Введение в пространственную обработку сигналов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Радиофизический факультет
Кафедра электродинамики
УТВЕРЖДАЮ
Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.
«18» мая 2011 г.
Учебная программа
Дисциплины М2.В1.02 «Введение в теорию пространственной обработки сигналов»
по направлению 011800 «Радиофизика»
Нижний Новгород
2011 г.
1. Цели и задачи дисциплины
Содержание дисциплины направлено на изучение теории пространственной обработки
сигналов и базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики,
электродинамики, статистической радиофизики, общих основ радиотехники, математического
анализа, аналитической геометрии.
Целями курса являются:
 развитие знаний по основным задачам современной теории обработки сигналов в приемных
антенных системах;
 изучение особенностей приема и обработки пространственно-временных сигналов в
различных средах (свободном пространстве, неоднородных средах, случайно-неоднородных
средах);
 анализ физических аспектов теории и возможностей ее использования при решении
практических задач радио- и гидролокации.
2. Место дисциплины в структуре магистерской программы
Дисциплина «Введение в теорию пространственной обработки сигналов» относится к
дисциплинам по выбору студента вариативной части профессионального цикла основной
образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
 способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения
исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной
безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);
 способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и
радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со
своим профилем подготовки) (ПК-1);
 способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в
области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей,
программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной
деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);
 способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание
современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);
 способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в
соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного
оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).
В результате изучения дисциплины студенты должны:
 знать основные постановки задач теории и методы их решения;
 уметь анализировать основные особенности приема и обработки пространственновременных сигналов с помощью протяженных антенных решеток;
 иметь навыки применения соответствующих знаний при решении конкретных задач расчета
направленных свойств приемных антенных решеток, синтеза и анализа методов
пространственной обработки сигналов на фоне помех в однородной и случайно-неоднородной
средах.
4.Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
Виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Всего часов
72
32
32
0
0
Семестры
9
32
32
0
0
Лабораторные работы (ЛР)
Другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графическая работа
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
0
0
40
0
0
0
0
зачет
0
0
40
0
0
0
0
зачет
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
1.
2.
3.
Раздел дисциплины
Введение.
Многоэлементная антенная решетка как
пространственный фильтр сигналов.
Диаграмма направленности антенной решетки
(расчет и основные свойства).
Методы пространственной обработки
сигналов на фоне помех в различных средах
распространения.
Лекции
4
ПЗ (или С)
ЛР
16
12
5.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Введение
Краткий обзор проблематики курса. Основные задачи теории пространственной обработки
сигналов. Классификация антенн с обработкой сигналов.
Раздел 2. Многоэлементная антенная решетка как пространственный фильтр сигналов.
Диаграмма направленности антенной решетки (расчет и основные свойства).
2.1. Прием сигналов с помощью протяженных (многоэлементных) антенных решеток. Расчет
диаграммы направленности антенной решетки по заданной функции амплитудно-фазового
распределения элементов. Физическая интерпретация полученных выражений, аналогии с
задачей фильтрации временных сигналов в радиотехнике.
2.2. Основные свойства диаграммы направленности антенных решеток. Влияние фазового и
амплитудного распределений на направленные свойства антенных решеток.
Раздел 3. Методы пространственной обработки сигналов на фоне помех в различных
средах распространения.
3.1. Основные физические модели принимаемых сигналов. Критерии эффективности
пространственной обработки. Связь с общей теорией принятия решений.
3.2. Когерентность и ортогональные разложения волновых полей. Связь пространственного
(углового) спектра сигнала со спектром собственных значений матрицы его пространственных
корреляций на апертуре решетки. Модельные примеры.
3.3. Оптимальная обработка полностью когерентных сигналов на фоне помех. Основные
расчетные выражения и физическая интерпретация решений.
3.4. Оптимальная обработка частично-когерентных сигналов. Основные расчетные выражения
и физическая интерпретация решений.
3.5. Элементы теории адаптивных антенных решеток. Связь и аналогии с задачами адаптивной
оптики.
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Рекомендуемая литература
1.
2.
3.
4.
5.
а) основная литература:
Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколник. Пер. с англ. Т. 2. Радиолокационные
антенные устройства. – М.: Сов. радио, 1977.
Смарышев М. Д., Добровольский Ю. Ю. Гидроакустические антенны. Справочник. – Л.:
Судостроение, 1984.
Монзинго Р. А., Миллер Т. У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. – М.:
Радио и связь, 1986.
Пистолькорс А.А., Литвинов О.С. Введение в теорию адаптивных антенн. – М.: Наука, 1991.
б) дополнительная литература:
Журавлев А. К., Лукошкин А. П., Поддубный С. С. Обработка сигналов в адаптивных
антенных решетках. – Л.: Изд. ЛГУ, 1983.
8. Вопросы для контроля
1. Классификация антенн с обработкой сигналов.
2. Диаграмма направленности антенной решетки. Расчет и физическая интерпретация.
Методы управления диаграммой направленности антенной решетки.
3. Влияние фазового распределения антенной решетки на ее направленные свойства.
4. Влияние амплитудного распределения антенной решетки на ее направленные свойства.
5. Классификация задач пространственной обработки сигналов на фоне помех.
6. Критерии эффективности пространственной обработки.
7. Частично-когерентные сигналы. Разложение сигнала в собственном ортогональном базисе.
8. Модель принимаемого решеткой сигнала в виде плоской волны с флуктуирующим углом
прихода. Анализ функции когерентности и спектра собственных значений корреляционной
матрицы.
9. Модель принимаемого решеткой сигнала в виде набора плоских волн со случайными
амплитудами. Анализ функции когерентности и спектра собственных значений
корреляционной матрицы.
10. Уравнения оптимальной пространственной обработки полностью когерентного сигнала в
виде плоской волны на фоне помех дискретного углового спектра. Физическая
интерпретация решения.
11. Уравнения оптимальной обработки частично-когерентного сигнала на фоне помех.
Физическая интерпретация решения.
12. Постановка задачи адаптивной пространственной обработки. Критерии эффективности
адаптивной обработки. Связь методов оптимальной и адаптивной пространственной
обработки сигналов.
9. Критерии оценок
Зачтено
Не зачтено
В целом хорошая подготовка с некоторыми ошибками.
Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения
испытания.
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки
Не предусмотрена
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по
направлению 011800 «Радиофизика».
Автор программы_________________ Малеханов А.И.
Программа рассмотрена на заседании кафедры _4 апреля 2011 г. протокол № _25_
Заведующий кафедрой ___________________ Кудрин А.В.
Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года
протокол № 05/10
Председатель методической комиссии_________________ Мануилов В.Н.