新版IT新应用展望

1、第第9章章 IT新应用展望新应用展望 信息采集技术信息采集技术 信息传输技术信息传输技术 信息处理技术信息处理技术 IT应用大视角应用大视角 IT发展展望发展展望9.1 信息采集技术信息采集技术9.1.1 传感器传感器9.1.2 传感器的应用传感器的应用9.1.3 传感器的发展方向传感器的发展方向9.1.4 物联网世界物联网世界9.1.1 传感器传感器美国仪器仪表协会美国仪器仪表协会: : 传感器是把被测量变换为有用传感器是把被测量变换为有用信号的一种装置。信号的一种装置。它包括敏感元件、变换电路以及它包括敏感元件、变换电路以及把这些元件和电路组合在一起的机构。把这些元件和电路组合在一起的机构

2、。”9.1.1 传感器传感器1. CCDCCD图像传感器图像传感器CCDCCD图像传感器是一种金属氧化物半导体结构的新型器件，图像传感器是一种金属氧化物半导体结构的新型器件，基本结构是一种密排的基本结构是一种密排的MOSMOS电容器，能够存储由入射光在电容器，能够存储由入射光在CCDCCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自动扫描，完成从光信号到电信号的转换，可在电视实现自动扫描，完成从光信号到电信号的转换，可在电视屏幕上将电

3、信号复原成物体的可见光像，也可以将电信号屏幕上将电信号复原成物体的可见光像，也可以将电信号存储在磁带机内或输入计算机，进行图像增强、识别、存存储在磁带机内或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。储等处理。9.1.1 传感器传感器2. 红外温度传感器红外温度传感器红外温度传感器由光学系统、光电探测器、信号红外温度传感器由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理和显示输出等部分组成。光学放大器及信号处理和显示输出等部分组成。光学系统是将目标物体辐射出的红外能量汇聚起来，系统是将目标物体辐射出的红外能量汇聚起来，聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，再聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号

4、，再经过运算处理电路后，换算转变为被测目标的线经过运算处理电路后，换算转变为被测目标的线性的温度信号值，以便实现进一步的信号处理及性的温度信号值，以便实现进一步的信号处理及控制。控制。9.1.1 传感器传感器2. 红外温度传感器红外温度传感器红外温度传感器的优点有：非接触测温，对被测物体无影红外温度传感器的优点有：非接触测温，对被测物体无影响；反应速度快，可检测运动中的物体的瞬态温度；测温响；反应速度快，可检测运动中的物体的瞬态温度；测温范围宽，测温精度高，分辨率为范围宽，测温精度高，分辨率为0.010C或更小；可同时或更小；可同时对点、线、面测温；既可测量绝对温度，也可测量相对温对点、线、面

5、测温；既可测量绝对温度，也可测量相对温度。度。9.1.1 传感器传感器3. 超声波传感器超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，是由换能晶片在声波是一种振动频率高于声波的机械波，是由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，频率高、波长短、绕射现电压的激励下发生振动产生的，频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好。象小，特别是方向性好。超声波传感器由超声波发射探头与接收探头两部分组成。超声波传感器由超声波发射探头与接收探头两部分组成。超声波传感器具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性，耐高超声波

6、传感器具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性，耐高温、耐低温、耐湿度和抗振动等优点。因此，超声波检测温、耐低温、耐湿度和抗振动等优点。因此，超声波检测广泛应用于工业、国防、生物医学等方面。广泛应用于工业、国防、生物医学等方面。9.1.1 传感器传感器3. 超声波传感器超声波传感器在医学方面，超声波诊断已经成为临床医学中不可缺少的在医学方面，超声波诊断已经成为临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是对受检者无痛苦、无损害，诊断方法。超声波诊断的优点是对受检者无痛苦、无损害，方法简便，显像清晰，诊断的准确率高等，方法简便，显像清晰，诊断的准确率高等，在工业方面，已经开发出各种功能的传感器。另外，

7、超声在工业方面，已经开发出各种功能的传感器。另外，超声波的应用还包括对金属的无损探伤，超声波测量距离，汽波的应用还包括对金属的无损探伤，超声波测量距离，汽车倒车防撞装置和超声波接近开关，家用电器和其他电子车倒车防撞装置和超声波接近开关，家用电器和其他电子设备的遥控装置，防盗、防灾设备的超声波发射和接收等。设备的遥控装置，防盗、防灾设备的超声波发射和接收等。 9.1.2 传感器的应用传感器的应用传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。物子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。物联网

8、、智慧城市将是传感器最新的应用市场之一，其应用联网、智慧城市将是传感器最新的应用市场之一，其应用将渗透于未来生活的各个层面。将渗透于未来生活的各个层面。主要应用领域：主要应用领域：汽车工业汽车工业工业自动化工业自动化通信电子产品通信电子产品消费电子产品消费电子产品专用设备专用设备9.1.2 传感器的应用传感器的应用1. 汽车工业汽车工业现代高级轿车的电子控制系统水平的关键之一在现代高级轿车的电子控制系统水平的关键之一在于采用传感器的数量和水平。目前，一辆普通家于采用传感器的数量和水平。目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传

9、感器数量可多达轿车上的传感器数量可多达200余只，种类通常余只，种类通常为为30余种，多则达上百种。余种，多则达上百种。9.1.2 传感器的应用传感器的应用2. 工业自动化工业自动化工业领域应用的传感器，如工艺控制、工业机械工业领域应用的传感器，如工艺控制、工业机械以及传统的自动传感器，各种测量工艺变量（以及传统的自动传感器，各种测量工艺变量（ 如如温度、液位、压力、流量等）传感器，测量电子温度、液位、压力、流量等）传感器，测量电子特性（电流、电压等）和物理量（运动、速度、特性（电流、电压等）和物理量（运动、速度、负载以及强度）的传感器以及传统的接近负载以及强度）的传感器以及传统的接近/定位传

10、定位传感器发展都很迅速。感器发展都很迅速。9.1.2 传感器的应用传感器的应用3. 通信电子产品通信电子产品手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来了机遇与挑战，智能手机市场份传感器市场带来了机遇与挑战，智能手机市场份额的不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。额的不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器和用应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器和用于磁存储介质的磁场传感器、重力传感器、光线于磁存储介质的磁场传感器、重力传感器、光线感应器、距离感应器等都出现强势增长。感应器、距离感应器等都出现强势增

11、长。9.1.2 传感器的应用传感器的应用4. 消费电子产品消费电子产品中国是家电产品生产大国，也是全球最大的家电中国是家电产品生产大国，也是全球最大的家电出口国。中国的家电产品除了巨大的内需市场外，出口国。中国的家电产品除了巨大的内需市场外，还大量出口国际市场。家用电器对传感器市场的还大量出口国际市场。家用电器对传感器市场的需求主要来自空调、冰箱、洗衣机和电饭煲等。需求主要来自空调、冰箱、洗衣机和电饭煲等。9.1.2 传感器的应用传感器的应用5. 专用设备专用设备专用设备主要包括医疗、环保和气象等领域应用专用设备主要包括医疗、环保和气象等领域应用的专业电子设备。目前，医疗领域是传感器销售的专业

12、电子设备。目前，医疗领域是传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感器向小型化、低成本和高可靠性方向发展。器向小型化、低成本和高可靠性方向发展。9.1.3 传感器的发展方向传感器的发展方向随着时代的发展，传感器技术也在不断的提高当中。中国传感器的市随着时代的发展，传感器技术也在不断的提高当中。中国传感器的市场近几年一直持续增长，增长速度超过场近几年一直持续增长，增长速度超过15%。传感器正朝着灵敏、。传感器正朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。（1）消费类用传感器将呈现继续稳定增长势头，）

13、消费类用传感器将呈现继续稳定增长势头，MEMS传感器加工传感器加工成本降低，将在家用电器中普及，新一代信息家电、办公用信息产品成本降低，将在家用电器中普及，新一代信息家电、办公用信息产品的需求，加速了消费类市场的繁荣势头。的需求，加速了消费类市场的繁荣势头。（2）传感器市场需求的产品结构将向着增加投资类产品的比例发展，）传感器市场需求的产品结构将向着增加投资类产品的比例发展，其中农业、环保、医疗卫生以及仪器检测用传感器将是广阔的新市场。其中农业、环保、医疗卫生以及仪器检测用传感器将是广阔的新市场。（3）力学量传感器、湿度传感器、光传感器、磁传感器、生物传感）力学量传感器、湿度传感器、光传感器、

14、磁传感器、生物传感器、温度传感器的主要品种的产业化更加成熟，传感器市场空间将进器、温度传感器的主要品种的产业化更加成熟，传感器市场空间将进一步拓展。一步拓展。9.1.4 物联网物联网世界世界传感器技术是信息采集的核心技术，而互联网是信息传输的最有效手传感器技术是信息采集的核心技术，而互联网是信息传输的最有效手段，如果将互联网和传感器技术紧密结合，就可以有效地适应目前的段，如果将互联网和传感器技术紧密结合，就可以有效地适应目前的信息全球化潮流。于是，物联网概念应运而生。信息全球化潮流。于是，物联网概念应运而生。物联网的概念是在物联网的概念是在1999年提出的，其定义是：年提出的，其定义是：通过射

15、频识别通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是物联网就是“物物相连的互联网物物相连的互联网”，它包含两层意思：第一，物联网，它包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网

16、络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信。通信。 9.1.4 物联网物联网世界世界1. RFID技术介绍技术介绍RFID是是Radio Frequency Identification的缩写，的缩写，即射频识别，俗称即射频识别，俗称电子标签电子标签。RFID是一种非接触式的自是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可

17、识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，技术可识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。RFID按应用频率的不同分为低频（按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（）、高频（HF）、）、超高频（超高频（UHF）、微波（）、微波（MW）。）。RFID由由标签标签（Tag）、）、阅读器阅读器（Reader）和）和天线天线（Antenna）组成。）组成。 9.1.4 物联网物联网世界世界1. RFID技术介绍技术介绍RFID技

18、术的基本工作原理：技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），有源标签或主动标签） ；阅读器读取信息；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。9.1.4 物联网物联网世界世界2. 物联网的支撑技术物联

19、网的支撑技术作为信息与通信领域的技术革命，物联网是建立在牢固的作为信息与通信领域的技术革命，物联网是建立在牢固的技术进步和正在积极实现的网络普遍性基础之上的。物联技术进步和正在积极实现的网络普遍性基础之上的。物联网被称为继计算机、互联网之后的世界信息产业的第三次网被称为继计算机、互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮。浪潮。物联网的支撑技术主要有四项：物联网的支撑技术主要有四项：无线射频（无线射频（RFID）技术）技术，用于数据加工与传递；用于数据加工与传递；无线传感器技术无线传感器技术，获取物理状态变，获取物理状态变动的信息，架起真实世界与虚拟世界的桥梁；动的信息，架起真实世界与虚拟世界的桥梁

20、；嵌入式智能嵌入式智能技术技术，物体具备被感知和识别功能；，物体具备被感知和识别功能；纳米技术纳米技术，使微小的，使微小的物体也能连接到网络中。其中，物体也能连接到网络中。其中，RFID处在物联网的最前处在物联网的最前端，是构成物联网的最关键技术。端，是构成物联网的最关键技术。9.1.4 物联网物联网世界世界3. 物联网的三个基本特征物联网的三个基本特征2009年年10月月5日，在日，在ITU World 2009（世界电信展）（世界电信展）上，中国移动总裁王建宙指出，物联网应具备三个特征，上，中国移动总裁王建宙指出，物联网应具备三个特征，一是一是全面感知全面感知，即利用，即利用RFID、传感

21、器、二维码等随时随、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是地获取物体的信息；二是可靠传递可靠传递，通过各种电信网络与，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对海量的数据和信息进行分析和处理， 对物体实施智能化对物体实施智能化的控制。目前推广物联网的条件已经接近成熟。的控制。目前推广物联网的条件已经接近成熟。9.1.4 物联网物联网世界世界4. 物联网的应用物联网的应用在物联网的世

22、界里，所有在物联网的世界里，所有“物物”都有一个电子识别标志，都有一个电子识别标志，可以通过无所不在的传感器和网络传递到互联网上，实现可以通过无所不在的传感器和网络传递到互联网上，实现任何物体在任何时间、任何地点尽在掌握之中。任何物体在任何时间、任何地点尽在掌握之中。物联网实现所有网络的融合、资源的共享、应用的互通以物联网实现所有网络的融合、资源的共享、应用的互通以及终端的互联，并把所有信息服务综合在一起。及终端的互联，并把所有信息服务综合在一起。目前世界物联网应用都还处在信息采集的初级阶段，将来目前世界物联网应用都还处在信息采集的初级阶段，将来要走向物物互联、无处不在的感知，提供更好的服务、

23、更要走向物物互联、无处不在的感知，提供更好的服务、更高的效率，还有很多技术及产业瓶颈要克服。高的效率，还有很多技术及产业瓶颈要克服。但实际上，国内运营商已经推出了射频支付、远程抄表、但实际上，国内运营商已经推出了射频支付、远程抄表、家庭安全监控等应用，这已经是物联网的一个初级表现。家庭安全监控等应用，这已经是物联网的一个初级表现。9.2 信息传输技术信息传输技术 为了实现复杂的信息处理、信息交换、信息共为了实现复杂的信息处理、信息交换、信息共享，信息需要各传感器与计算机之间以及各计算享，信息需要各传感器与计算机之间以及各计算机之间的传输。信息传输主要分为有线传输和无机之间的传输。信息传输主要分

24、为有线传输和无线传输，其中有线传输以光纤通信技术为典型代线传输，其中有线传输以光纤通信技术为典型代表；近距离无线传输以红外技术、蓝牙技术为典表；近距离无线传输以红外技术、蓝牙技术为典型代表，远距离无线传输则以卫星通信为主。型代表，远距离无线传输则以卫星通信为主。9.2.1 光纤通信原理光纤通信原理9.2.2 红外和蓝牙红外和蓝牙9.2.3 卫星通信卫星通信9.2.1 光纤通信原理光纤通信原理光纤通信（光纤通信（Optical Fiber Communication）是以）是以激激光为光源光为光源，以，以光导纤维为传输介质光导纤维为传输介质进行的通信。进行的通信。1966年，年，英籍华人高锟最先

25、提出用玻璃纤维进行远距离激光通信的英籍华人高锟最先提出用玻璃纤维进行远距离激光通信的设想。设想。1973年，美国康宁公司制成传输损耗只有年，美国康宁公司制成传输损耗只有20dB/km的光纤。同年，美国贝尔实验室研制出能在常的光纤。同年，美国贝尔实验室研制出能在常温下连续工作的半导体激光器。这两项技术的突破为光纤温下连续工作的半导体激光器。这两项技术的突破为光纤通信的实现铺平了道路。通信的实现铺平了道路。1976年，美国在芝加哥两个相年，美国在芝加哥两个相距距7km的电话局间首次进行了光纤通信实验，实现了一条的电话局间首次进行了光纤通信实验，实现了一条光纤能够同时容纳光纤能够同时容纳8000对用

26、户通话。对用户通话。9.2.1 光纤通信原理光纤通信原理光纤通信系统一般由光纤通信系统一般由计算机计算机、光端机和、光端机和光中继器光中继器等组成，如图等组成，如图9-49-4所示。所示。9.2.1 光纤通信原理光纤通信原理现代通信网的现代通信网的3大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，其主要优点体现在以下几个信，而其中光纤通信是主体，其主要优点体现在以下几个方面：方面： 频带宽，通信容量大。频带宽，通信容量大。 损耗低，中继距离长。损耗低，中继距离长。 抗电磁干扰能力强，保密性好。抗电磁干扰能力强，保密性好。 尺寸小、重量轻。尺寸小

27、、重量轻。 光纤的原材料资源丰富。光纤的原材料资源丰富。9.2.2 红外和蓝牙通信技术红外和蓝牙通信技术1. 红外通信技术红外通信技术红外通信技术利用红外线来传输数据，由红外数据协会来建红外通信技术利用红外线来传输数据，由红外数据协会来建立统一的红外通信标准，适合于低成本、跨平台、点对点的立统一的红外通信标准，适合于低成本、跨平台、点对点的高速数据连接，尤其是嵌入式系统的短距离无线通信技术。高速数据连接，尤其是嵌入式系统的短距离无线通信技术。红外通信技术具有红外通信技术具有成本低廉成本低廉、连接方便连接方便、功耗低功耗低等特点。等特点。红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，两个使用红外红外线

28、的波长较短，对障碍物的衍射能力差，两个使用红外通信的设备之间必须互相可见。红外通信采用点对点的直线通信的设备之间必须互相可见。红外通信采用点对点的直线数据传输，其传输速率可达数据传输，其传输速率可达16 Mb/s。红外通信技术在红外通信技术在20世纪世纪90年代比较流行，后来逐渐被蓝牙年代比较流行，后来逐渐被蓝牙和和WiFi所取代。尽管如此，目前仍有很多设备，例如，手机、所取代。尽管如此，目前仍有很多设备，例如，手机、笔记本电脑等仍保留了对红外协议的兼容性。笔记本电脑等仍保留了对红外协议的兼容性。9.2.2 红外和蓝牙通信技术红外和蓝牙通信技术2. 蓝牙（蓝牙（BluetoothBluetoo

29、th）技术）技术蓝牙技术是一种支持点到点、点到多点的话音、数据业务蓝牙技术是一种支持点到点、点到多点的话音、数据业务的短距离（一般的短距离（一般10m以内）无线通信技术，是作为一种以内）无线通信技术，是作为一种“电缆替代电缆替代”技术提出来的。它将内嵌蓝牙芯片的设备互技术提出来的。它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来，提供话音和数据的接入服务，实现信息的自动交联起来，提供话音和数据的接入服务，实现信息的自动交换和处理，已成为通信领域目前的一个新热点。换和处理，已成为通信领域目前的一个新热点。任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可建立联

30、系，无需用户进行任何设置，在无线电环境非就可建立联系，无需用户进行任何设置，在无线电环境非常嘈杂的情况下，其优势更加明显。常嘈杂的情况下，其优势更加明显。蓝牙技术因其无处不在的应用场景和良好的发展趋势，被蓝牙技术因其无处不在的应用场景和良好的发展趋势，被公认为最有前途的十大技术之一。公认为最有前途的十大技术之一。9.2.2 红外和蓝牙通信技术红外和蓝牙通信技术红外与蓝牙做为目前常用的无线数据传输协议，红外与蓝牙做为目前常用的无线数据传输协议，在技术应用上的主要特点如表在技术应用上的主要特点如表9-1所示。所示。表表9-1 红外与蓝牙技术的特点比较红外与蓝牙技术的特点比较传输距离传输距离传输速率

31、传输速率安全性安全性成本成本应用方面应用方面蓝牙蓝牙10 m左右左右慢慢高高一般一般应用广，并持应用广，并持续发展续发展红外红外1 m左右左右快快高高低低技术成熟，应技术成熟，应用广用广9.2.3 卫星通信卫星通信卫星通信系统是指具有空间通卫星通信系统是指具有空间通信能力的卫星或星座，与地面信能力的卫星或星座，与地面站及用户终端协同合作，实现站及用户终端协同合作，实现全球移动通信、广播电视通信、全球移动通信、广播电视通信、定位导航、气象测绘、军事国定位导航、气象测绘、军事国防等多种业务的网络通信系统。防等多种业务的网络通信系统。卫星通信模式是一个一对多的卫星通信模式是一个一对多的网络结构模式，

32、图网络结构模式，图9-5所示为所示为卫星通信的星形网络连接示意卫星通信的星形网络连接示意图。图。9.2.3 卫星通信卫星通信卫星通信系统由卫星通信系统由卫星卫星和和地球站地球站两部分组成。卫星在空中起两部分组成。卫星在空中起中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返送中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，回另一地球站。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。卫星通信易地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是于实现越洋和洲际通信。最适合

33、卫星通信的频率是110GHz频段，即微波频段。为了满足越来越多的需求，已频段，即微波频段。为了满足越来越多的需求，已开始研究应用新的频段，如开始研究应用新的频段，如12GHz、14GHz、20GHz及及30GHz。据统计，近据统计，近10年间，世界各国提出的卫星宽带综合业务通年间，世界各国提出的卫星宽带综合业务通信方案多达信方案多达80100个。可以预见，新一代卫星通信系统个。可以预见，新一代卫星通信系统将向通信宽带化、业务综合化、移动终端多样化、与将向通信宽带化、业务综合化、移动终端多样化、与Internet（国际互联网）一体化方向发展。（国际互联网）一体化方向发展。9.2.3 卫星通信卫星

34、通信卫星通信的主要优点有：卫星通信的主要优点有：通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和信；不易受陆地灾害影响；建设速度快；易于实现广播和多址通信；电路和话务量可灵活调整；同一信道可用于不多址通信；电路和话务量可灵活调整；同一信道可用于不同方向和不同区域。同方向和不同区域。卫星通信的主要缺点有：卫星通信的主要缺点有：卫星通信由于两地球站之间的电磁波传播距离最小为卫星通信由于两地球站之间的电磁波传播距离最小为7200km，信号到达会有延迟；，信号到达会有延迟；10GHz以上频带会受降以上

35、频带会受降雨雪的影响；天线易受太阳噪声的影响。雨雪的影响；天线易受太阳噪声的影响。9.3 信息信息处理处理技术技术信息处理技术是指运用计算机系统对信息进行转换、加工、信息处理技术是指运用计算机系统对信息进行转换、加工、综合、分类、存储和显示等的技术。信息处理技术作为信综合、分类、存储和显示等的技术。信息处理技术作为信息系统中的核心技术，其研究领域非常广泛，常见领域有：息系统中的核心技术，其研究领域非常广泛，常见领域有：图像信息处理、声音信息处理、指纹识别、自动翻译和模图像信息处理、声音信息处理、指纹识别、自动翻译和模式识别等。式识别等。9.3.1 数字图像处理数字图像处理9.3.2 声音信息处

36、理声音信息处理9.3.3 指纹识别指纹识别9.3.4 自动翻译自动翻译9.3.5 模式识别模式识别9.3.1 数字图像处理数字图像处理数字图像处理数字图像处理又称为又称为计算机图像处理计算机图像处理，它是指将图像信号，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。1. 数字图像处理的发展数字图像处理的发展数字图像处理技术源于数字图像处理技术源于20世纪世纪20年代，作为一门学科形年代，作为一门学科形成于成于20世纪世纪60年代。早期的图像处理以改善图像质量为年代。早期的图像处理以改善图像质量为目的，输入的是低质量的图像，输出的是改善

37、质量后的图目的，输入的是低质量的图像，输出的是改善质量后的图像。数字图像处理技术的大发展是从像。数字图像处理技术的大发展是从20世纪世纪90年代初开年代初开始的，小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的始的，小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破，随后数字图像处理技术迅猛发展。重大突破，随后数字图像处理技术迅猛发展。9.3.1 数字图像处理数字图像处理2. 数字图像处理研究的主要内容数字图像处理研究的主要内容数字图像处理研究的主要内容有图像数字化、图像编码压数字图像处理研究的主要内容有图像数字化、图像编码压缩、图像的增强和复原、图像分割、图像描述、图像识别缩、图像的增强和复原

38、、图像分割、图像描述、图像识别等。数字图像处理具有再现性好、处理精度高、适用面宽等。数字图像处理具有再现性好、处理精度高、适用面宽和灵活性高等优点。和灵活性高等优点。1）图像数字化）图像数字化图像数字化是把真实的图像转变成计算机能够接受的存储图像数字化是把真实的图像转变成计算机能够接受的存储格式，并且达到以最小的数据量来不失真地描述图像信息。格式，并且达到以最小的数据量来不失真地描述图像信息。数字化过程分为采样和量化两个步骤。数字化过程分为采样和量化两个步骤。9.3.1 数字图像处理数字图像处理2. 数字图像处理研究的主要内容数字图像处理研究的主要内容2）图像编码压缩）图像编码压缩图像编码的目

39、的是简化图像的表示方式，主要利用信息的图像编码的目的是简化图像的表示方式，主要利用信息的相关性和人类的视觉特性对图像的冗余部分进行压缩，来相关性和人类的视觉特性对图像的冗余部分进行压缩，来达到减小描述图像数据量的目的。达到减小描述图像数据量的目的。3）图像的增强和复原）图像的增强和复原图像增强是是利用各种数学方法和变换手段将一副图像中图像增强是是利用各种数学方法和变换手段将一副图像中有用的信息进行增强，将无用的信息进行抑制，提高图像有用的信息进行增强，将无用的信息进行抑制，提高图像的对比度和清晰度。图像复原的主要目的是将退化的以及的对比度和清晰度。图像复原的主要目的是将退化的以及模糊的图像的原

40、有信息进行恢复。模糊的图像的原有信息进行恢复。9.3.1 数字图像处理数字图像处理2. 数字图像处理研究的主要内容数字图像处理研究的主要内容4）图像分割）图像分割图像分割就是将图像分为若干个特定的、具有独特性质的区域。它是图像分割就是将图像分为若干个特定的、具有独特性质的区域。它是图像处理到图像分析的关键步骤。图像处理到图像分析的关键步骤。5）图像描述）图像描述将图像分割为区域后，接下来就要将分割区域加以表示与描述，以方将图像分割为区域后，接下来就要将分割区域加以表示与描述，以方便计算机处理。另外，图像描述也是图像识别的必要前提。便计算机处理。另外，图像描述也是图像识别的必要前提。6）图像识别

41、）图像识别图像识别是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不图像识别是利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象。随着图像识别技术的不断提高，模糊模式识别同模式的目标和对象。随着图像识别技术的不断提高，模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。9.3.1 数字图像处理数字图像处理3. 数字图像处理的主要应用领域数字图像处理的主要应用领域 航天和航空技术方面的应用航天和航空技术方面的应用 生物医学工程方面的应用生物医学工程方面的应用 通信工程方面的应用通信工程方面的应用 工业和工程方面的

42、应用工业和工程方面的应用 军事、公安方面的应用军事、公安方面的应用 文化艺术方面的应用文化艺术方面的应用9.3.2 声音信息处理声音信息处理声音是除文字、图形图像之外表达信息的另一种声音是除文字、图形图像之外表达信息的另一种有效方式，在多媒体计算机中对声音信息的处理有效方式，在多媒体计算机中对声音信息的处理是必不可少的。在多媒体环境中加入各种音乐、是必不可少的。在多媒体环境中加入各种音乐、特殊声效将使展现的画面更加生动、富有感染力。特殊声效将使展现的画面更加生动、富有感染力。 9.3.3 指纹识别指纹识别指纹识别主要分为四个阶段：指纹识别主要分为四个阶段：读取读取指纹指纹、提取特征提取特征、保

43、存数据和比对保存数据和比对确认确认。首先，通过指纹识别器的读。首先，通过指纹识别器的读取设备读取指纹图像，然后，识别取设备读取指纹图像，然后，识别芯片对图像进行初步处理，使之更芯片对图像进行初步处理，使之更加清晰可辨。接下来，指纹辨识软加清晰可辨。接下来，指纹辨识软件建立指纹的件建立指纹的“数字表示特征数字表示特征”数数据，从指纹转换成特征数据。最后，据，从指纹转换成特征数据。最后，通过模糊比较的方法，把两个指纹通过模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。结果。 9.3.4 自动翻译

44、自动翻译自动翻译又称为自动翻译又称为机器翻译机器翻译，是，是由语言学由语言学、数学数学和和计算机技计算机技术相结合术相结合而形成的一门新的边缘科学，是应用语言学的一而形成的一门新的边缘科学，是应用语言学的一个重要分支。个重要分支。20世纪世纪80年代以来，自动翻译技术的一个分支就是着手年代以来，自动翻译技术的一个分支就是着手把机器翻译和语音识别、语音合成相结合，进行直接的口把机器翻译和语音识别、语音合成相结合，进行直接的口语翻译。这方面的研究首先起源于对语音识别技术的研究。语翻译。这方面的研究首先起源于对语音识别技术的研究。在有明确限定的领域中，语音识别技术一般能取得比较高在有明确限定的领域中

45、，语音识别技术一般能取得比较高的准确率。最典型的经验主义方法是基于实例或模板的方的准确率。最典型的经验主义方法是基于实例或模板的方法，其基本思想是研究语料库中出现的句型，然后进行通法，其基本思想是研究语料库中出现的句型，然后进行通用化处理并建立一个句型库，在翻译的时候，通过匹配库用化处理并建立一个句型库，在翻译的时候，通过匹配库中的模板就可以获得可靠性较高的翻译。中的模板就可以获得可靠性较高的翻译。9.3.4 自动翻译自动翻译另一种更加高级的模型是基于双语语料的统计方法，这种另一种更加高级的模型是基于双语语料的统计方法，这种方法从研究双语语料句对之间的对位关系开始。互译句对方法从研究双语语料句

46、对之间的对位关系开始。互译句对之间存在着不同层次上的对应关系，通过统计的方法，可之间存在着不同层次上的对应关系，通过统计的方法，可算出中文和英文词汇之间的翻译概率以及位置关系对翻译算出中文和英文词汇之间的翻译概率以及位置关系对翻译概率的影响，最终可通过纯数学的方法来实现翻译过程。概率的影响，最终可通过纯数学的方法来实现翻译过程。该方法目前在双语的口语翻译中逐步成为一种主流方法。该方法目前在双语的口语翻译中逐步成为一种主流方法。此外，找到适当的中间语言一直是自动翻译的理想。但由此外，找到适当的中间语言一直是自动翻译的理想。但由于自然语言的复杂性，要找到既完备又具有很强表达能力于自然语言的复杂性，

47、要找到既完备又具有很强表达能力的中间语言非常困难。不过，为了实现多国语言间的互译，的中间语言非常困难。不过，为了实现多国语言间的互译，中间语言是一个非常好的思路，那样任何两种语言之间的中间语言是一个非常好的思路，那样任何两种语言之间的翻译所需的工作量只与语种的数量成正比。翻译所需的工作量只与语种的数量成正比。9.3.4 自动翻译自动翻译现在网络上有不少自动翻译的网站，例如，金山词霸、有现在网络上有不少自动翻译的网站，例如，金山词霸、有道、道、google在线翻译。据悉，目前，腾讯英文微博由金在线翻译。据悉，目前，腾讯英文微博由金山词霸负责自动翻译，有道词典提供日文和韩文等自动翻山词霸负责自动翻

48、译，有道词典提供日文和韩文等自动翻译，另有几大翻译合作伙伴也在接入中。该功能此后还将译，另有几大翻译合作伙伴也在接入中。该功能此后还将覆盖大部分海外用户。覆盖大部分海外用户。自动翻译减少了人工翻译的量度和强度，在一些不需要仔自动翻译减少了人工翻译的量度和强度，在一些不需要仔细考虑语境的材料中，可以快速地达到目的。但是，高质细考虑语境的材料中，可以快速地达到目的。但是，高质量的自动翻译语音翻译还没有取得实质性的进展，还存在量的自动翻译语音翻译还没有取得实质性的进展，还存在很多不尽人意的地方。自动翻译是一个很具挑战性的人类很多不尽人意的地方。自动翻译是一个很具挑战性的人类科学工程，然而人类对挑战的

49、应对也是充满智慧的，过去科学工程，然而人类对挑战的应对也是充满智慧的，过去10年不断取得进展的语音翻译也证明了这一点。虽然很难年不断取得进展的语音翻译也证明了这一点。虽然很难为语音翻译给出一个准确的进展时间表，但可以大胆地给为语音翻译给出一个准确的进展时间表，但可以大胆地给出一个对未来展望的时间表，见表出一个对未来展望的时间表，见表9-2。9.3.4 自动翻译自动翻译时间时间10年之内年之内10年之后年之后20年之后年之后实现实现领域领域将在实验室范将在实验室范围内产生一般围内产生一般通用领域的翻通用领域的翻译装置译装置 将出现大量将出现大量语音翻译应语音翻译应用和产品用和产品 将会有无领域限

50、制的将会有无领域限制的翻译系统，届时人类翻译系统，届时人类的全球交流基本没有的全球交流基本没有障碍障碍9.3.5 模式识别模式识别所谓模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的所谓模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的(数值的、数值的、文字的和逻辑关系的文字的和逻辑关系的)信息进行处理和分析，以对事物或现信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分。通俗一点讲就是工智能的重要组成部分。通俗一点讲就是机器识别机器识别、计算计算机识别机识别或或机器自动识别机器自动识别。 模式分类模式分类是模

51、式识别的主要任务和核心研究内容。分类器是模式识别的主要任务和核心研究内容。分类器设计是在训练样本集合上进行优化的过程，也就是机器学设计是在训练样本集合上进行优化的过程，也就是机器学习的过程。它研究的内容包括信号、图像和视频的处理、习的过程。它研究的内容包括信号、图像和视频的处理、分割、形状和运动分析等，以及面向应用（例如：文字识分割、形状和运动分析等，以及面向应用（例如：文字识别、语音识别、生物认证、医学图像分析等）的方法和系别、语音识别、生物认证、医学图像分析等）的方法和系统研究。统研究。9.3.5 模式识别模式识别一个典型的模式识别系统一一个典型的模式识别系统一般由般由信息获取信息获取、预

52、处理预处理、特特征提取选择征提取选择、分类决策分类决策及及分分类器设计类器设计五部分组成。分类五部分组成。分类器设计在训练过程中完成，器设计在训练过程中完成，利用样本进行训练，确定分利用样本进行训练，确定分类器的具体参数，而分类决类器的具体参数，而分类决策在识别过程中起作用，对策在识别过程中起作用，对待识别的样本进行分类决策。待识别的样本进行分类决策。 9.3.5 模式识别模式识别研究计算机模式识别的目的是让研究计算机模式识别的目的是让机器具备人的感知和认知机器具备人的感知和认知能力能力，代替人完成繁重的信息处理工作代替人完成繁重的信息处理工作。目前，模式识别。目前，模式识别的研究尽管取得了一

53、定进展，但计算机的模式识别能力与的研究尽管取得了一定进展，但计算机的模式识别能力与人的模式识别（视觉、听觉感知）能力相比，在性能上仍人的模式识别（视觉、听觉感知）能力相比，在性能上仍相差很远，这是由于目前对人的感知过程的机理和大脑结相差很远，这是由于目前对人的感知过程的机理和大脑结构还不是很了解，进一步研究人的感知机理并借鉴该机理构还不是很了解，进一步研究人的感知机理并借鉴该机理设计新的模式识别计算模型和方法将是未来的一个重要研设计新的模式识别计算模型和方法将是未来的一个重要研究方向。究方向。9.4 IT 应用大视角应用大视角9.4.1 导航与卫星定位技术导航与卫星定位技术9.4.2 3S技术

54、技术9.4.3 智能机器人智能机器人9.4.4 智能大厦智能大厦9.4.1 导航与卫星定位技术导航与卫星定位技术卫星导航定位系统是一种卫星导航定位系统是一种以卫星为基础的无线电导以卫星为基础的无线电导航系统航系统。 世界四大卫星导航系统世界四大卫星导航系统美国：美国：GPS 欧洲：欧洲：Galileo系统系统俄罗斯：俄罗斯：GLONASS中国：北斗卫星导航系统中国：北斗卫星导航系统9.4.1 导航与卫星定位技术导航与卫星定位技术1. 全球定位系统（全球定位系统（GPS）全球定位系统（全球定位系统（Global Position System）由）由空间部分空间部分、地面监控部分和地面监控部分和

55、用户接收机用户接收机三大部分组成，三者具有各自三大部分组成，三者具有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。系统。GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。 9.4.1 导航与卫星定位技术导航与卫星定位技术1. 全球定位系统（全球定位系统（GPS）GPS的主要特点有：的主要特点

56、有：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便。高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便。 GPS的应用主要体现在以下三个方面：的应用主要体现在以下三个方面：陆地应用陆地应用海洋应用海洋应用航空航天应用航空航天应用9.4.1 导航与卫星定位技术导航与卫星定位技术2. 北斗卫星导航系统（北斗卫星导航系统（BDS）北斗卫星导航系统（北斗卫星导航系统（BDS）是继美国全球定位系统（）是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯（和俄罗斯（GLONASS）之后的第三个成熟的卫星导航系统。）之后的第三个成熟的卫星导航系统。 北斗卫星导航系统由北斗卫星导航系统由空间端空间端、地面端地面端和和用户端用户端三部分组成

57、。三部分组成。 北斗卫星导航系统已经成为我国重要的空间和信息化基础设北斗卫星导航系统已经成为我国重要的空间和信息化基础设施，在交通、通信、电力、金融、气象、海洋、国防等领域施，在交通、通信、电力、金融、气象、海洋、国防等领域发挥重要作用。中国的北斗导航系统在应用系统的广度和深发挥重要作用。中国的北斗导航系统在应用系统的广度和深度方面都超越了度方面都超越了GPS，北斗全球的应用推广工作正在有序展，北斗全球的应用推广工作正在有序展开。开。9.4.2 3S技术技术遥感（遥感（RS）、地理信息系统（）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统）和全球定位系统（GPS）有机地结合在一起来应用，称为）有机地结

58、合在一起来应用，称为3S技术。技术。1. 遥感（遥感（RS） 遥感（遥感（Remote Sensing）技术是）技术是20世纪世纪60年代迅速年代迅速发展起来的一门综合性空间探测技术，至今已经经历了地发展起来的一门综合性空间探测技术，至今已经经历了地面遥感、航空遥感和航天遥感三个阶段。从广义理解，遥面遥感、航空遥感和航天遥感三个阶段。从广义理解，遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、声波以及地震波的探测。狭义是指基于电磁辐射场的探测声波以及地震波的探测。狭义是指基于电磁辐射场的探测和成像过程。一般认为，遥感指使用各种传感器对物体的

59、和成像过程。一般认为，遥感指使用各种传感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。术。9.4.2 3S技术技术1. 遥感（遥感（RS）遥感技术系统一般由空遥感技术系统一般由空间信息采集系统间信息采集系统、地面接收地面接收和和预处预处理系统理系统、地面实况调查系统地面实况调查系统和和信息分析应用系统信息分析应用系统组成。组成。目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气

60、象、水文、军事、环保、考古、野生动物保护等领域。气象、水文、军事、环保、考古、野生动物保护等领域。我国遥感技术的发展也十分迅速，不仅可以直接接收、处我国遥感技术的发展也十分迅速，不仅可以直接接收、处理卫星的遥感信息，而且具有航空航天遥感信息采集的能理卫星的遥感信息，而且具有航空航天遥感信息采集的能力，能够自行设计制造航空摄影机、全景摄影机、红外线力，能够自行设计制造航空摄影机、全景摄影机、红外线扫描仪、多炮谱扫描仪、合成孔径侧视雷达等多种用途的扫描仪、多炮谱扫描仪、合成孔径侧视雷达等多种用途的航空航天遥感仪器和用于地物波谱测定的仪器。航空航天遥感仪器和用于地物波谱测定的仪器。9.4.2 3S技