Радиотехника, в том числе системы и устройства

ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ
Утверждено
Постановление президиума
ВАК Беларуси
от "_3" 06_2003__ № 11/1
ПРОГРАММА–МИНИМУМ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.12.04
«Радиотехника, в том числе системы и устройства
радионавигации, радиолокации и телевидения»
Минск – 2002
УТВЕРЖДЕНО
Первый
заместитель
Министра
образования Республики Беларусь
_________________________А.И.Жук
"____"____________200__ г.
УТВЕРЖДЕНО
Проректор по научной работе БГУИР
____________________В.В.Муравьев
"___"__________________2001 г.
РЕКОМЕНДОВАНО
К УТВЕРЖДЕНИЮ
Экспертный совет № ____________
(протокол от "___"______200__, №___)
Председатель экспертного совета
Разработчики:
Охрименко А.Е., д.т.н., профессор
каф. РТС БГУИР
Чердынцев В.А., д.т.н., проффессор
зав.каф. РТУ БГУИР
Саломатин С.Б., к.т.н., доцент
каф. РТС БГУИР
Ткаченко А.П. ., к.т.н., доцент
каф. СТК БГУИР
СОГЛАСОВАНО
Председатель совета Д 02.15.02
_____________________В.В.Муравьев
"_____"______________2001 г.
Одобрено на заседании кафедры РТС БГУИР
(протокол от "_7_"_05_2001 г.
№__8___)
Зав. кафедрой________________В.Н.Левкович
Рецензенты (эксперты): научно-технический совет по радиотехнике и связи
( протокол № от «____»_____2001 г.)
Председатель совета_________________В.К.Конопелько
2
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
В основу программы положены следующие вузовские дисциплины:
«Электронные и полупроводниковые приборы», «Основы теории цепей и
сигналов», «Импульсные и цифровые устройства», «Электронные приборы
СВЧ», «Радиоавтоматика», «Электронные вычислительные машины»,
«Радиопередающие
устройства»,
«Радиоприемные
устройства»,
«Статистическая
радиотехника»,
«Теория
радиосистем»,
«Системы
радиолокации», «Системы радионавигации», «Системы радиоуправления»,
«Радиотехнические системы передачи информации», «Телевидение и
отображение информации», «Теория кодирования», «Цифровая обработка
сигналов», «Защита информации».
1. РАДИОТЕХНИКА
1.1. Теория сигналов
Общее понятие сигнала. Реализация сигнала как элемента
бесконечномерного функционального пространства. Основные понятия теории
линейных пространств. Представление элементов линейных пространств со
скалярным произведением. Разложение сигналов по полным ортонормальным
системам базисных функций.
Интегральные представления непрерывных сигналов. Преобразования
Фурье, Лапласа, Гильберта, частотно-временные преобразования и другие
интегральные преобразования. Свойства данных преобразований.
Представление узкополосных сигналов. Комплексная огибающая сигнала.
Анализ различных видов модуляции.
Сигналы с ограниченным спектром. Теорема Котельникова. Число
степеней свободы сигнала. Функция неопределенности сигнала. Понятие о
сигналах с большим значением произведения длительности на полосу.
Построение оптического изображения и его математические модели.
Принцип преобразования многомерной пространственно-временной функции –
оптического изображения в одномерный электрический сигнал в процессе
анализа изображения и обратно при его синтезе.
1.2.
Преобразование сигналов в линейных и нелинейных цепях
Основы теории линейных цепей. Линейные цепи при гармоническом и
произвольном периодическом и непериодическом воздействии. Переходные
процессы в линейных цепях.
Общие методы анализа нестационарных процессов в линейных цепях.
Приближенные
методы
анализа
избирательных
цепей.
Цифровое
моделирование линейных цепей.
3
Общие свойства входных и передаточных функций. Связь между
вещественной и мнимой частями входных импедансов. Канонические схемы
реализации реактивных двухполюсников. Принципы аппроксимации частотных
характеристик. Процедуры реализации частотных фильтров. Синтез линейных
цепей с заданными фазочастотными характеристиками. Понятие о синтезе
линейных цепей во временной области.
Нелинейные цепи; основные свойства, характеристики и параметры
нелинейных элементов. Нелинейные цепи при гармоническом и произвольном
периодическом и непериодическом воздействии. Нелинейные преобразования
сигналов. Формирование сигналов в нелинейных цепях с распределенными
параметрами. Цифровое моделирование нелинейных цепей.
Общие методы анализа переходных процессов в линейных цепях с
распределенными параметрами и в параметрических цепях.
1.3.
Дискретное представление
обработки сигналов.
сигналов.
Элементы
цифровой
Понятие
о
дискретизации
и
квантовании.
Представление
дискретизированных сигналов на комплексной плоскости. Прямое и обратное
z-преобразование.
Разностное уравнение цифрового фильтра. Понятие передаточной
функции цифрового фильтра. Частотная характеристика цифрового фильтра.
Методы реализации передаточных функций цифровых фильтров. Синтез
цифровых фильтров по известным характеристикам аналоговых фильтровпрототипов. Методы прямого синтеза.
Методические погрешности цифровой фильтрации. Шумы квантования.
Спектральные
представления
дискретных
сигналов.
Дискретное
преобразование Фурье. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье, Уолша,
Хаара.
Дискретная свертка и корреляция. Вычисление сверток с помощью
спектральных преобразований. Построение цифровых фильтров радиосигналов
на основе алгоритмов свертки.
Двумерные и многомерные сигналы. Многомерное дискретное
преобразование Фурье.
1.4
Элементы теории колебаний
Уравнения Лагранжа и Гамильтона. Символический метод составления
уравнений движения. Устойчивость движения по Ляпунову. Критерии
устойчивости Михайлова и Найквиста. Фазовое пространство.
Виды особых точек. Методы построения фазовых траекторий. Метод
анализа процессов в нелинейных цепях. Методы малого параметра. Системы с
инерционной нелинейностью. Внешнее воздействие на автоколебательную
систему.
4
Общие методы управления частотой и фазой автоколебаний. Системы
частотной и фазовой автоподстройки частоты, их использование в задачах
стабилизации, управления и генерирования сигналов.
1.5.
Основы статистической радиотехники
Законы распределения, моментные функции и спектральные плотности
случайных процессов (сигналов). Импульсные случайные процессы.
Марковские случайные процессы. Выбросы случайных процессов.
Преобразование случайных процессов в линейных цепях. Статистически
оптимальные параметры линейных цепей (квазиоптимальные фильтры).
Статистически оптимальные линейные фильтры. Фильтры, согласованные с
сигналом.
Преобразование случайных сигналов безинерционными нелинейными
звеньями. Нелинейные преобразования узкополосных случайных сигналов.
Характеристики шума на выходе амплитудного, частотного и фазового
детекторов.
Обнаружение и различение сигналов на фоне шума. Оценка параметров
сигналов.
Общие понятия и количественная мера информации. Информационные
характеристики источников дискретных сообщений. Кодирование для
дискретных источников. Криптографическое преобразование информации.
Дискретные каналы с шумами. Дискретные каналы без памяти и пропускная
способность. Дискретные каналы с памятью. Теорема кодирования для канала с
шумами. Информационные характеристики источников непрерывных
сообщений. Непрерывные каналы с шумами. Ортонормальные разложения
сигналов и белый гауссов шум.
2. СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА РАДИОЛОКАЦИИ И
РАДИОНАВИГАЦИИ
2.1.
Основные модели передаваемых сообщений, сигналов и помех.
общие вопросы статистической оптимизации обнаружения,
измерения,. фильтрации и разрешения сигналов
Типовые сигналы в радиолокации и радионавигации. факторы,
определяющие отражательную и излучательную способность объектов
активной и пассивной радиолокации. электродинамические эффекты,
влияющие на характер вторичного излучения. влияние условий
распространения радиоволн на характеристики сигналов.
модели временных, пространственно-временных и поляризованных
сигналов передаваемых сообщений и помех в задачах обнаружения, измерения,
фильтрации и разрешения. Модели сигналов теплового излучения. модели
движения объектов в задачах навигации.
5
Показатели качества обнаружения,
измерения, фильтрации и
разрешения. Решение задачи оптимизации обнаружения, измерения и
фильтрации. Использование критерия отношения правдоподобия для
нахождения оптимальных алгоритмов обнаружения, измерения и фильтрации
параметров временных. Пространственно-временных и поляризованных
сигналов на фоне различных помех.
Особенности обнаружения, измерения и фильтрации при неизвестных
параметрах сигнала и помех. Принципы адаптивного приема.
2.2.
Синтез обнаружителей сигналов
Обнаружение когерентных временных сигналов с известными и
случайными параметрами. Корреляционные, корреляционно-фильтровые и
фильтровые обнаружители когерентных сигналов. Особенности построения
обнаружителей когерентных сигналов на фоне помех со случайной
интенсивностью и негауссовых помех. Обнаружение некогерентных, в том
числе шумовых, сигналов. Обнаружение когерентных и некогерентных
пространственно-временных и поляризованных сигналов. Особенности
обнаружения шумовых сигналов применительно к задачам пассивной локации
источников их излучения.
Автокорреляционные функции, тела и диаграммы неопределенности
основных видов когерентных временных, пространственно-временных и
поляризованных сигналов.
Примеры построения различного типа аналоговых обнаружителей
(корреляционных, корреляционно-фильтровых и фильтровых) узкополосных
сигналов, как одиночных, так и пачечных. Линейно-частотно-модулированных
сигналов, фазоманипулированных сигналов при использовании линейных
реккурентных последовательностей: кодов Баркера, многофазовых кодов, Мкодов и др. Методы сжатия радиоимпульсов. Фильтры сжатия.
Цифровые обнаружители некогерентных и когерентных сигналов с
обработкой во временной и частотной областях. Использование быстрого
преобразования Фурье и алгоритмов быстрых сверток.
Общие особенности и принципы статистического подхода к синтезу
обнаружителей сигналов в инфракрасном и оптическом диапазоне волн.
2.3.
Фильтрация сигналов. Синтез измерителей параметров сигналов.
Алгоритмы и структурные схемы не следящих и следящих измерителей
параметров (времена прихода, частоты, фазы, амплитуды и т.п.) когерентных и
некогерентных сигналов.
Линейная фильтрация. Фильтр Винера. Метод пространства состояний.
Фильтр Калмана-Бьюси. Цифровой фильтр Калмана.
Оптимальная нелинейная фильтрация. Гауссовское приближение в
теории нелинейной фильтрации.
6
Структурные схемы оптимальных аналоговых измерителей дальности и
скорости. Структурные схемы измерителей угловых координат для
моноимпульсных устройств и антенных решеток. Структурные схемы
устройств приема и обработки радионавигационных сигналов: доплеровских
измерителей скорости, радиотехнических систем ближней и дальней навигации
и т.п.
Синтез и оценка потенциальной точности и помехоустойчивости
дальномерных, разностно-дальномерных,
угломерных и доплеровских
устройств приема и обработки информации в радионавигационных системах.
Оптимальная обработка радионавигационных сигналов, поступающих от
нескольких измерителей.
Оптимизация воздушно-доплеровских и инерциально-доплеровских
комплексных систем навигации. Коррекция комплексных систем навигации от
радиотехнических измерителей.
Особенности
построения
измерителей
параметров
сигналов
инфракрасного и оптического диапазонов волн.
2.4.
Обнаружение и разрешение на фоне коррелированных помех
Оптимальное обнаружение когерентных пространственно-временных и
поляризованных сигналов на фоне стационарных и коррелированных по
пространству и поляризации помех. Потенциальные показатели качества
обнаружения. Возможная постановка задач разрешения и распознавания целей.
Основные результаты статистического анализа задачи разрешения. Признаки,
используемые при радиолокационном
распознавании. Особенности
распознавания по совокупности признаков. Роль обучения в задачах
распознавания.
Адаптивные
обнаружители
пространственно-временных
и
поляризованных сигналов на фоне маскирующих активных помех в РЛС с
антенными решетками. Алгоритмы и структурные схемы оптимальных
обнаружителей когерентных временных сигналов на фоне пассивных и
комбинированных помех.
Принципы построения РЛС с синтезированной апертурой.
3. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА
Радиотехнические и телевизионные устройства
формирования сигналов
Структурная схема радио- и телевизионных передатчиков. Основы
теории автоколебаний. Нелинейная теория транзисторных автогенераторов.
Режимы самовозбуждения.
Основы нелинейной теории транзисторного генератора с внешним
возбуждением. Режимы работы и их сравнительный анализ. Методы
3.1.
7
повышения стабильности частоты колебаний. Умножители частоты.
Классификация и общие свойства.
Основы линейной теории высокочастотных транзисторных усилителей
мощности. Суммирование мощностей генераторов. Общие свойства
сумматоров сигналов.
Управление колебаниями высокой частоты. Основы теории линейной и
нелинейной модуляции (манипуляции). Формирователи многофазных и
многочастотных сигналов.
Общие принципы генерации и усиления СВЧ колебаний. Теория
генераторов СВЧ с нелинейным активным двухполюсником. СВЧ диодные
автогенераторы. Стационарный режим и стабилизация частоты автогенератора.
Транзисторные СВЧ усилители мощности.
Особенности построения широкополосных транзисторных радио- и
телевизионных передатчиков. Синтез корректирующих цепей широкополосных
транзисторных усилителей мощности. Теория работы мощных транзисторных
усилителей мощности. Теория работы мощных транзисторных каскадов в
нелинейных режимах. Широкополосные усилители мощности СВЧ диапазона.
Особенности построения мощных выходных каскадов широкополосных
передатчиков. Нелинейные искажения в широкополосных телевизионных и
радиопередатчиках. Способы и методы стабилизации частоты в
широкополосных передатчиках. Цифровые синтезаторы частот.
Общие принципы развертки изображения на передающей и приемной
сторонах.
Формирование сигналов в композитных системах цветного телевидения
(ЦТВ).
Принципы уплотнения спектров сигналов яркости и цветности в
композитных системах ЦТВ.
Формирование сигналов в системах телевидения повышенного качества и
высокой четкости.
3.2.
Радиотехнические и телевизионные устройства обработки сигналов
Входные цепи приемников радиосигналов с амплитудной и частотной
модуляцией. Селективные свойства входных цепей.
Основы теории усилителей колебаний высокой частоты (УВЧ).
Преобразование частоты колебаний.
Принципы построения и основы теории трактов промежуточной частоты
(УПЧ). Системы сосредоточенной селекции с полосовыми фильтрами, с
фильтрами Чебышева и Баттерворта. Тракты промежуточной частоты на основе
систем распределенной селекции.
Детекторы модулированных радиосигналов. Основы теории усилителей
колебаний низкой частоты (УНЧ).
Общие свойства полупроводниковых параметрических усилителей
(ППУ). Невырожденные регенеративные ППУ. Вырожденные ППУ
8
регенеративного типа. Стабильность регенеративных ППУ. Основы теории и
техники смесителей на полупроводниковых диодах. Нерегенеративные
параметрические повышающие преобразователи частоты.
Динамический диапазон радио- и телевизионных приемников. Анализ
нелинейных искажений в усилительных трактах приемников. Методы
повышения
линейности
и
расширения
динамического
диапазона
высокочастотных усилительных трактов и частотно-преобразовательных
устройств радио- и телевизионных приемников.
Структура и характеристики селективных цепей трактов УПЧ
приемников, осуществляющих оптимальную обработку сигналов на фоне
помех. Шумовые характеристики селективного тракта.
Основы теории и практики цифровой обработки сигналов. Теория и
расчет цифровых фильтров с импульсными характеристиками конечной и
бесконечной протяженности во времени. Эффекты конечной разрядности чисел
в цифровых фильтрах.
Обработка изображений и цифровая фильтрация в телевизионных
устройствах. Двумерные рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Улучшение
качества телевизионных изображений на основе двумерной цифровой
фильтрации.
3.3. Синхронизация в радиотехнических и телевизионных устройствах
Системы и устройства фазовой, частотной и временной (тактовой)
синхронизации. Фазовая автоподстройка частоты (ФАП), ее роль и место в
радиотехнике и телевидении. Уравнение ФАП в отсутствие и при наличии
шума. Обобщенное уравнение для систем фазовой синхронизации. Цифровая
система ФАПЧ.
Линейная теория систем фазовой синхронизации. Слежение за несущей
частотой, доплеровским сдвигом частоты и фазой принимаемых колебаний.
Линейная теория ФАП высоких порядков.
Нелинейная теория систем ФАП. Процессы захвата и устойчивость
фазовой синхронизации в отсутствие и при наличии помех. Нелинейная теория
ФАП высоких порядков.
Системы и устройства временной (тактовой) синхронизации. Выбор
синхросигналов, обеспечивающих минимальную ошибку и наименьшее время
установления режима временной (тактовой) синхронизации.
9
ЛИТЕРАТУРА
1. Гришин Ю. П., Ипатов В. П., Казаринов Ю. М., Коломенский Ю. Д.
Радиотехнические системы. – М.: Высш. шк., 1990.
2. Охрименко А. Е., Олейников О. А. Основы радиолокации и
радиоэлектронная борьба. Часть 1, - Основы радиолокации. – М.: Воениздат,
1983.
3. Беляевский Л. С., Новиков В. С., Олянюк П. В. Обработка и отображение
радионавигационной информации. –М.: Радио и связь, 1990.
4. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез
радиотехнических устройств и систем. –М.: Радио и связь, 1991.
5. Сосулин Ю. Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. –М.:
Радио и связь, 1992.
6. Шебшаевич В. С. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы.
–М.: Радио и связь, 1993.
7. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. –М.: Радио и связь, 1993.
8. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы. -Мн.: Выш. школа, 1988.
9. Доджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов: Пер с
англ.- М.:Мир, 1988.-488 с.
10. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ.М.: Мир, 1989. -448 с.
11. Лосев В.В. Микропроцессорные устройства обработки информации.
Алгоритмы цифровой обработки. Учебн. пособие для вузов.- Мн.: Высш.
шк., 1990 –132 с.
12. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. –
4-е изд., перераб. и доп. -М. :Радио и связь, 1986.-512с.
13. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов по
специальности «Радиотехника».-2-е изд., перераб. и доп. -М.:Высш.шк.,
1988.-448с.
14. Апорович А.Ф. Проектирование радиотехнических систем.: Учебное
пособие для вузов по специальности «Радиотехника»,-Мн.: специальности
«Радиотехника».- Высш.шк.,1988.-220с.
15. Залманзон Л.А. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в
управлении, связи и других областях-М.: Наука,1989.-493с.
16. Телевидение: Учебник для вузов /Под ред. В.Е. Джаконии. – М.: Радио и
связь, 2000.-640с.
17. Телевизионная техника. В книге: Бытовая радиоэлектронная техника:
Энциклопедический справочник /Под ред. А.П. Ткаченко – Мн.: БелЭн.,
1995.- 832с.
18. Ткаченко А.П. Цветное телевидение. – Мн.: Беларусь, 1981.-254с.
19. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионной аппаратуры:
Учебное пособие для вузов/Под ред. С.В. Новаковского.- М.: Радио и связь,
1994.- 360с.
10