уровня п+1 могут быть выполнены после/вследствие ФЭ уровня п).

В работе обоснованы следующие свойства алгоритма. 1. Построение каждого уровня Рп можно выразить теоретико-множественными операциями.

2. Повторение дуг из Б на одном или разных уровнях Рп не увеличивает количество возможных ФПД. 3. Алгоритм синтеза Рп - конечный для любого задания на синтез, при этом достижимое условие завершения алгоритма - пустое множество вершин на последнем уровне Р„. 4. Алгоритм синтеза Рп обеспечивает получение всех возможных принципиальных схем ФПД, в частности, а) Рп содержит информацию обо всех возможных вариантах совместимости ФЭ; б) все обратные связи ФПД отражены в Рп . 5. Все возможные (конкретизированные) ФПД для любого задания на синтез можно получить из Рп упорядочиванием действия входящих в состав Рп эффектов во времени (в предположении, что все ФЭ, независимо от сложности сетевой структуры ФПД, строго упорядочены во времени) — вариацией порядка действия ФЭ в ФПД с учетом требования порядка следования ФЭ, заданного дугами в Рп .

На заключительном шаге аретьего этапа методики с учетом утверждения 5 формируется множество Р конкретизированных ФПД (ФПД, однозначно определяющих порядок выполнения ФЭ в процессе ГЗУ). В работе приведены дополнительные условия на Р1 е Р , используемые для сокращения множества Р за счет физически нереализуемых или не соответствующих заданию ФПД.

На четвертом этапе методики (рис. 2) для выделенных конкретизированных ФПД может быть выполнено математическое моделирование процессов ГЗУ.

В работе систематизированы задачи синтеза и анализа ФПД ГЗУ, решаемые на основе математической модели ФЭ. На основе анализа отечественных и зарубежных работ, в частности - Котова В. Б. совместно с автором настоящей работы создана БД математических моделей в области ГЗУ. Были выделены критерии классификации ГЗУ, такие как функции, физические эффекты, конфигурация голограмм и используемые величины. Выделено 93 условных обозначения величин, классифицировано 19 различных зависимостей, выделено 56 вариантов зависимостей, отражающих различные условия реализации ГЗУ. Рассмотрено более 100 вариантов записи зависимостей, используемых в области голографии.

На основе языка записи математических выражений и алгоритма символических вычислений, реализованных в системе МаЛЬаЬ, разработаны алгоритм символических вычислений, строящий аналитическую запись суперпозиции функций М'а, определяющих модель ФЭ, и алгоритм символических вычислений суперпозиции функций отдельных ФЭ в составе ФГ1Д.

С целью совершенствования процедур анализа ФПД разработаны алгоритмы символических и количественных вычислений показателей ФПД на основе математических моделей ФЭ. Алгоритм символических вычислений позволяет построить аналитические зависимости величин, определяющих физические процессы ГЗУ, на основе аналитических зависимостей ФЭ, входящих в структуру ФПД, и порядка их выполнения в ФПД. Алгоритм количественных вычислений позволяет выполнить расчеты на основе аналитической записи зависимости и численных или символических значений параметров.

Таким образом, на четвертом этапе методики возможно математическое моделирование процессов ГЗУ с целью определения соответствия расчетных значений показателей процессов решаемой задаче проектирования. Предложены направления дальнейшего развития работы, предусматривающие разработку алгоритмов оптимизации и имитационного моделирования процессов ГЗУ на основе созданных алгоритмов символических и количественных вычислений.

На пятом этапе методики (рис. 2) выполняется привязка разработанных ФПД и их фрагментов к КФС ГЗУ. С учетом синтезированных на других сеансах синтеза ФПД компонентов ГЗУ выполняется синтез ФПД ГЗУ в целом.

Выполнен анализ применимости методики, приведены ограничения предлагаемого подхода применительно к рассматриваемому классу технических систем, рассмотрены направления развития методики.

В третьей главе приведено описание автоматизированной системы проектирования устройств трехмерной голографической памяти. Система включает следующие основные модули (рис. 6), обеспечивающие автоматизацию основных этапов методики проектирования ГЗУ: а) модуль правки ФЭ, реализующий добавление, модификацию, удаление поискового образа

ФЭ (включая формальное описание математической модели) и развернутого описания ФЭ; б) модуль управления сеансами работы, управляющий процес-

I

сом поэтапного решения задачи проектирования ГЗУ и сохраняющий результаты работы между сеансами синтеза; в) модуль формирования шаблонов ФПД; г) модуль импорта и экспорта данных для переноса данных (описаний ФЭ, тезаурусов описания ФЭ, шаблонов ФПД, сеансов синтеза ФПД) между экземплярами системы.

Рисунок 6 - Архитектура автоматизированной системы проектирования устройств трехмерной голографической памяти

Глава содержит изложение особенностей реализации отдельных функций системы: обоснование физического представления данных в БД и описание системы команд SQL для синтеза ФПД; алгоритм импорта описаний ФЭ из других БД ФЭ с учетом возможных различий в распределенно пополняемых тезаурусах описания ФЭ, технические решения по интеграции с MatLab для организации символьных и численных вычислений на основе математических моделей ФЭ и ФПД; технические решения по представлению и визуализации математических выражений в соответствии с общепринятой

нотацией, принципы и программная реализация механизма хранения и восстановления сеансов работы с системой; принципы и алгоритмы визуализации структур ФПД с минимизацией пересечения дуг совместимости ФЭ.

Автоматизированная система реализована в среде Borland Developer Studio 2006, язык программирования С++. Система использует СУБД SQL Server 2005, среду выполнения (run-time environment) MatLab, Active-X-компонент Integre techexplorer Hypermedia Browser 3.5.

В четвертой главе показаны возможности практического применения автоматизированной системы проектирования устройств ГЗУ. Приведены методические указания по работе в системе в следующих режимах 1. Ведение фонда ФЭ: а) модификация тезаурусов описания ФЭ (тезаурусов воздействий, объектов и классификации ФЭ); б) модификация эффектов фонда ФЭ (включая поисковый образ ФЭ, и описание ФЭ на естественном языке - начальное и конечное состояние ФЭ, сущность, практическое применение, математическая модель, перечень источников информации); в) импорт и экспорт описаний ФЭ для обеспечения возможности независимой разработки фондов ФЭ с их последующим автоматическим слиянием. 2. Математическое моделирование на основе банка математических ,моделей: а) ввод и модификация моделей физических процессов, представленных в табличном и аналитическом виде; б) символический вывод и численный расчет интегральной аналитической зависимости вида y=f(x) на основе последовательности аналитических зависимостей данного вида и значений, входящих в запись зависимостей констант и параметров; в) визуализация математических выражений в соответствии с общепринятой нотацией. 3. Просмотр структур ФПД в виде проекции графа ФПД на плоскость и модификация структур ФПД в соответствии с требованиями совместимости входящих в структуру ФПД ФЭ. 4. Формирование модели предметной области автоматизированной системы (описание класса технических систем): правка морфологических таблиц и конструктивно-функциональных схем фонда конструктивно-функциональных схем технических систем. 5. Концептуальное проектирование ГЗУ в соответствии с предложенной методикой (глава 2).

Выполнена апробация разработанных моделей и алгоритмов, автоматизированной системы при решении задач проектирования отдельных компонентов ГЗУ. Рассмотрен сквозной пример проектирования компонентов ГЗУ для функций (формирование транспаранта) и (регистрация интерференционной картины) КФС ГЗУ (рис. 3).

Основные результаты работы использованы в рамках НИР «Математическое моделирование пропускающих голограмм Фурье и оптимизация параметров модели для решения задачи проектирования эффективных устройств трехмерной голографической памяти» в 2005 г. (программа «Развитие потенциала высшей школы», код проекта 4495).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

По результатам анализа предметной области разработана методика концептуального проектирования голографических запоминающих устройств на основе голограмм Фурье и автоматизированная система проектирования ГЗУ на основе голограмм Фурье, обеспечивающие повышение эффективности процесса проектирования голографических запоминающих устройств за счет применения методов концептуального проектирования и средств автоматизации проектирования.

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Выполнена систематика предметной области. Для ГЗУ на основе голограмм Фурье: определены признаки и конструктивная функциональная структура, выделены основные процессы и систематизированы математические модели процессов, систематизированы типовые компоненты ГЗУ и допустимые значения их параметров.

2. Модифицирована модель описания ФЭ для задач математического моделирования ФПД и классификаг{ии ФЭ и создан объектно-ориентированный фонд физических эффектов «Голография», описывающий основные физические процессы и явления в области голография и включающий 63 описания, выполненных в рамках работы, и 107 ранее созданных описаний.

3. Разработана методика концептуального проектирования гологра-фических запоминающих устройств, включающая этап синтеза физического принципа действия и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей ФЭ.

4. Разработан алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

5. Разработан алгоритм синтеза математической модели гологра-фического запоминающего устройства на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

6. Разработана и реализована в качестве исследовательского прототипа автоматизированная система проектирования ГЗУ на основе голограмм Фурье.

7. Выполнена апробация разработанных моделей и алгоритмов автоматизированной системы по результатам синтеза ФПД устройств ГЗУ при решении тестовых задач проектирования ГЗУ.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах.

1. Kotov, V. В. Cross-talking and capacity of volume holographic memory' [Текст] / V. В. Kotov, S. V. Politova (S. V. Davydova) // Optical Memory and Neural Networks. - New York : Allerton Press, Inc., 2003. - V. 12. - N. 2. - P. 95-109.

2. Котов, В.Б. Послойное считывание толстых голограмм при помощи наведенной неоднородности показателя преломления [Текст] / В.Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 48. -№ 7.-С. 858-865.

3. Котов, В.Б. Пространственно-временная память на основе динамической системы [Текст] / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 48. - № 8. - С. 986 - 991.

4. Котов, В.Б. Влияние перекрестной помехи на емкость объемной го-лографической памяти [Текст] / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 48. - № ] 2. - С. 1495 - 1504.

5. Котов, В.Б. Использование пар голограмм как слоев оптической памяти [Текст] / В.Б. Котов, C.B. Политова (C.B. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2004. - Т. 49. - № 2. - С. 235 - 240.

6. Котов, В.Б. Особенности использования пар толстых голограмм как слоев оптической памяти [Текст] / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2004. - Т. 49. - № 5. - С. 616 - 623.

7. Котов, В.Б. Нейронные системы для моделирования причинности [Текст] / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. - 2004. - Т. 49. - № 12. - С. 1452 - 1462.

8. Давыдова, С. В. Моделирование устройств трехмерной голографи-ческой памяти на основе голограмм Фурье [Текст] / С. В. Давыдова, Д. А. Давыдов, С. А. Фоменков // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии», выпуск 2 : межвуз. сб. науч. ст. - Волгоград, 2006.-№ 2 (17).-С. 95-100.

9. Давыдова, С. В. Устройство и принципы действия систем оптической памяти на примере голографических запоминающих устройств [Текст] / С. В. Давыдова, Д. А. Давыдов, С. А. Фоменков // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Концептуальное проектирование в образовании, технике, технологии», выпуск 3 : межвуз. сб. науч. ст. (в печ.).

10. Котов, В. Б. Причинность и нейронные сети [Текст] / В. Б. Котов, С. В. Давыдова : Монография. — Волгоград : Принт, 2006. - 222 с.

15 публикаций в сборниках трудов, сборниках материалов, сборниках тезисов Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и семинарах (2003-2006 гг.).

Подписано в печать 20. Н .2006 г. Заказ № %В9 . Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.

400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

1.1. Организация устройств оптической памяти на основе принципов голографии.

1.1.1. Основные понятия голографии.

1.1.2. Принципы записи и считывания голограмм.

1.1.3. Систематизация голограмм.

1.2. Концептуальное проектирование технических систем.

1.3. Математическое моделирование и конструктивные реализации в области голографических запоминающих устройств.

1.4. Цель и задачи работы.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

2.1. Объект проектирования.

2.2. Моделирование предметной области.

2.2.1. Представление физических знаний.

2.2.2. Создание объектно-ориентированного фонда физических эффектов «Голография» на основе анализа функций и процессов ГЗУ

2.2.3. Формализация информации об объекте проектирования.

2.2.4. Систематика математических моделей в области голографии.

2.3. Методика концептуального проектирования ГЗУ.

2.3.1. Принципы концептуального проектирования ГЗУ.

2.3.2. Этап 1. Формулирование потребности.

2.3.3. Этап 2. Определение шаблона ФПД для проектируемого ГЗУ.

2.3.4. Этап 3. Синтез структур ФПД.

2.3.5. Этап 4. Математическое моделирование процессов ГЗУ.

2.3.6. Этап 5. Интеграция ФПД компонент ГЗУ в составе ФПД ГЗУ.

Актуальность проблемы. В связи с все возрастающими требованиями к объему хранимой информации, к характеристикам устройств памяти (скорости доступа, чтения, записи) все большую актуальность приобретают работы в области создания высокоэффективных запоминающих устройств, среди которых выделяются своими потенциальными возможностями оптические запоминающие устройства.

Среди перспективных схем оптической памяти наиболее популярны схемы с послойным хранением информации, которые позволяют использовать методы записи информации, разработанные для двумерной памяти, и допускают параллельное считывание информации, записанной в слое. Данным требованиям отвечают устройства, реализующие принцип голографии. Голографическая память обладает такими важными характеристиками, как наивысшая плотность записываемой информации, надежность и долговременность хранения информации, нечувствительность к внешним помехам, высокоскоростные и высокопараллельные запись и считывание информации, ассоциативность. В настоящей работе использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований в области голографии Д. Габора, Э. Лейта, Ю. Упатниекса, Ю. Н. Денисюка, А. Л. Микаэляна, А. А. Акаева, Г. Колфилда, Д. Псалтиса, Дж. Де Велиса, Р. Кольера, С. Бентона, Л. Кросса, X. Когельника, В. А. Барачевского, Ван Хирдена и других отечественных и зарубежных ученых.

Среди основных типов голограмм, наиболее распространенных в различных оптических системах, выделяются голограммы Фурье. Выбор голограмм Фурье при создании голографических запоминающих устройств (ГЗУ) обусловлен их более высокой информационной емкостью по сравнению с голограммами других типов и наличием меньших аберраций. Это свойство обеспечивает максимальную плотность записи в регистрирующей среде. В то же время используемые в настоящее время системы голографической памяти не вполне соответствуют потенциальным характеристикам, таким как большой объем хранимой информации, надежность и долговременность. Существующие подходы к проектированию ГЗУ ориентированы на проектирование отдельных узлов от прототипа.

Повышение эффективности начальных этапов проектирования сложных технических систем, а именно - сокращение сроков проектирования и повышение качества проектируемых технических систем и технологий (как интегральный показатель значений совокупности характеристик для проектируемого класса систем), может быть достигнуто за счет автоматизации ресурсоемких процедур проектирования, прогнозного моделирования жизненного цикла технических систем и поддержки принятия решений по развитию технических систем. Автоматизация проектирования требует наличия модели процесса проектирования, степень формализации которой определяет возможности автоматизации процессов проектирования. В настоящее время развивается несколько подходов к формализации этапов проектирования, значительный вклад в развитие которых внесли: Г. С. Альтшуллер, Г. Я. Буш, В. Н. Глазунов, А. М. Дво-рянкин, М. Ф. Зарипов, В. А. Ефимов, В. А. Камаев, К. В. Кумунжиев, С. Н. Никитин, А. И. Половинкин, И. Ю. Петрова и другие отечественные и зарубежные ученые. Сведений об имеющихся методах концептуального проектирования ГЗУ в доступных источниках не найдено.

Таким образом, актуальной является задача разработка методики и программных средств проектирования трехмерных голографических запоминающих устройств, позволяющих моделировать технические системы для удовлетворения требованиям к оптической памяти. Актуальность темы работы подтверждена финансированием Министерством образования и науки РФ НИР «Математическое моделирование пропускающих голограмм Фурье и оптимизация параметров модели для решения задачи проектирования эффективных устройств трехмерной голографической памяти» в 2005 г. (программа «Развитие потенциала высшей школы», код проекта 4495), в рамках которой выполнялась данная диссертационная работа.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов проектирования голографических запоминающих устройств (ГЗУ) на основе голограмм Фурье.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Анализ подходов и технических решений в области голографических запоминающих устройств.

2. Разработка методики концептуального проектирования ГЗУ, включающей этапы моделирования физических принципов действия ГЗУ и математического моделирования ГЗУ.

3. Разработка и реализация исследовательского прототипа системы автоматизации концептуального проектирования ГЗУ.

4. Апробация разработанных моделей и алгоритмов при решении задач проектирования компонентов ГЗУ.

Методы исследования. При выполнении исследований и решении поставленных задач использовались методы концептуального проектирования технических систем, математического моделирования, системного анализа, теории баз данных.

Научная новизна.

1. Разработана методика концептуального проектирования голографических запоминающих устройств, включающая этап синтеза физических принципов действия (ФПД) и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей физических эффектов (ФЭ).

2. Модифицирована модель описания ФЭ для задач математического моделирования ФПД и классификации ФЭ.

3. Разработан алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

4. Разработан алгоритм синтеза математической модели голографиче-ского запоминающего устройства на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

Положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Систематика предметной области. Для ГЗУ на основе голограмм Фурье: определены признаки и конструктивная функциональная структура, выделены основные процессы и систематизированы математические модели процессов, систематизированы типовые компоненты ГЗУ и допустимые значения их параметров.

2. Модель описания ФЭ для задач математического моделирования ФПД и классификаг^ии ФЭ и объектно-ориентированный фонд физических эффектов «Голография», описывающий основные физические процессы и явления в области голография и включающий 63 описания, выполненных в рамках работы, и 107 ранее созданных описаний.

3.Методика концептуального проектирования ГЗУ, включающая этап синтеза ФПД и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей ФЭ.

4. Алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

5. Алгоритм синтеза математической модели ГЗУ на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

6. Исследовательский прототип автоматизированной системы проектирования ГЗУ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана автоматизированная система концептуального проектирования ГЗУ. Разработан фонд «Голография», включающий 63 новых ФЭ и 107 ранее внесенных ФЭ для решения информационно-поисковых задач и задач проектирования. Разработанная методика проектирования ГЗУ может быть использована в других предметных областях при соответствующем информационном наполнении. Основные практические и теоретические результаты работы использовались при выполнении научно-исследовательской работы «Математическое моделирование пропускающих голограмм Фурье и оптимизация параметров модели для решения задачи проектирования эффективных устройств трехмерной голографической памяти» программа «Развитие потенциала высшей школы», код проекта 4495). Результаты работы также могут быть использованы в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета для проведения практических, лабораторных работ по дисциплинам «Концептуальное проектирование систем», «Информационные технологии», «Методы инженерного творчества». Автоматизированная система концептуального проектирования ГЗУ зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Госкоорцентра Информационных технологий Министерства образования и науки РФ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Первой Всероссийской конференции «Методы и системы обработки изображений» МСО-2003 (МГУ, Москва, 2003), V Всероссийской научно-технической конференции «Нейроинформатика-2003» (МИФИ, Москва, 2003), Седьмом научно-практическом семинаре «Новые информационные технологии», (МГИЭМ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва 2004), XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2004», (Санкт-Петербург, 2004), Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2004), III Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2005), XXXII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + SE'05» (Ялта, 2005), Международных научно-технических конференций AIS'05, CAD-2005 (Дивноморское, 2005), X Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2005), XXXIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + SE'06» (Ялта, 2006), Международных научно-технических конференций AIS'06, CAD-2006 (Дивноморское, 2006), XI Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2006), Международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ: 1 монография (в соавторстве), 1 статья в зарубежном журнале, 8 статей в перечне журналов и изданий ВАК (из них 6 - в центральных журналах), 15 публикаций в сборниках трудов, сборниках материалов, сборниках тезисов Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и семинарах (2003-2006 гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 128 страниц машинописного текста, таблиц - 15 (10 стр.), рисунков -17 (9 стр.), список литературы - 112 наименований (12 стр.), приложения -34 стр. Общий объем работы - 193 стр.

1. Акаев, А. А. Когерентные оптические вычислительные машины Текст. / А. А. Акаев, С. А. Майоров. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1977. - 440 с.

2. ПРОЗРАЧНЫЙ ШВОПТИЧЕС.НЕОДНОРОД ШВ СИЛЬНО РАССЕИВАЮЩ Ч/ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫЙ Ш0ЛЮМИНОФОР- Специальные характеристики ШВМЕТАСТАБИЛЬНЫЙ

3. Фотоника Текст. / под ред. М. Балкански и П. Лалемана ; пер. с англ. и фр. под ред. М. И. Елинсо-на. -М. :Мир,- 1978.-С. 415.

4. Петров, М. П. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике Текст. / М.П. Петров, С.И. Степанов, A.B. Хоменко. — С.-Пб.: Наука, 1992. — 317 с.

5. Основные результаты и выводы

6. Приведены методические указания по решению практических задач при работе в автоматизированной системе концептуального проектирования ГЗУ.

7. Рассмотрен сквозной пример концептуального проектирования устройств ГЗУ с применением автоматизированной системы концептуального проектирования ГЗУ.

8. Автоматизированная система концептуального проектирования ГЗУ зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Госкоорцентра Информационных технологий Министерства образования и науки РФ.

9. Разработана методика концептуального проектирования голографических запоминающих устройств, включающая этап синтеза физического принципа действия и этап математического моделирования процессов ГЗУ на основе ФПД и математических моделей ФЭ.

10. Разработан алгоритм синтеза ФПД на основе шаблонов, реализующий теоретико-множественный подход в определении совместимости ФЭ и при синтезе структур ФПД.

11. Разработан алгоритм синтеза математической модели голографического запоминающего устройства на основе математических моделей ФЭ, структуры ФПД и требований к параметрам процессов ГЗУ.

12. Разработана и реализована в качестве исследовательского прототипа автоматизированная система проектирования ГЗУ на основе голограмм Фурье.

13. Benton, S. A. Hologram reconstructions with extended incoherent sources Текст. / S. A. Benton // J. Opt. Soc. Amer. 1969. - V. 59. - P. 15451547.

14. Chen, S. F. Holographie storage in Lithium niobate Текст. / S. F. Chen, J. T. La Maccia, D. В. Fraser // Appl. Phys. Lett. — 1968. — V. 13. — No. 7.— P. 223.

15. Coufal, H. Holography Solid Information Текст. / H. Coufal // Nature. - 1998. - Vol.393. - P. 628 - 629.

16. Credelle, T. L. Holographie storage on thermoplastics Текст. / T. L. Credelle, F. W. Spong // RCA Rev. 1972. - V. 33. - No. 1 - P. 206.

17. Denisyuk, Yu. N. Recording of deep three-dimensional holograms in gel-like layers of dichromated gelatin Текст. / Yu. N. Denisyuk, N. M. Ganzherli, I. A. Maurer // Proc. SPIE. 1996. - V. 2688 - P. 42 - 44

18. Fotland, R. A. Photographic dye-forming systems based on the use of polyhalogen compound and a dye precursor compound Текст. / R.A. Fotland // J. phot. Sei. 1970 - vol. 18. - P. 33-37.

19. Fourmilab: Index Librorum Liberorum (List for Free Books) Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.fourmilab.ch.

20. Gabor, D. Microscopy by reconstructed wave fronts Текст. / D. Gabor // Proc. Roy. Soc. (London) 1949. - V. A197 - P. 454.

21. Gaylord, T. K. Self enhancement of Li Nb03 holograms Текст. / T. К. Gaylord, T. A. Rabson, F. К. Tittel, С. R. Quik // J. Appl. Phys. 1973. - V. 44.-No. 2. -P. 896—897.

22. Goetz, G. Thermoplastics Текст. / G. Goetz, R. K. Mueller, D. M. Shupe // IEEE Confer. Display Devices, NY, October, 1972.

23. Grover, C. P. Lensless one step rainbow holography with a synthesized masking slit Текст. / С. P. Grover, R. A. Lessard, P. Tremblay // Appl. Opt. -1983,- V.22.- P. 3300-3304.

24. Gu, C. Applications of weak diffraction theory in volume holographic data storage Текст. / С. Gu // Optical Memory & Neural Networks. 2001. -V.10. - N.l. - P.35 - 48.

25. HowStaffWorks Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.howstuffworks.com

26. Hunter, S. Three-dimensional Optical Image Storage by Two-photon Recording Текст. / S. Hunter, C. Solomon, S. Esener, J. E. Ford, A. S. Dvornikov, P. M. Rentzepis // Opt. Mem. and Neural Networks.- 1994.- V.3. N. 2.-P. 151-166.

27. InPhase Technologies: the company Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.inphase-tech.com/about/index.html

28. Kogelnik, Н. Coupled wave theory for thick hologram gratings Текст. / H. Kogelnik // Bell System Technical Journal. 1969. - V. 48. - P. 2904-2947.

29. Koller, R. Konstruktionsmethode fur den Maschinen, Gerate und Apparatebau Текст. / R. Koller. Berlin: Springer - Verlag, 1976. - 184 s.

30. Kotov, V. B. Cross-talking and capacity of volume holographic memory Текст. / V. В. Kotov, S. V. Politova (S. V. Davydova) // Optical Memory and Neural Networks. New York : Allerton Press, Inc., 2003. - V. 12. - N. 2. - P. 95109.

31. Kozma, A. Holographic Storage and Readout Techniques Текст. / A. Kozma et al. // Rome Air Development Center Final Tech. Rep. RADC-75-71-54, 1971.

32. Lo, D. S. High speed optical techniques Текст. / D. S. Lo, L. H. Johnson, R. W. Honebrink // SPIE Confer., San Diego, Calif. August 26-27,1976.

33. Lo, D. S. Letters to the Editor Текст. / D. S. Lo, L. H. Johnson, R. W. Honebrink // Appl. Opt. 1975. - V. 14. - P. 820.

34. Mason, L. F. A. Photographic Processing Chemistry Текст. / L. F. A. Mason. New York : Focal Press, 1966.

35. Memory Information.com Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.memoryinformation.com

36. NTT Group Электронный ресурс. Режим доступа : http ://www.ntt. со .jp/indexe .html

37. OPTWARE Co. Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.optware.co.jp/english/tech.htm

38. Patent Analytics and Patent Searching Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.freepatentsonline.com

39. Patent Number: US5228001 US Optical random access memory Электронный ресурс. / Inventors: Birge Robert R. (US); Lawrence Albert F. (US). Publication date: 1993-07-13 - Режим доступа : http://www.freepatentsonline.com/ 5228001 .html.

40. Patents Patent Full-Text and Full-Page Image Databases Электронный ресурс. - Режим доступа : http://www.uspto.gov/patft/index.html.

41. Pennington, К. S. Techniques for producing low- noise improved-efficiency holograms Текст. / К. S. Pennington, J. S. Harper // Appl. Opt. 1970. -V. 9-Issue 7.-P. 1643.

42. Psaltis, D. Holographic Data Storage Текст. / D. Psaltis, G. W. Burr // Computer. 1998. - Vol.31. - P. 52 - 60.

43. Sheridan: Academic Web Server Электронный ресурс. Режим доступа: http://www-acad.sheridanc.on.ca

44. Smith, Н. М. Holographic Recording Materials Текст. / H. М. Smith. -Berlin : Springier Verlag, 1977.

45. Staebler, D. L. Coupled wave analysis of holographic storage in

46. Nb03 Текст. / D. L. Staebler, J. J. Amodei // J. Appl. Phys. 1972. - V. 43. - No. 3. - P. 1043.

47. Van Heerden, P. J. Theory of optical information storage in solids Текст. / P. J. Van Heerden // Appl. Opt. 1963. - V. 2. - № 4. - P. 393-400.

48. Yang, X. Three-dimensional Optical Memory Based on Stacked-layer Electron Trapping Thin Films Текст. / X. Yang, C. Y. Wrigley, J. Lindmayer // Opt. Mem. and Neural Networks. 1994. - V.3. N.2. - P. 135-149.

49. Yariv, A. Interpage and interpixel cross talk in orthogonal (wavelength multiplexed) holograms Текст. / A. Yariv // Opt. Lett. 1993. - V.18. - Issue 8. -N.4. - P.652.

50. Yi, X. Statistical analysis of cross-talk noise and storage capacity in volume holographic memory: image plane holograms Текст. / X. Yi, S. Campbell, P. Yeh, C. Gu // Opt. Lett. 1995. - V.20. - Issue 7. - N.5. - P.779

51. Your CD / DVD Expert Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.oneoffcd.com

52. А. с. 959033 СССР, МКИ G03H 1/26. Способ записи радужных голограмм Текст. / Н. Г. Власов, В. А. Мариновский, Ю. И. Савилова (СССР), 1982 г.

53. Агринская, Н. В. Молекулярная электроника : Пособие по авторскому курсу по дисциплине «Молекулярная электроника» Электронный ресурс. / Н. В. Агринская. ФТИ им. А.Ф.Иоффе, Санкт-Петербург. - Режим доступа: http://edu.ioffe.ru/edu/molecularel.html.

54. Акаев, А. А. Когерентные оптические вычислительные машины Текст. / А. А. Акаев, С. А. Майоров. JI. : Машиностроение, Ленинградское отделение, 1977. - 440 с.

55. Акаев, А. А. Оптические методы обработки информации Текст.: учебник для вузов / А. А. Акаев, С. А. Майоров. М. : Высшая школа, 1988. -236, 1. с.

56. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука Текст. / Г. С. Альтшуллер. -М. : Советское радио, 1979. 175 с.

57. Андреева, О. В. Оптоинформатика. Информационные возможности объемных голограмм Текст. : учебно-методическое пособие / О.В. Андреева, В.Г. Беспалов, В.Н. Васильев, Е.Р. Гаврилюк [и др.] ; под ред. О.В. Андреевой. СПб. : СПбГИТМО (ТУ), 2003. - 68 с.

58. Андрейчиков, А. В. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения) Текст. / А. В. Андрейчиков, О. Н. Андрейчикова. М. : Машиностроение, 1998. - 476 с.

59. Аристов, В. В. Свойства трехмерных голограмм Текст. / В. В. Аристов, В. Ш. Шехтман // УФН. 1971. - Т. 104. - Вып. 1. - С. 51.

60. Барачевский, В. А. Органические регистрирующие среды для голографической памяти Текст. / В. А. Барачевский // Журнал научной и прикладной фотографии. 2000. - Т. 45. - № 2. - С. 82.

61. Барачевский, В. А. Светочувствительные органические среды для оптической памяти высокой емкости Текст. / В. А. Барачевский // Журнал научной и прикладной фотографии. 1998. - Т. 43. - № 5. - С. 79.

62. Барачевский, В. А. Фотохимические процессы и новые светочувствительные среды Текст. / В. А. Барачевский // Журнал научной и прикладной фотографии. 1998. - Т. 43. - №5.- С. 1.

63. Васильев, А. А. Пространственные модуляторы света Текст. / А. А. Васильев, Д. Касасент, И. Н. Компанец, А. В. Парфенов. М. : Радио и связь, 1987.-320 с.

64. Вендров, А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем Текст. : учебник для вузов / А. М. Вендров. М. : Финансы и статистика, 2003. - 352 с.

65. Ганжерли, Н. М. Мультиплицирование голограмм в толстослойном бихромированном желатине Электронный ресурс. / Н. М. Ганжерли, Ю. Н. Денисюк, И. А. Маурер, Д. Ф. Черных. 1999. Режим доступа: http://bsip.media-security.ru/bsff2/bb01n5.htm.

66. Глазунов, В. Н. Поиск принципов действия технических систем Текст. / В. Н. Глазунов. М. : Речной транспорт, 1990. - 111 с.

67. Голография Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.holography.ru

68. Грибковский, В. П. Удивительный мир лазеров Текст. / В. П. Грибковский, Ю. И. Чекалинская. Минск : Наука и техника, 1968. - 87 с.

69. Давыдов, Д. А. Автоматизация синтеза сетевых структур физических принципов действия технических систем Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.13.12 : защищена 24.12.99 : утв. 12.05.00 / Давыдов Денис Алексеевич. Волгоград, 1999. - 181 с.

70. Дашков, Г. И. Реакции сенсибилизированного фотоокисления в фазовой регистрации оптического изображения Текст. / Г. И. Дашков, Е. Н. Бодунов // Оптика и спектроскопия. 1979. - Т. 47. - № 6. - С. 1126.

71. Де Велис, Дж. Голография (теория и приложения) Текст. / Дж. Де Велис, Дж. Рейнольде. М.: Воениздат, 1970. - 248 с.

72. Денисюк, Ю. Н. Голография и ее применение в изобразительной технике Текст. / Ю. Н. Денисюк, Э. Г. Земцова // Материалы конференциипо внедрению в практику работы музеев достижений современной оптики.— М. : Советское радио, 1975. с. 31.

73. Денискж, Ю. Н. Запись глубоких трехмерных голограмм в гелеобразных слоях дихромированной желатины Текст. / Ю. Н. Денисюк, Н. М. Ганжерли, И. А. Маурер // Письма в ЖТФ. 1995. - Т. 21. - № 17. - С. 51 - 54

74. Денисюк, Ю. Н. Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения Текст. / Ю. Н. Денисюк // Оптика и спектроскопия. 1965.-Т. 18.-С. 276.

75. Зарипов, М. Ф. Энерго-информационный метод научно-технического творчества Текст. / М. Ф. Зарипов, Н. Р. Зайнуллин, И. Ю. Петрова. М. : ВНИИПИ, 1988. - 124 с.

76. Камшилин, А. А. Оптическая запись информации и особенности дифракции света в фоторефрактивных кристаллах Текст. / А. А. Камшилин, М. П. Петров, С. И. Степанов, А. В. Хоменков // Автометрия. 1978. - № 5. - С. 16.

77. Кольер, Р. Оптическая голография Текст. / Р. Кольер, К. Беркхарт, Л. Лин. М. : Мир, 1973. - 686 с.

78. Комар, В. Г. О возможности создания театрального голографического кинематографа с цветным объемным изображением Текст. / В. Г. Комар II Техника кино и телевидения. 1975. - № 4. - С. 31-39.

79. Коннолли, Т. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика Текст. : уч. пособие / Т. Коннолли, К. Бегг, А. Страчан ; перевод с англ. М. : Издательский дом «Вильяме», 2000. -1120 с.

80. Кормен, Т. Алгоритмы: построение и анализ Текст. / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест. М. : МЦНМО, 1999. - 960 с.

81. Костерин, В.В. Оптимизация технических систем и устройств Текст. : учеб. пособие для студентов по направлению «Информатика и вычислительная техника» / В. В. Костерин. ВолгГТУ, Волгоград, 1996. - 160 с.

82. Котов, В. Б. Влияние перекрестной помехи на емкость объемной голографической памяти Текст. / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. 2003. - Т. 48. - № 12. - С. 1495 -1504.

83. Котов, В. Б. Использование пар голограмм как слоев оптической памяти Текст. / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. 2004. - Т. 49. - № 2. - С. 235 - 240.

84. Котов, В. Б. Особенности использования пар толстых голограмм как слоев оптической памяти Текст. / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова)Радиотехника и электроника. 2004. - Т. 49. - № 5. - С. 616 - 623.

85. Котов, В. Б. Послойное считывание голограмм с помощью наведенной неоднородности диэлектрической проницаемости Текст. / В. Б. Котов // Радиотехника и электроника. 2002. - Т. 47. - № 10. - С. 1257-1262.

86. Котов, В. Б. Послойное считывание информации в фоточувствительной среде биохром Текст. / В. Б. Котов // Радиотехника и электроника. 1997.-Т. 42.-№ Ю.-С. 1266-1271.

87. Котов, В. Б. Послойное считывание толстых голограмм при помощи наведенной неоднородности показателя преломления Текст. / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. -2003. Т. 48. - № 7. - С. 858 - 865.

88. Котов, В. Б. Пространственно-временная память на основе динамической системы Текст. / В. Б. Котов, С. В. Политова (С. В. Давыдова) // Радиотехника и электроника. 2003. - Т. 48. - № 8. - С. 986-991.

89. Котов, В. Б. Считывание временных последовательностей изображений в просветляющихся средах Текст. / В. Б. Котов // Радиотехника и электроника. 2000. - Т. 45. - № 9. - С. 1103-1108.

90. Ландсберг, Г. С. Оптика Текст. / Г. С. Ландсберг. М.: Наука, 1976.-926 с.

91. Мандел, Т. Разработка пользовательского интерфейса Текст. / Т. Манд ел ; перевод с англ. М. : ДМК Пресс, 2001. - 416 с.

92. Марков, В. Б. / В. Б. Марков, А. М. Дарский // Оптика и спектроскопия. 1988. - Т. 65. - № 3. - С. 661 - 665.

93. Микаэлян, А. Л. Голография Текст. / А. Л. Микаэлян. М. : Знание, 1968.-48 с.

94. Микаэлян, А. Л. Оптические методы в информатике: запись, обработка и передача информации Текст. / А. Л. Микаэлян. М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. Литературы, 1990. - 232, 1. с.

95. Новоселов, Ю. Н. Ультрафиолетовый НеС<1 лазер с накачкой высокочастотным электронным пучком Текст. / Ю. Н. Новоселов, В. В.Уварин // Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23. - № 6. - С. 44-47.

96. Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования Текст. : учеб. для вузов / И. П. Норенков. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 360 с.

97. Оптическая голография Текст. : в 2 т. / Ж. Априль, А. Арсено [и др.]; под ред. Г. Колфилда. М. : Мир, 1982. - 816 с.

98. Перспективные технологии и новые разработки Электронный ресурс. Режим доступа : http://www.sibpatent.ru

99. Петров, М. П. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике Текст. / М.П. Петров, С.И. Степанов, A.B. Хоменко. — С.-Пб. : Наука, 1992. — 317 с.

100. Половинкин, А. И. Основы инженерного творчества Текст. / А. И. Половинкин. М. : Машиностроение, 1988. - 368 с.

101. Рубрикатор ВИНИТИ. Режим доступа : http://www.viniti.ru/russian/vinclass.html

102. Рудаков, И. Б. Метод многослойной оптической записи информации Текст. / И. Б. Рудаков, И. Ш. Штейнберг, Ю. А. Щепеткин // Автометрия. 1991. - № 3. - С. 76

103. Сивухин, Д. В. Общий курс физики Текст. : уч. пособие для вузов.в 5 т. T.IV. Оптика. / Д. В. Сивухин. М. : ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2002. - 3-е изд. стереот. - 792 с.

104. Сидорович, В. Г. О дифракционной эффективности трехмерных фазовых голограмм Текст. / В. Г. Сидорович //ЖТФ. 1976. - Т. 46. - № 6. - С. 1306.

105. Сидорович, В. Г. Расчет дифракционной эффективности трехмерных фазовых голограмм Текст. / В. Г. Сидорович // Оптика и спектроскопия.- 1976.- Т. 41.- С. 507.

106. Сидорович, В. Г. Теория преобразования световых полей амплитудными трехмерными голограммами, зарегистрированными в усиливающих средах Текст. / В. Г. Сидорович // Оптика и спектроскопия. -1977.-Т. 42,-№4.-С. 693.

107. Сороко, Л. М. Основы голографии и когерентной оптики Текст. / Л. М. Сороко. М. : Наука, 1971. - 616 с.

108. Степанов, Б. И. Лазеры сегодня и завтра Текст. / Б. И. Степанов. -Минск : Наука и техника, 1987. 127 с.

109. Степанов, С. И. Голографическая запись изображения в двулучепреломляющих электрооптических кристаллах Текст. / С. И. Степанов, А. А. Кампшлин, М. П. Петров // Оптическая обработка информации : сб. под ред. С. Б. Гуревича.— Л. : Наука, 1978. — С. 4.

110. Степанов, С. И. Дифракция света с поворотом плоскости поляризации на объемных голограммах в электрооптических кристаллах Текст. / С. И. Степанов, А. А. Камшилин, М. П. Петров // Письма в ЖТФ. -1977.- Т. 3,- № 17. с. 849.

111. Степанов, С. И. Особенности записи объемных голограмм в одноосных кристаллах Текст. / С. И. Степанов, А. А. Камшилин, М. П. Петров//ФТТ. 1977,- Т. 19,- №3.-С. 721.

112. Степанов, С. И. Электрически управляемая дифракция света на объемных голограммах в электрооптических кристаллах Текст. / С. И. Степанов, А. А. Камшилин, М. П. Петров // Письма в ЖТФ. 1977. - Т. 3.2. С. 89.

113. Тюрин, Ю. Н. Анализ данных на компьютере Текст. / Ю. Н. Тюрин, А. А. Макаров ; под ред. В. Э. Фигурнова. М.: ИНФРА-М, 2003. - 544 с.

114. Фоменков, С. А. Моделирование и автоматизированное использование структурированных физических знаний Текст. : монография / С. А. Фоменков, Д. А. Давыдов, В. А. Камаев. М. : Машиностроение -1, 2004.-297 с.

115. Фоменков, С. А. Представление физических знаний для автоматизированных систем обработки информации Текст. / С. А. Фоменков, А. В. Петрухин, В. А. Камаев, Д. А. Давыдов. Волгоград : Принт, 1998.- 152 с.

116. Фотоника Текст. / под ред. М. Балкански и П. Лалемана ; пер. с англ. и фр. под ред. М. И. Елинсона. М. : Мир. - 1978. - С. 415.

117. Черемных, С. В. Структурный анализ систем: ГОЕБ технологии Текст. / С. В. Черемных, И. О. Семенов, В. С. Ручкин. - М. : Финансы и статистика, 2003. - 208 с.

118. Шварц, К. К. Оптические регистрирующие среды Текст. / К. К. Шварц, В. И. Гошлиб, Я. Ж. Кристапсон. — Рига : Знание, 1976. 45 с.

119. Шеннон, К. Работы по теории информации и кибернетике Текст. / К. Шеннон ; перевод с англ. М.: ИЛ, 1963 - 830 с.