Классификация биотелеметрических систем

В основу классификации БТМС (рис. 1.3) могут быть положены различные принципы [36, 120, 158,256]. Естественно-научная классификация предполагает использование наиболее существенных признаков, первообразных для максимального количества производных, позволяющих полностью описать классифицируемую систему. Укажем лишь некоторые ее главные признаки.

По назначению БТМС можно разделить на системы телепрослеживания, телеконтроля и системы телеизмерения биологических параметров.

По способу расположения передатчика, приемника и объекта исследования относительно друг друга различают динамические, передвижные и стационарные БТМС. В динамических системах передатчик расположен на исследуемом объекте или внутри его (вживляемые системы [185,210,238, 251, 262], эндорадиозонды [9, 219, 240, 253]) и может вместе с объектом свободно перемещаться относительно приемной части (эндорадиозонды могут перемещаться также внутри биообъекта). В передвижных БТМС передатчик находится на расстоянии от биологического объекта, связан с последним проводной связью и может передвигаться относительно радиоприемника. В подобных системах обычно используется ретрансляция.

В стационарных БТМС передатчик, приемник и объект неподвижны относительно друг друга. Передача биологической информации с помощью этих систем осуществляется на большие расстояния, например из одной точки земного шара в другую [24, 122].

Классификация биотелеметрических систем по техническим показателям является более обширной и требует введения группы дополнительных признаков: вид канала связи, методы разделения каналов, методы модуляции в отдельных ступенях БТМС, частотный диапазон, радиус действия, режим работы, метод управления передатчиком, тип источника питания и т. д. (см. рис. 1.3).

В качестве каналов связи в биотелеметрии может использоваться проводная связь, радиосвязь, гидроакустический, оптический и другие виды каналов.

По методам разделения каналов БТМС делят на системы с частотным, временным, кодовым, комбинированным разделением, системы с разделением по форме. В БТМС может осуществляться аналоговая: амплитудная (AM), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ) или импульсная модуляция: амплитудно-импульсная (АИМ), время-импульсная (ВИМ), широтно-импульсная (ШИМ), кодовоимпульсная (КИМ). Существуют и другие методы модуляции, в частности, в биотелеметрии находит применение время-импульсная модуляция с переменным тактом (ВИМПТ) [170], двойная широтно-импульсная модуляция [169], фазовременная модуляция (ФВМ) [22] и др. (см. гл. 4).

Важнейшими среди метрологических характеристик являются: точность, эффективность, информационная гибкость.

По точности телеметрические системы принято делить на три основных класса [77, 78]: средней точности (относительная погрешность 5 = 3…5%), высокой точности (б = 1 …2%) и прецизионные (б = 0,1 …0,5%). Большинство существующих БТМС относится к классу телеметрических систем средней точности.

По эффективности БТМС можно классифицировать на системы малой, средней и высокой эффективности. Если в качестве критерия эффективности К-у использовать такой эксплуатацией ный показатель, как произведение числа каналов п на максимальную частоту F_max спектра сообщения, передаваемую в среднем через один канал [119]:

где-то для системы малой эффективности К_э < 10², для средней — К_э = КТ-10⁴, для высокой — К_э > 10⁵. По данному показателю большинство существующих БТМС относится к телеметрическим системам малой эффективности. Вместе с тем, как будет показано в дальнейшем, эффективность многоразмерных БТМС должна быть достаточно высокой.

По информационной гибкости все БТМС можно разделить на системы с жесткой и гибкой (адаптивной) структурой. Причем в последнем случае функциональную структуру БТМС можно реализовать как схемными, так и программными средствами.

Рис 1.3 Классификация биотелеметрических систем.

По размерности выдаваемой информации БТМС можно классифицировать на одномерные и многомерные. Системы первого класса обеспечивают телеметрирование физиологических процессов, а второго — физиологических полей. Выделение многоразмерных БТМС в самостоятельный класс обусловлено целым рядом особенностей их функционирования (см. гл. 9).

Кроме перечисленных признаков можно выделить еще дополнительные, важнейшими из которых являются: способ представления сигналов (аналоговый, цифровой, совмещенный), методы управления (ручное, автоматическое, программное, дистанционное), радиус действия (сверхближний с радиусом менее 1 м; ближний — от 1 до 100 м; средний — от 100 до 500 м; дальний — до 100 км; сверхдальний — сотни и тысячи километров) и т. д. [36]. На основе этих признаков можно более подробно описать систему биотелеметрии. В процессе детализации вида отдельных операторов, входящих в уравнение (1.1), будут приведены некоторые дополнительные общепринятые производные признаки классификации БТМС.