Утверждена - Белорусский государственный университет

Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-012/тип.
ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
3
Составитель:
Р.Г. Ходасевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
Ю.А. Скудняков, заведующий кафедрой информатики Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
4
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Введение в специальность» разработана для специальности
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Целью преподавания дисциплины «Введение в специальность» является
подготовка студентов первого курса, избравших своей специальностью радиоэлектронные системы, к осознанному и активному участию в учебном процессе, научно-исследовательской и общественной работе вуза.
В результате изучения дисциплины «Введение в специальность» студент
должен:
знать:
- общие требования, которые предъявляются к специалисту в соответствии с
квалификационной характеристикой;
- историю развития радиотехники, имена отечественных и зарубежных ученых
и изобретателей, внесших значительный вклад в создание и развитие радиоэлектронных устройств и систем;
- общие принципы передачи и приема радиосигналов с помощью электромагнитных волн, а также принципы построения и функционирования радиоэлектронных систем различного назначения, их элементную базу, современное состояние и перспективы развития;
уметь:
- работать с рекомендованной литературой, методическими и учебными пособиями, владеть современными методами и средствами получения научнотехнической информации.
Программа рассчитана на общий объем 30 часов, в том числе 20 аудиторных часов, предусмотрено написание реферата по тематике специальности.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. СИСТЕМА ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Особенности содержания высшего радиотехнического образования. Сочетание фундаментальной, общепрофессиональной и специальной подготовки
инженеров по радиоэлектронике. Возможности быстрого реагирования высшей
школы на запросы промышленных предприятий, научных и образовательных
учреждений, а также министерств на подготовку специалистов радиоэлектронных систем.
История создания и развития университета, кафедры радиотехнических
систем, структура вуза и факультета.
Организация учебного процесса в вузе, график учебного процесса. Самостоятельная работа студентов, работа с рекомендованной литературой, учебными пособиями и другими информационными источниками, в том числе в сети Интернет.
5
Требования, предъявляемые к студентам в вузе, права и обязанности студентов. Система аттестации, принятая в высшей школе. Формы контроля знаний студентов.
Раздел 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Общая характеристика современной радиоэлектроники, объединяющей
обширный комплекс областей науки, радиотехники и электроники, связанных с
проблемами передачи, приема и преобразования информации с помощью электромагнитных волн.
Особенности подготовки инженеров специальности «Радиоэлектронные
системы». Квалификационная характеристика. Назначение, области деятельности и основные функции специалиста. Общие требования к знаниям, умениям и
практическим навыкам. Учебные планы специальности, взаимные связи учебных дисциплин. Вычислительная техника – важнейший инструмент в работе
инженера, применение современных компьютерных технологий при разработке
и проектировании радиоэлектронных систем.
Интернет – окно в мир информации.
Раздел 3. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ РАДИОТЕХНИКИ
Успехи физической науки XIX века. Опыты Х.Эрстеда и М. Фарадея, появление систематизированной теории об электричестве и магнетизме. Фундаментальные работы А. Ампера, Д.Максвелла по электродинамике и теории
электромагнитного поля. Эксперименты Г.Герца по исследованию электромагнитных волн. Изобретения А.С.Попова и Г.Маркони. Научная деятельность
Нижегородской и Центральной радиолабораторий. Роль отечественных и зарубежных ученых и изобретателей в развитии радиотехники.
Раздел 4. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Пассивные и активные дискретные элементы. Классификация и основные
характеристики пассивных элементов.
Исторические вехи изобретения и развития активных элементов:
электронных
ламп,
биполярных
и
полевых
транзисторов.
Сверхвысокочастотные приборы, их единое конструктивное целое активных и
пассивных элементов. Интегральные микросхемы, степень интеграции,
перспективы развития.
6
Раздел 5. РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ
5.1. СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ И РАДИОВЕЩАНИЯ
Передача информации электромагнитными волнами. Диапазоны радиоволн и области их применения. Распространение радиоволн, влияние ионосферы. Особенности применения сантиметровых и дециметровых волн.
Сигналы, их разновидности. Общие понятия о видах модуляции. Структура радиоканала. Системы радиосвязи и радиовещания. Основные принципы
формирования, передачи и приема сигналов. Структурные схемы радиопередающих и радиоприемных устройств. Тенденции развития систем радиосвязи и
радиовещания.
5.2. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ
История развития и основные принципы телевидения. Системы цветного
телевидения NTSC, PAL, SEСAM. Стандарты телевизионных каналов РБ, СНГ
и их основные характеристики. Структурная схема телевизионной системы.
Цифровое и интерактивное телевидение.
5.3. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (РЛС)
Исторический обзор развития РЛС. Задачи, решаемые РЛС. Принципы
работы импульсных и доплеровских РЛС, структурные схемы. Радиолокация
Луны и планет. Улучшение тактико-технических характеристик РЛС.
5.4. РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (РНС)
Назначение РНС, общая характеристика систем. Архитектура и основные
характеристики спутниковых радионавигационных систем «Навстар - GPS»
(США) и «Глонасс» (Россия). Методы повышения точности навигационных
определений РНС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные проблемы и перспективы развития радиоэлектронных систем.
Роль в современном мире инженера по радиоэлектронике при возрастающей
значимости радиоэлектронных систем.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ РЕФЕРАТОВ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Моя будущая специальность. Что определило мой выбор?
«Радио? ...»Это очень просто» . Инж. Е.Айсберг.
Исторический обзор развития телевидения.
Диапазоны радиоволн и области их применения.
Персональные ЭВМ.
Роль радиотехники в освоении космического пространства.
Радиоинженеры накануне третьего тысячелетия.
Первый радиотехник А.С.Попов.
7
9. «Цветное телевидение?... Это не так просто». Инж. Е.Айсберг.
10. Элементная база радиотехнических устройств и систем.
11. Радиоразведка. История техники радиоэлектронной борьбы.
12. Системы радиосвязи.
13. Быть инженером по радиоэлектронике – это не просто, но очень увлекательно.
14. А.С.Попов – страницы биографии.
15. Современные системы цветного телевидения.
16. Радиоприемные устройства.
17. Вклад радиолюбителей в научно-технический прогресс.
18. Системы радионавигации.
19. Специальность инженера по радиоэлектронике накануне третьего тысячелетия.
20. Истоки развития радиотехники (1800-1900 гг.)
21. Б.Л.Розинг – основоположник электронного телевидения.
22. Радиопередающие устройства.
23. Медицинская радиоэлектроника.
24. Системы мобильной радиосвязи.
25. Радиоэлектроника – это мой выбор.
26. Исторический обзор развития радиотехники (1900-2000 гг.)
27. Цифровое и интерактивное телевидение.
28. Электроннное оборудование автомобиля.
29. Профессор электрографии и магнетизма Я.Наркевич-Иодко - страницы
биографии (1847-1905 гг.).
30. Системы радиолокации.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Зиновьев А.Л. , Филиппов Л.И. Введение в специальность радиоинженера:
Учеб. пособие для студ. радиотехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989.
2. Лосев А.К. Введение в специальность «Радиотехника»: Учеб. пособие для
студ. радиотехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1980.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Айсберг Е. Радио и телевидение? Это очень просто. – М.: Энергия, 1979.
2. Аверьянов В.Я. Десять рассказов старого профессора о радио. - Мн.:
БГУИР, 1996.
3. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. - М.: Радио и связь, 1988.
4. Сайт в сети Интернет. http://www/ bsuir. unibel.by.
8
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-013/тип.
СИСТЕМЫ РАДИОЛОКАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
9
Составитель:
А.Е. Охрименко, профессор кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
10
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Системы радиолокации» разработана для специальности
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений
Основная цель дисциплины состоит в том, чтобы на основе изученных в
«Теории радиосистем» общесистемных задач, связанных с извлечением и
обработкой информации (а именно задач обнаружения, распознаванияразличения и измерения параметров сигналов), систематизировать
радиолокационные системы (РЛС) по функциональному назначению, знать
принципы построения, возможности и основные характеристики РЛС.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- методы определения координат и параметров движения объектов наблюдения
(дальности, скорости, угловых координат) и основные характеристики методов
(мера однозначности и разрешающей способности, точность определения, обзор по координатам и параметрам движения);
- принципы построения и возможности основных типов радиолокационных систем (РЛС обзора, РЛС сопровождения, многофункциональных РЛС, многопозиционных активно-пассивных РЛС с кратковременной и продолжительной
пространственной когерентностью);
уметь характеризовать:
- достоинства и недостатки основных типов радиолокационных систем;
- перспективы развития радиолокационных систем;
уметь анализировать:
- характеристики обнаружения РЛС обзора;
- точностные характеристики измерения координат и параметров движения
объектов наблюдения РЛС сопровождения;
приобрести навыки:
- расчета энергетических характеристик отраженных сигналов, мешающих отражений, излучений и шумов;
- расчета отношения сигнал/помеха, дальности обнаружения с учетом компенсации помех и накопления сигнала.
Программа рассчитана на общий объем 130 учебных часов, в том числе
80 аудиторных.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Определение радиолокации. Задачи радиолокации. Принципы радиолокации. Пространственно-временная обработка сигнала и информации.
Разновидности РЛС.
11
Раздел 2. ЭФФЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ РАССЕЯНИЯ (ЭПР) ОБЪЕКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ
Вторичное излучение объектов наблюдения и их классификация. Определение ЭПР. Зависимость ЭПР от ориентации, размеров электрических и поляризационных свойств объектов. ЭПР сложных и групповых объектов. Удельная
ЭПР распределенных отражателей.
Раздел 3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРСТИКИ
ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА И ФОНА
Мощность отраженного сигнала. Мощность мешающих отражений: при
редкоимпульсном излучении; при непрерывном и квазинепрерывном излучении. Спектральная плотность внутренних шумов и мешающих излучений.
Раздел 4. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ
Требуемый пороговый сигнал. Уравнение дальности радиолокации.
Дальность обнаружения:
- в отсутствие помех;
- при наличии мешающих излучений, мешающих отражений.
Раздел 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, РАЗРЕШЕНИЕ
И ОБЗОР ПО ДАЛЬНОСТИ
Классификация методов определения дальности. Однозначность и разрешающая способность определения дальности. «Слепые» дальности и способы
их устранения. Нониусный метод устранения неоднозначности по дальности.
Обзор по дальности.
Раздел 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, РАЗРЕШЕНИЕ
И ОБЗОР ПО СКОРОСТИ
Классификация методов определения скорости. Однозначность и разрешающая способность определения скорости. «Слепые» скорости и способы их
устранения. Обзор по скорости.
Раздел 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, РАЗРЕШЕНИЕ
И ОБЗОР ПО УГЛОВЫМ КООРДИНАТАМ
Принципы определения угловых координат. Однозначность и разрешающая способность определения угловых координат. Обзор по угловым координатам.
12
Раздел 8. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБЗОРА
Назначение и классификация РЛС обзора. РЛС обзора с импульсным излучением (когерентные и некогерентные). РЛС обзора с монохроматическим
излучением. РЛС обзора с ЧМ-непрерывным излучением.
Раздел 9. ИЗМЕРЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ
Дискриминаторы следящих измерителей дальности. Ошибки фильтрации
дальности.
Раздел 10. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ
Дискриминаторы следящих измерителей скорости. Ошибки фильтрации
скорости. Измерение скорости путем дифференцирования дальности.
Раздел 11. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ
ПРИ СКАНИРОВАНИИ ДИАГРАММЫ
НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ (ДНА)
Измерение угловых координат при коническом сканировании ДНА. Измерение угловых координат при линейном сканировании ДНА. Ошибки измерения угловых координат при сканировании ДНА.
Раздел 12. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ ПРИ МГНОВЕННОМ СРАВНЕНИИ СИГНАЛОВ
Методы мгновенного сравнения сигналов. Дискриминаторы измерителей
угловых координат при методе амплитудного мгновенного сравнения (АМС).
Дискриминаторы измерителей угловых координат при методе фазового мгновенного сравнения (ФМС). Ошибки измерения угловых координат при мгновенном сравнении сигналов.
Раздел 13. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СОПРОВОЖДЕНИЯ
Назначение и классификация. Импульсные РЛС сопровождения.
Непрерывные РЛС сопровождения.
Раздел 14. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (МФ РЛС)
Назначение и состав МФ РЛС. Антенная система, передающее устройство, зондирующий сигнал. Приемник обзора, автоматический обнаружительраспознаватель, индикатор. Приемник сопровождения, следящие измерители
13
дальности, скорости, угловых координат. Управляющая ЭВМ, временная диаграмма работы МФ РЛС.
Раздел 15. АКТИВНЫЕ МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (МП РЛС)
С КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
КОГЕРЕНТНОСТЬЮ
Принципы объединения сигналов по пространству. Бистатическая РЛС.
Бистатическая ЭПР. Обнаружение эхо-сигналов, зона действия бистатической РЛС. Методы определения координат и скорости целей в активной МП
РЛС.
Раздел 16. ПАССИВНЫЕ МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ С КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
КОГЕРЕНТНОСТЬЮ
Обнаружение шумовых сигналов. Методы определения координат целей.
Определение скорости целей.
Раздел 17. ПРОСТРАНСТВЕННО-КОГЕРЕНТНЫЕ МП РЛС
С ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОГЕРЕНТНОСТЬЮ В ЗОНЕ ФРЕНЕЛЯ
Пространственно-временная обработка. Принципы автокогерентной компенсации мешающих колебаний и автокогерентного накопления сигнала.
Наклон и кривизна волнового фронта рассеянного (излученного) целью
сигнала как пространственные координаты цели. Радиовидение и фокусировка
СВЧ-энергии.
Раздел 18. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Работа в зоне Френеля. Адаптивная пространственно-временная обработка, «обучение» систем обработки. Новые задачи, связанные с адаптивной фокусировкой электромагнитной энергии (энергетические, технологические, медико-биологические, информационные). Эволюция схемотехники пространственно-временной обработки: от аналоговой через цифровую к оптической. Будущее РЛС в условиях новых экологических концепций.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
14
Исследование морского радиолокатора «Донец».
Исследование бортового радиолокатора «Гроза».
Исследование наземного радиолокатора 1РЛ 133.
Исследование автокомпенсации помех в РЛС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Расчет энергетических характеристик отраженного сигнала, мешающих
отражений, излучений и шума.
2. Расчет дальности радиолокационного обнаружения.
3. Расчет ошибок измерения дальности.
4. Расчет ошибок измерения скорости.
5. Расчет ошибок измерения угловых координат при сканировании ДНА.
6. Расчет ошибок измерения угловых координат при методах АМС и ФМ.
7. Расчет основных характеристик РЛС обзора.
8. Расчет основных характеристик РЛС сопровождения.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Казаринов Ю.М. и др. Радиотехнические системы: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1990.
2. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учеб. пособие. - Мн.: Выш.
шк., 1988.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. -М.:
Радио и связь, 1986.
2. Ширман Я.Д. и др. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов. радио,
1970.
3. Дулевич В.Е. и др. Теоретические основы радиолокации.- М.: Сов. радио,
1978.
4. Сколник М. Справочник по радиолокации. Т.1-4. - М.: Сов. радио, 19761979.
5. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. М.: Воениздат, 1963.
6. Охрименко А.Е. Основы обработки и передачи информации. - Мн.: Воениздат, 1990.
7. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации
(Теория радиосистем): Учеб. пособие. В 4 ч. – Мн.: БГУИР, 1994, 1995.
15
16
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-015/тип.
РАДИОСИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
17
Составитель:
Э.М. Карпушкин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
18
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Радиосистемы передачи информации» разработана для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Целью изучения дисциплины является усвоение наиболее важных идей,
принципов и методов передачи информации с учетом знаний, полученных ранее при изучении смежных радиотехнических дисциплин.
В результате освоения дисциплины «Радиосистемы передачи
информации» студент должен:
знать:
- основные положения теории информации;
- принципы построения и возможности одноканальных, многоканальных и многостанционных радиотехнических систем передачи информации;
уметь характеризовать:
- каналы связи, оптимальные и квазиоптимальные устройства обработки информационного сигнала;
уметь анализировать:
-помехоустойчивость устройств обработки информационного сигнала и точность (достоверность) воспроизводимого сообщения;
приобрести навыки:
- рационального подхода к вопросу выбора формы сигнала;
- энергетического расчета при проектировании радиосистемы передачи информации.
Программа рассчитана на объем 130 учебных часов, в том числе
аудиторных – 80.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОСИСТЕМАХ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (РСПИ)
Области применения РСПИ. Обобщенная структурная схема. Основные
понятия и определения (информация, сообщение, сигнал, источник информации, групповой сигнал, среда распространения, радиоканал, радиолиния, кодирование, декодирование и др.). Задачи дисциплины. Классификация РСПИ.
Раздел 2. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РСПИ
Описание и модели сигналов. Дискретные сообщения и сигналы. Основные характеристики сигналов. Простые и сложные сигналы. Особенности,
свойства и характеристики наиболее важных классов псевдослучайных сигналов. Помехи в РСПИ.
19
Раздел 3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
Количество информации в передаваемом сообщении. Информационные
характеристики источника дискретных сообщений, энтропия и ее свойства.
Скорость передачи дискретной информации и пропускная способность канала
связи.
Раздел 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
Информационные характеристики источника непрерывных сообщений.
Дифференциальная энтропия и ее свойства. Энтропия случайных процессов.
Пропускная способность непрерывного канала. Предельные возможности передачи информации по каналам связи. Путь повышения реальной скорости передачи информации.
Раздел 5. ОПТИМАЛЬНЫЕ И КВАЗИОПТИМАЛЬНЫЕ
АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ
Структуры оптимальных и квазиоптимальных приемников, их потенциальная помехоустойчивость. Когерентный и некогерентный методы приема.
Раздел 6. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
С НЕКОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ
Алгоритмы оптимальной демодуляции. Некогерентный прием простых
цифровых сигналов с АМ и ЧМ. Оценка потенциальной помехоустойчивости.
Раздел 7. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
С КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛОВ
Алгоритмы оптимальной демодуляции. Выбор и формирование сигналов.
Прием простых цифровых сигналов с ФМ. Разновидности синхронных детекторов, их характеристика. Потенциальная помехоустойчивость приема.
Раздел 8. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (ОФМ)
Принцип формирования и прием сигналов с относительной фазовой модуляцией. ОФМ как метод борьбы с обратной работой. Когерентный и некогерентный методы приема простых цифровых сигналов с ОФМ. Потенциальная
помехоустойчивость приема.
20
Раздел 9. ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РСПИ
ПРИ КОРРЕКТИРУЮЩЕМ КОДИРОВАНИИ
Помехоустойчивость приема при использовании корректирующих кодов.
Сравнение помехоустойчивости систем с кодированием при заданном канале
связи и фиксированной скорости передачи информации. Использование помехоустойчивых кодов в системах с обратной связью.
Раздел 10. РСПИ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫМИ
СИГНАЛАМИ (ПС-СИГНАЛЫ)
Общая характеристика РСПИ с ПС-сигналами. Информационная модуляция в системах с ПС-сигналами. Проблема синхронизации в РСПИ с ПСсигналами. Когерентный и некогерентный методы приема ФМ ПС-сигналов в
системах передачи цифровой информации. Эффективность систем с ПСсигналами.
Раздел 11. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ
СООБЩЕНИЙ В КАНАЛАХ СО СЛУЧАЙНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Характеристики каналов со случайными параметрами, прием сигналов в
каналах с замиранием и многолучевостью. Использование сложных сигналов в
каналах с многолучевостью. Адаптивные РСПИ.
Раздел 12. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ЛИНЕЙНЫМ
УПЛОТНЕНИЕМ И РАЗДЕЛЕНИЕМ
Основы теории линейного разделения канальных сигналов. Структурная
схема многоканальной РСПИ. Классификация систем. Системы с частотным
разделением каналов (структурная схема, виды модуляции, перекрестные искажения, особенности).
Раздел 13. СИСТЕМЫ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ
КАНАЛОВ
Структурная схема. Модуляция и демодуляция. Кадровая и канальная
синхронизации. Переходные искажения. Особенности системы.
Раздел 14. СИСТЕМЫ С РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
ПО ФОРМЕ СИГНАЛА
Структурная схема. Выбор канальных сигналов. Системы с линейным и
нелинейным уплотнением канальных сигналов. Комбинационное и мажоритарное уплотнения. Особенности систем.
21
Раздел 15. АСИНХРОННЫЕ АДРЕСНЫЕ РСПИ
Понятие о многостанционном доступе. Области применения асинхронных систем. Виды сигналов, способы модуляции и демодуляции. Межстанционные помехи. Особенности спутниковых систем связи.
Раздел 16. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РСПИ
Совмещенные системы. Использование достижений лазерной и вычислительной техники для совершенствования РСПИ. Локальные сети связи. Заключение.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1
Исследование импульсных видов модуляции, применяемых в РСПИ.
2. Исследование влияния хаотической импульсной помехи на точность передачи информации в линиях связи с времяимпульсной модуляцией (ВИМ).
3. Исследование импульсной системы телеизмерения последовательного
действия.
4. Исследование эффективности систем со сверточным кодированием.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Характеристики радиосигналов.
Сложные сигналы в РСПИ.
Корреляционно-фильтровая обработка сигналов.
Информационные характеристики источников дискретных сообщений.
Информационные характеристики источников непрерывных сообщений.
Когерентная обработка сигналов.
Некогерентная обработка сигналов.
Энергетический расчет РСПИ.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Борисов В.А., Калмыков В.В. и др. Радиотехнические системы передачи
информации.- М.: Радио и связь,1980.
2. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учеб. пособие. -Мн.: Высш.
шк.,1988.
3. Пенин П.И., Филиппов Л.И. Радиотехнические системы передачи информации. –М.: Радио и связь, 1984.
4. Репляков И.М., Рощин Б.В. и др. Радиосистемы передачи информации.М.: Радио и связь, 1982.
5. Зюко А.Г., Фальяо и др. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации.- М.: Радио и связь,1985.
22
6. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами.- М.: Радио и
связь, 1985.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов.- М.: Радио и связь,1983.
2. Витерби Э.Д. Принципы когерентной связи: Пер. с англ. – М.: Сов. радио,
1970.
3. Карпушкин Э.М. Основы теории радиотехнических систем. - Мн.: МРТИ,
1993.
4. Карпушкин Э.М. Методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Радиотехнические системы передачи информации» для студ. спец. «Радиотехнические системы». – Мн.: БГУИР, 1997.
23
24
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-016/тип.
ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
25
Составитель:
А.И. Конойко, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат физико-математических наук
Рецензенты:
В.Ф. Ярмолицкий, ведущий научный сотрудник Института электроники
Национальной академии наук Беларуси, кандидат физико-математических наук;
В.В. Каверович, доцент кафедры информатики Учреждения образования
«Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат
технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 03.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
26
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа по дисциплине «Оптическая обработка сигналов»
разработана на кафедре радиотехнических устройств БГУИР для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы.
Основная цель и задача дисциплины состоит в том, чтобы дать необходимые знания и привить первоначальные навыки по решению задач обработки
аналоговых сигналов нетрадиционными для радиоэлектроники оптическими
методами, дать представление о существующих и разрабатываемых системах
оптической обработки сигналов, что поможет при решении конкретных задач и
выборе методов и средств обработки сигналов.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- возможности, устройство и области применения систем оптической обработки сигналов;
- элементную базу устройств оптической обработки сигналов и уметь делать
правильный выбор элементов;
- виды устройств обработки сигналов и их основные конструктивные решения;
владеть:
- математическим аппаратом оптической обработки сигналов;
- методикой расчета основных элементов и узлов устройств оптической обработки сигналов;
иметь представление:
- о принципах конструирования и технологии изготовления оптических и оптоэлектронных элементов.
Программа рассчитана на общий объем 70 учебных часов, из них аудиторных – 50.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Световое поле как переносчик информации. Роль и место дисциплины в
системе технических наук. Области применения и перспективы оптической обработки сигналов.
Раздел 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОПТИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Интегральное преобразование в оптических системах. Преобразование
Фурье в оптических системах. Некоторые свойства и особенности оптического
преобразования Фурье. Вычисление интегралов свертки и корреляции в оптических системах.
Понятие пространственной и временной когерентности. Длина когерентности. Связь длины когерентности с шириной спектра оптического излучения.
27
Особенности суперпозиции световых полей, различающихся по частоте, фазе и
поляризации.
Раздел 2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА УСТРОЙСТВ ОПТИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Основные источники света, применяемые в оптической обработке сигналов. Основные особенности оптических элементов и систем оптической обработки сигналов. Разрешающая способность оптической системы. Дифракционный предел. Аберрации оптических систем. Геометрические преобразования
световых полей в оптических системах.
Пространственно-временные модуляторы света (ПВМС), применяемые в
оптической обработке сигналов. Основные характеристики пространственновременных модуляторов. Основные принципы построения электрооптических,
магнитооптических, жидкокристаллических, акустооптических и электромеханических ПВМС. Преобразователи свет-свет.
Основные характеристики фоточувствительных материалов (галоидосеребряных, фотохромных, фототермопластических).
Основные характеристики фотоприемников, применяемых в оптической
обработке сигналов (фотоэлементы, фотоумножители, электронно-оптические
преобразователи, телевизионные передающие трубки, фотодиоды, фототранзисторы, линейки и матрицы фотодиодов, приборы с зарядовой связью, тепловые
приемники излучения).
Раздел 3. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Особенности распространения упругих волн в изотропных и кристаллических средах. Фотоупругий эффект. Дифракция света на упругих волнах. Решение уравнения дифракции света на ультразвуке в изотропной среде. Акустооптическое взаимодействие в анизотропной среде, метод векторных диаграмм.
Пьезоэлектрический эффект. Методы возбуждения акустических волн.
Вопросы изготовления преобразователей объемных и поверхностных упругих
волн. Свойства акустооптических материалов.
Акустооптическая корреляционная обработка сигналов. Схемы акустооптических корреляторов с пространственным интегрированием. Гетеродинные
корреляторы. Корреляторы и конвольверы с временным интегрированием. Обработка двухмерных сигналов.
Раздел 4. СИСТЕМЫ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Оптические процессоры. Сопоставление когерентных и некогерентных
методов оптических вычислений.
Анализаторы спектра радиосигналов.
28
Пространственно-частотная согласованная фильтрация. Оптическая корреляция. Методы синтезирования операционных фильтров.
Оптическое улучшение качества, восстановление и улучшение изображений. Оптические системы с обратной связью.
Обработка сигналов РЛС с синтезированной апертурой.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
Исследование интерференции лазерного излучения.
Исследование оптического преобразования Фурье.
Исследование акустооптического анализатора спектра.
Исследование оптической фильтрации изображений.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Свет В.Д. Оптические методы обработки сигналов. - М.: Энергия, 1971.
2. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высш. шк., 1988.
3.
Престон К. Когерентные оптические вычислительные машины. - М.:Мир,
1974.
4. Оптическая обработка информации/ Под ред. Д.Кейсесента. – М.: Мир,
1980.
5. Парыгин В.Н., Балакший В.И. Оптическая обработка информации. -М.:
МГУ, 1987.
6. Мазанько И.П., Швец Ю.И. Принципы преобразования и детектирования
оптических сигналов/ Под ред. И.П.Мазанько - М: МФТИ, 2001.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени/ Под ред.
С.В. Кулакова. - М.:Радио и связь, 1989.
2. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику.
- М.: Высш. шк., 1991.
3. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. - М.:
Наука, 1970.
29
30
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-017/тип.
ТЕОРИЯ РАДИОСИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
31
Составитель:
А.Е. Охрименко, профессор кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
32
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Теория радиосистем» разработана для специальности
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Основная цель и задача дисциплины состоит в том, чтобы перед изучением радиотехнических систем (радиолокационных, радионавигационных, передачи информации и радиоуправления) определить некоторые общие задачи,
связанные с извлечением, обработкой и передачей информации, а именно: обнаружения, различения, распознавания, измерения параметров сигналов, а также овладеть методологией решения этих задач.
В результате освоения дисциплины «Теория радиосистем» студент должен:
знать:
- пространственную, поляризационную и временную структуру сигналов и помех;
- содержание, принципы и способы пространственно-временной и поляризационной обработки сигналов на фоне помех;
- два равноправных и равнозначных языка описания и анализа процессов обработки сигналов на фоне помех;
уметь характеризовать:
- схемотехнику обработки сигналов на фоне помех;
- методику синтеза и анализа характеристик качества обнаружителей сигналов,
устройств распознавания и различения сигналов, измерителей параметров сигналов;
уметь анализировать:
- характеристики обнаружения медленно и быстро флуктуирующих сигналов
при их когерентном и некогерентном накоплении;
- характеристики распознавания и различения сигналов;
- точностные характеристики измерения параметров сигналов;
приобрести навыки:
- расчета эффективности устройств когерентной компенсации мешающих отражений и излучений;
- расчета вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения медленно и
быстро флуктуирующих сигналов при их когерентном и некогерентном накоплении;
- расчета вероятностей правильного распознавания и различения сигналов;
- расчета флуктуационных и динамических ошибок измерения параметров сигналов.
Программа рассчитана на общий объем 150 учебных часов, в том числе
100 аудиторных.
33
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Определение и основные категории радиосистем (РС). Состав и классификация РС. Задачи РС и принцип их решения. Основные показатели РС.
Раздел 1. СИГНАЛЫ В РАДИОСИСТЕМАХ
Модели пространственно-временной и поляризационной структуры сигналов. Основные характеристики временной структуры сигналов.
Типовые одиночные сигналы. Последовательности одиночных сигналов.
Монохроматический сигнал. Принятый сигнал.
Раздел 2. ПОМЕХИ В РАДИОСИСТЕМАХ
Шумы и мешающие излучения. Мешающие отражения.
Раздел 3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОБНАРУЖЕНИЯ
И МЕТОДИКА ЕЕ РЕШЕНИЯ
Введение в теорию обнаружения. Постановка задачи. Показатели качества обнаружения. Критерии оптимальности. Отношение правдоподобия, правило решения. Выбор порога решения.
Раздел 4. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ
ОДИНОЧНЫХ СИГНАЛОВ ИЗВЕСТНОЙ ФОРМЫ
Отношение правдоподобия. Алгоритм обработки. Схема корреляционного обнаружителя одиночного сигнала с полностью известными параметрами.
Сжатие сигнала по спектру. Схемы корреляционных обнаружителей одиночного сигнала с неизвестной начальной фазой. Эффект «слепой фазы» и способы
его устранения.
Раздел 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ
ОБРАБОТКИ ОДИНОЧНЫХ СИГНАЛОВ
Отношение сигнал/шум на выходе схем корреляционной обработки одиночных сигналов. Потенциальная помехоустойчивость. Критичность корреляционной обработки к параметрам опорного сигнала. Характеристики обнаружения.
34
Раздел 6. ФИЛЬТРОВАЯ ОБРАБОТКА ОДИНОЧНЫХ СИГНАЛОВ
Импульсная характеристика оптимального фильтра. Отклик оптимального фильтра на принятый сигнал. Сжатие сигнала во времени. Частотная характеристика оптимального фильтра. Критичность расстройки фильтра по частоте.
Эквивалентность характеристик обнаружения при корреляционной и фильтровой обработке.
Раздел 7. ОПТИМАЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ ТИПОВЫХ
ОДИНОЧНЫХ СИГНАЛОВ
Оптимальный фильтр простого прямоугольного радиоимпульса. Квазиоптимальные фильтры. Оптимальный фильтр ЛЧМ-радиоимпульса. Оптимальный фильтр КФМ-радиоимпульса.
Раздел 8. КОГЕРЕНТНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ
МЕШАЮЩИХ ОТРАЖЕНИЙ
Сущность и принципы когерентной компенсации мешающих отражений.
Корреляционный способ когерентной компенсации мешающих отражений.
Фильтровый способ когерентной компенсации мешающих отражений. Эффективность когерентной компенсации мешающих отражений. Автокомпенсация
мешающих отражений. Эффект «слепых» скоростей цели и методы борьбы с
ним.
Раздел 9. КОГЕРЕНТНОЕ НАКОПЛЕНИЕ СИГНАЛА
Сущность и принцип когерентного накопления сигнала. Корреляционный способ когерентного накопления сигнала. Фильтровый способ когерентного накопления сигнала. Эффективность и характеристики обнаружения когерентного накопления сигнала.
Раздел 10. НЕКОГЕРЕНТНОЕ НАКОПЛЕНИЕ СИГНАЛА
Сущность и алгоритм некогерентного накопления сигнала. Способы некогерентного накопления сигнала. Эффект некогерентного накопления сигнала
в системе «индикатор-оператор». Характеристики обнаружения при некогерентном накоплении сигнала.
Раздел 11. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА
СИГНАЛОВ И ПОМЕХ
Основные характеристики пространственной структуры излучения. Случайный пространственный сигнал в дальней зоне источника излучения.
35
Пространственные характеристики отраженного сигнала, шума, мешающих излучений и отражений на раскрыве приемной антенны.
Раздел 12. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОБРАБОТКА
СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ
Пространственно-временная эквивалентность и принципы пространственной обработки сигнала. Пространственная когерентная компенсация мешающих излучений. Пространственное когерентное накопление сигнала.
Раздел 13. ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА
СИГНАЛА НА ФОНЕ ПОМЕХ
Поляризационная структура излученного сигнала. Поляризационная
структура принятого сигнала. Принципы поляризационной обработки сигналов
на фоне помех.
Раздел 14. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАСПОЗНАВАНИЯ И РАЗЛИЧЕНИЯ
СИГНАЛОВ И МЕТОДИКА ИХ РЕШЕНИЯ
Сущность и основа решения задач распознавания и различения сигналов.
Ансамбли распознаваемых портретов. Ансамбли различаемых сигналов. Решающее правило.
Раздел 15. ОПТИМАЛЬНАЯ СТРУКТУРА УСТРОЙСТВ РАСПОЗНАВАНИЯ И РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ
Структура устройств распознавания портретов. Оптимальная обработка
некоррелированных портретов. Оптимальная обработка сильно коррелированных портретов. Структура устройств различения сигналов.
Раздел 16. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПОЗНАВАНИЯ
И РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ
Показатели качества распознавания портретов и различения сигналов.
Характеристики распознавания некоррелированных портретов. Характеристики
распознавания сильно коррелированных портретов. Характеристики различения сигналов.
36
Раздел 17. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА И МЕТОДИКА ЕЕ РЕШЕНИЯ
Сущность, условия решения и критерий оптимальности задачи измерения
параметров сигнала. Классификация измерителей. Уравнение оптимальной
оценки, структура оптимального измерителя.
Раздел 18. ДИСКРИМИНАТОРЫ СЛЕДЯЩИХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
Обобщенный оптимальный дискриминатор. Обобщенные квазиоптимальные дискриминаторы. Дискриминационная характеристика.
Раздел 19. ЗАДАЮЩЕЕ И ВОЗМУЩАЮЩЕЕ
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
Эквивалентная спектральная плотность возмущающего воздействия оптимального дискриминатора. Задающее воздействие измерителей.
Раздел 20. ФИЛЬТРАЦИЯ И ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ ЗАДАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
Сущность задач фильтрации и экстраполяции задающих воздействий.
Структура и характеристики фильтров воспроизведения задающих воздействий – фильтров Винера и Калмана. Фильтрация производных и экстраполяция задающего воздействия. Цифровые фильтры воспроизведения задающих
воздействий.
Раздел 21. ОШИБКИ ФИЛЬТРАЦИИ И ЭКСТРАПОЛЯЦИИ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА
Флуктуационная ошибка фильтрации параметров сигнала. Динамическая
ошибка воспроизведения задающего воздействия. Ошибки фильтрации скорости и ускорения задающего воздействия. Ошибки экстраполяции задающего
воздействия.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Расчет пространственных, временных и поляризационных характеристик
принятого сигнала.
2. Расчет пространственных, временных и поляризационных характеристик
помех.
3. Расчет эффективности когерентной компенсации помех на этапе поляризационной, пространственной и временной обработки.
4. Расчет эффективности когерентного накопления сигнала на этапе поляризационной, пространственной и временной обработки.
37
5. Расчет отношения сигнал/помеха после когерентной, поляризационной,
пространственной и временной обработки.
6. Расчет характеристик обнаружения сигнала.
7. Расчет характеристик распознавания и различения сигналов.
8. Расчет ошибок фильтрации параметров сигнала.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
Курсовой проект выполняется студентами после изучения дисциплины
«Теория радиосистем».
Цель проекта – развитие навыков в 9-м семестре практического проектирования различных вариантов радиосистем (радиолокационных, радионавигационных, систем радиоуправления и передачи информации). Студенты должны
самостоятельно осуществлять энергетический расчет радиосистем, оценивать
их эффективность, производить структурный синтез, составлять и обосновывать функциональную схему системы.
Примерные темы курсовых проектов:
1.
Радиосистема передачи цифровой информации с когерентной обработкой
сигнала.
2.
Радиосистема передачи цифровой информации с некогерентной обработкой сигнала.
3.
Радиосистема передачи информации с шумоподобными сигналами.
4.
Проектирование совмещенной радиотехнической системы.
5.
Разработка редкоимпульсной РЛС обзора с пространственно-временной
защитой.
6.
Разработка импульсной РЛС обзора с поляризационной защитой.
7.
Разработка РЛС обзора с монохроматическим излучением.
8.
Проектирование дальномерных систем радионавигации.
9.
Проектирование разностно-дальномерных систем радионавигации.
10. Проектирование аппаратуры потребителя спутниковых радионавигационных систем.
11. Проектирование систем самонаведения.
12. Проектирование систем автономного управления.
13. Проектирование систем телерадиоуправления.
14. Проектирование компьютерных сетей радиоуправления.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации
(теория радиосистем). В 4 ч. Ч.1: Обнаружение и временная обработка одиночных сигналов. –Мн.: МРТИ, 1994.
2. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации
(теория радиосистем). В 4 ч. Ч.2: Обнаружение, временная, пространственная и
поляризационная обработка сигналов. – Мн.: БГУИР, 1994.
38
3. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации
(теория радиосистем). В 4 ч. Ч.3: Распознавание-различение сигналов. – Мн.:
БГУИР, 1995.
4. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации
(теория радиосистем). В 4 ч.Ч.4: Измерение параметров сигналов. – Мн.: БГУИР, 1995.
5. Казаринов Ю.М. и др. Радиотехнические системы: Учебник для вузов. –
М.: Высш. шк., 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Охрименко А.Е. Основы обработки и передачи информации.- М.: Воениздат, 1990.
2. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учеб пособие для вузов. –
Мн.: Выш. шк., 1988.
3. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику PTC. – M.: Радио и связь, 1986.
4. Пестряков В.Б., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы. – М.: Радио и
связь, 1985.
5. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. – М.:
Воениздат, 1983.
39
40
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-018/тип.
ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
41
Составитель:
А.П. Ткаченко, заместитель заведующего кафедрой систем телекоммуникаций
Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент
Рецензенты:
Кафедра терминальных устройств телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол №
8 от 14.03.2003 г.);
М.И. Зорько, начальник Управления телевидения, радиосвязи и радиовещания
Министерства связи Республики Беларусь
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой систем телекоммуникаций Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 17 от 10.06.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
42
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Телевидение и отображение информации» («ТВиОИ») разработана в соответствии с Образовательным стандартом
РДРБ 02100.5.108-98 для специальностей I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
и I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения высших учебных заведений. Она предусматривает чтение лекций и проведение лабораторных занятий.
Цель преподавания дисциплины ─ изучение методов преобразования оптического изображения в электрический сигнал (телевизионный), различных
систем передачи ТВ сигналов (стандартной четкости (ТСЧ), повышенного качества (ТПК) и высокой четкости (ТВЧ); аналоговых и цифровых; черно-белых,
цветных и стерео) по разным направляющим средам и по открытому пространству; способов преобразования принятого ТВ сигнала в оптическое изображение.
«Телевидение и отображение информации» является одной из специальных дисциплин, необходимых для подготовки инженеров по радиоэлектронике.
В результате изучения данной дисциплины студент должен:
знать:
- композитные и компонентные системы цветного телевидения (ТСЧ, ТПК,
ТВЧ);
- методы согласования параметров ТВ сигнала с характеристиками каналов
связи;
- способы и устройства отображения ТВ изображений на разных экранах;
уметь характеризовать:
- физические процессы, происходящие при формировании, обработке, передаче и приеме сигналов в различных ТВ системах;
уметь анализировать:
- причины искажения сигналов и соответствующих им изображений;
- помехозащищенность ТВ систем в зависимости от способа кодирования и
вида модуляции;
приобрести навыки:
- работы с ТВ аппаратурой, включая измерительную;
- применения теоретических знаний на практике при проектировании и эксплуатации ТВ систем.
Программа рассчитана на объем 80 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 48 часов, лабораторных работ
– 32 часа.
43
Распределение часов
Наименование темы
Лекции
(часы)
1
Раздел 1. Физические основы и принципы телевидения
Тема 1.1. Введение, цели и задачи
дисциплины «ТВиОИ»
Тема 1.2. Общая структурная схема
системы передачи изображений
Тема 1.3. Структурная схема аппаратно-студийного комплекса
Тема 1.4. Восприятие оптического
изображения
Тема 1.5. Параметры ТВ систем и согласование их с характеристиками
зрения
Тема 1.6. Пространственный, временной и трехмерный пространственновременной спектр частот
Раздел 2. Устройства отображения визуальной информации
Тема 2.1. Устройство и принцип действия вакуумных кинескопов – мозаичных и штриховых, трехлучевых и
однолучевых
Тема 2.2. Дискретные и матричные
индикаторы: светодиодные, газоразрядные, жидкокристаллические
Раздел 3. Передача сигналов телевидения и звукового сопровождения по
радиоканалам и направляющим средам
Тема 3.1. Классификация радиосистем
передачи ТВ сигналов
Тема 3.2. Необходимые условия для
неискаженной передачи методом АМЧПОБП
Тема 3.3. Организация спутникового
ТВ вещания
Тема 3.4. Структура приемной сети ТВ
вещания
Тема 3.5. Структурная схема телевизора
Тема 3.6. Варианты построения тракта
промежуточной частоты (ПЧ) изображения и звукового сопровождения
2
12
44
Практиче- Лабораторные Всего
ские заня- занятия (чатия (часы) сы)
3
4
5
12
24
2
2
2
2
2
4
2
6
2
2
4
6
2
4
6
4
4
2
2
2
2
12
8
20
2
2
2
2
2
4
2
2
2
6
2
4
6
2
1
Раздел 4. Цветное телевидение (ЦТВ)
Тема 4.1. Трехкомпонентная теория
цветового зрения
Тема 4.2. Кодирующее устройство
совместимой системы ЦТВ
Тема 4.3. Декодирующее устройство
совместимой системы ЦТВ
Тема 4.4. Кодирующее и декодирующее устройства системы НТСЦ
Тема 4.5. Кодирующее и декодирующее устройства системы ПАЛ
Тема 4.6. Кодирующее и декодирующее устройства системы СЕКАМ
Раздел 5. Новые системы телевидения
(ТПК, ТВЧ, цифровые, стерео)
Тема 5.1. Системы телевидения повышенного качества (ТПК)
Тема 5.2. Преобразование аналогового
сигнала в цифровой
Темы 5.3. Организация цифрового ТВ
вещания
Тема 5.4. Новые устройства отображения визуальной информации
2
12
2
3
2
Окончание таблицы
4
5
12
24
2
4
6
2
2
2
2
2
4
6
2
4
6
8
8
2
2
2
2
2
2
2
2
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Тема 1.1. ВВЕДЕНИЕ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ТВиОИ»
Значение телевидения как электронного средства массовой информации,
области его применения. Классификация систем передачи изображений (телевидение и факсимильная связь). Телевидение вещательное (системы телевидения стандартной четкости (ТСЧ), повышенного качества (ТПК) и высокой четкости (ТВЧ); композитные (НТСЦ, ПАЛ, СЕКАМ) и компонентные (МАС, HDMAC, MUSE и др.) системы цветного телевидения, аналоговые и цифровые.
Прикладное ТВ и его особенности.
Тема 1.2. ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
ИЗОБРАЖЕНИЙ
Построение оптического изображения. Математические модели изображения. Принцип последовательной передачи элементов изображения. Преобразование пространственно-временной информации − многомерного оптического
изображения во временную последовательность в процессе развертки изображения. Образование сигнала изображения на выходе преобразователя "светсигнал". Уплотнение сигналов изображения, синхронизации и гашения для передачи по одному каналу связи.
45
Механическая и электронная развертки изображения. Системы мгновенного действия и с накоплением энергии, их сравнение. Построение растра. Типы
передающих ТВ трубок.
Тема 1.3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АППАРАТНО-СТУДИЙНОГО КОМПЛЕКСА
Основные этапы формирования полного ТВ сигнала. Полярность сигнала.
Особенность косвенной передачи информации о средней яркости изображенияпостоянной составляющей ТВ сигнала. Синхронизация несинхронных источников ТВ сигналов.
Тема 1.4. ВОСПРИЯТИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Зрительная система как многоканальный приемник оптической информа-
ции и пространственно-временной ФНЧ. Спектр оптического изображения. Основные характеристики зрительной системы: динамический диапазон, адаптация и аккомодация, контрастная чувствительность, закон Вебера-Фехнера, количество воспринимаемых градаций яркости, разрешающая способность по
пространству (острота зрения), пространственная частотно-контрастная характеристика.
Временная разрешающая способность (инерционность зрения): слитность
движения, критическая частота мельканий как функция яркости, размеров деталей изображения, цвета и т.д. Дискретизация изображения по времени (в кино
и телевидении) и по вертикали (в телевидении) и связанные с ней искажения по
аналогии с дискретизацией электрического сигнала. Относительная чувствительность зрения (кривая видности) и разрешающая способность к цветным деталям.
Тема 1.5. ПАРАМЕТРЫ ТВ СИСТЕМ И СОГЛАСОВАНИЕ
ИХ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ЗРЕНИЯ
Выбор и обоснование числа строк разложения, частоты кадров, разрешающей способности, формата передаваемого изображения, спектрального состава излучения в цветном телевидении и отношения сигнал/шум.
Основные параметры ТВ изображения: световые - яркость, число воспроизводимых градаций яркости, четкость (яркостная и цветовая) в горизонтальном и вертикальном направлениях и ее составляющие (резкость, детальность и
воспроизведение чередующихся структур), правильность цветопередачи; растровые - геометрическое подобие изображения оригиналу (геометрические и нелинейные искажения), размер и формат воспроизводимого изображения, стабильность положения изображения (устойчивость синхронизации).
Влияние шумов и помех на ТВ изображение. Взвешивающий фильтр и
особенности измерения отношения сигнал/шум в телевидении.
Тема 1.6. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ, ВРЕМЕННОЙ И ТРЕХМЕРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СПЕКТР ЧАСТОТ
Форма и частотный спектр ТВ сигнала. Расчет высшей и низшей частоты
спектра. Образование видеосигнала при конечных размерах развертывающего
элемента. Чересстрочная развертка, условия ее обеспечения. Уменьшение ис46
кажений, связанных с чересстрочным разложением изображения в ТСЧ и ТПК.
Применение построчной развертки с различной частотой кадров в ТВЧ. Сравнение построчной (прогрессивной) и чересстрочной разверток.
Раздел 2. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
Тема 2.1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВАКУУМНЫХ КИНЕСКОПОВ –
МОЗАИЧНЫХ И ШТРИХОВЫХ, ТРЕХЛУЧЕВЫХ И ОДНОЛУЧЕВЫХ
Модуляционная характеристика, особенности выбора рабочей точки на
модуляционной характеристике кинескопа. Способы повышения яркости и
контраста изображения.
Тема 2.2. ДИСКРЕТНЫЕ И МАТРИЧНЫЕ ИНДИКАТОРЫ: СВЕТОДИОДНЫЕ, ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
Системы отображения с большими экранами, основные параметры и характеристики: кинескопные, светоклапанные, в том числе жидкокристаллические и лазерные видеопроекторы. Большие матричные видеопанели.
Раздел 3. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
И ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ПО РАДИОКАНАЛАМ
И НАПРАВЛЯЮЩИМ СРЕДАМ
Тема 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ТВ СИГНАЛОВ
ТВ системы наземного вещания, радиорелейные, спутниковые и эфирнокабельные и основные требования к ним. Выбор вида модуляции, полоса занимаемых частот, уплотнение сигналов и помехозащищенность.
Особенность передачи и приема радиосигнала вещательного телевидения
(радиосигнала изображения и радиосигнала звукового сопровождения) методом
АМ с частично подавленной одной боковой полосой (АМ-ЧПОБП). Линейные
и нелинейные искажения демодулированного сигнала.
Тема 3.2. НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ НЕИСКАЖЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ МЕТОДОМ АМ-ЧПОБП
Три варианта обеспечения кососимметричного склона АЧХ радиотракта
(произведение АЧХ фильтров передатчика и приемника) и их сравнение по помехозащищенности. Нестандартный радиоканал телевизора.
Тема 3.3. ОРГАНИЗАЦИЯ СПУТНИКОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ
Типовая структурная схема тракта. Основные энергетические параметры эквивалентная изотропно излучаемая мощность бортового ретранслятора, потери энергии в свободном пространстве и в атмосфере Земли, мощность сигнала
на входе приемника, допустимая плотность потока мощности у поверхности
Земли. Необходимость введения сигнала дисперсии.
47
Тема 3.4. СТРУКТУРА ПРИЕМНОЙ СЕТИ ТВ ВЕЩАНИЯ
Индивидуальный и коллективный прием. Приемные распределительные
сети с использованием коаксиального и волоконно-оптического кабеля. Основные параметры. Особенности построения сетей эфирно-кабельного вещания.
Системы типа MMDS, MVDS и т.п.
Структурная схема приемной установки спутникового телевидения. Добротность приемной установки и требуемое отношение сигнал/шум на выходе
приемника. Мгновенная частота и спектр ЧМ сигнала. Порогопонижающее детектирование.
Тема 3.5. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ТЕЛЕВИЗОРА
Распределение избирательности и усиления по блокам. Система дистанционного управления, селекторы каналов, требования к каналу изображения,
АПЧГ, особенность схемы АРУ, каналы синхронизации и развертки, повышение помехозащищенности строчной развертки - применение ФАПЧ с коммутируемой полосой захвата.
Тема 3.6. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ ТРАКТА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
(ПЧ) ИЗОБРАЖЕНИЯ И ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ
Тракт с детектором огибающей в качестве видеодетектора; с детектором
разностной частоты для получения колебания второй промежуточной частоты
звука; с общим трактом ПЧ и синхронным детектором в качестве видеодетектора; с квазипараллельным трактом ПЧ; с параллельным трактом ПЧ и синхронно-фазовым детектором в канале звукового сопровождения.
Раздел 4. ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ (ЦТВ)
Тема 4.1. ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ ТЕОРИЯ ЦВЕТОВОГО ЗРЕНИЯ
Субъективные и объективные параметры светового излучения. Аддитивное и субтрактивное образование цветов. Координаты цвета и цветности,
удельные координаты в системах R,G,B и X,Y,Z. Диаграмма цветности МКО цветовой график. Расчет координат цвета сложного излучения по известному
спектральному составу (кривые смешения). Законы аддитивного сложения цветов.
Тема 4.2. КОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СОВМЕСТИМОЙ СИСТЕМЫ ЦТ
Варианты R,G,B и W,R,B. Спектральные характеристики чувствительности передающих трубок. Цветокорректирующая матрица, гамма-корректор, кодирующая матрица и модулятор цветовой поднесущей. Сигналы: основных
цветов, яркости, цветоразностные, цветности, цветовой синхронизации и полный цветовой (или цветного телевидения). Пример реализации одновременной
несовместимой системы ЦТВ, обеспечивающей наилучшее качество цветного
изображения на приемной стороне при заданном стандарте разложения изображения на телецентре. Согласование по времени сигналов яркости и цветности.
48
Тема 4.3. ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СОВМЕСТИМОЙ СИСТЕМЫ ЦТВ
Способы разделения сигналов яркости и цветности. АЧХ гребенчатого
фильтра. Эффект самокомпенсации цветовой поднесущей и сигнала цветности
(необходимое и достаточное условие). Два способа подачи сигналов на кинескоп. Сравнение сигналов, модулирующих электронные лучи кинескопа, и качества изображения в совместимых и несовместимых, а также в компонентных
и композитных системах ЦТВ.
Тема 4.4. КОДИРУЮЩЕЕ И ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ НТСЦ
Спектр сигнала цветности при амплитудно-фазовой модуляции. Преимущества применения БМ (балансной модуляции) и фазового сдвига 90 0 между
поднесущими "красного" и "синего" каналов. Сигнал цветовой синхронизации
(СЦС). Искажения типа дифференциальная фаза (ДФ) и дифференциальное
усиление (ДУ). Возникновение перекрестных искажений между цветоразностными сигналами при появлении дополнительных фазовых сдвигов между сигналами цветности и цветовой синхронизации.
Тема 4.5. КОДИРУЮЩЕЕ И ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ПАЛ
Устранение чувствительности к ДФ. Спектр сигнала цветности с коммутируемой на 1800 от строки к строке фазой цветовой поднесущей "красного" канала. Выбор и обоснование численного значения поднесущей. Двойное назначение СЦС. Разделение сигнала цветности на две в квадратуре промодулированные поднесущие до синхронного детектора с помощью гребенчатых фильтров. Особенность спектра полного сигнала ЦТВ.
Тема 4.6. КОДИРУЮЩЕЕ И ДЕКОДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ СЕКАМ
Обоснование последовательной передачи цветоразностных сигналов. Параметры сигнала цветности. НЧ и ВЧ предыскажения, коммутация фазы поднесущей и спектр сигнала цветности. Сигнал цветовой синхронизации СЦС С и
СЦСК. Помехозащищенность и чувствительность к искажениям типа ДФ и ДУ.
Сравнение систем ЦТВ между собой.
Раздел 5. НОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
(ТПК, ТВЧ, ЦИФРОВЫЕ, СТЕРЕО)
Тема 5.1. СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА (ТПК)
Системы МАС, ПАЛ-плюс и др. Повышение качества изображения в телевизорах и преобразование вида развертки. Стандарты компонентных систем
ЦТВ высокой четкости (ТВЧ).
Тема 5.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА В ЦИФРОВОЙ
Выбор и обоснование частоты дискретизации, числа уровней квантования. Линейная и нелинейная шкалы квантования. Шумы квантования. Скорость
цифрового потока. Временное разделение каналов.
49
Тема 5.3. ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ
Избыточность ТВ сигнала и пути ее уменьшения. Стандарты сжатия. По-
нятие о методах цифровой модуляции, применяемых в спутниковых, наземных
и кабельных системах ТВ вещания.
Тема 5.4. НОВЫЕ УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Организация проведения видеоконференцсвязи. Конвергенция телевидения с глобальными компьютерными сетями. Особенности передачи сигналов
стереоцветного телевидения и воспроизведения объемных изображений.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Измерение и контроль параметров ТВ сигнала и изображения
2. Исследование основных закономерностей формирования растров.
3. Исследование влияния шумов и помех на качество телевизионного изображения и измерение отношения сигнал/шум.
4. Исследование сигналов совместимой системы ЦТВ и расчет их параметров.
5. Исследование сигналов системы ЦТВ СЕКАМ.
6. Исследование сигналов системы ЦТВ ПАЛ.
7. Изучение схемы телевизора цветного изображения.
8. Изучение принципов построения и исследование основных характеристик
приемной установки спутникового ТВ вещания.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ,
НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
1. Программно-аппаратный комплекс по генерированию телекоммуникационных сигналов, моделированию систем передачи, включая телевизионные
(разработан на кафедре СТК БГУИР).
2. Демонстрационные макеты и промышленные образцы ТВ аппаратуры:
2.1. Передающие и приемные трубки и устройства к ним.
2.2. Четырехкамерная прикладная ТВ установка (ПТУ).
2.3. Малогабаритная ПТУ с передающей трубкой на ПЗС.
2.4. Камерный канал черно-белого телевидения (типа АТК).
2.5. Генераторы испытательных ТВ сигналов по системам СЕКАМ и ПАЛ.
2.6. Цветные телевизоры различных поколений, в том числе с декодерами
сигналов телетекста, модулем кадр в кадре (PIP и вторым радиоканалом, макет
разработан на кафедре СТК).
2.7. Видеомагнитофон с записями эталонных цветных тест-изображений и
достижений в области телевидения.
2.8. Транскодер ПАЛ-СЕКАМ.
2.9. ТВ камера с видеомагнитофоном (камкордер).
2.10. CD-ROM фирмы Snell & Wilcox с эталонной тест-таблицей MPEG-2.
50
2.11. Приемные установки аналоговых и цифровых сигналов спутникового телевидения (ЧМ с ЧРК; DVB-S/MPEG-2 и D2-MAC).
2.12. Приемная установка сигналов системы MMDS.
2.13. Волоконно-оптическая система передачи ТВ сигналов (разработка кафедры СТК).
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Телевидение: Учебник для вузов /Под ред. В.Е. Джаконии. – М.: Радио и
связь, 2000.
2. Телевизионная техника. В книге: Бытовая радиоэлектронная техника: Энциклопедический справочник /Под ред. А.П. Ткаченко – М.: БелЭн, 1995.
3. Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения: Учебник для вузов. – СПб.:
Лань, 1998.
4. Ткаченко А.П. Цветное телевидение. – Мн.: Беларусь, 1981.
5. Кириллов В.И., Ткаченко А.П. Телевидение и передача изображений: Учеб.
пособие для вузов – Мн.: Выш. шк., 1988.
6. Ткаченко А.П., Кириллов В.И. Техника телевизионных измерений: Учеб.
пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк., 1976.
7. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учеб. пособие. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001.
8. Домбругов Р.М. Телевидение: Учебник для вузов. –2-е изд., перераб. и
доп. – Киев: Вища шк., 1988.
9. Новаковский С.В. Сборник задач по основам техники телевидения: Учеб.
пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1998.
10. Ткаченко А.П., Хоминич А.Л. Повышение качества изображения и звукового сопровождения: Учеб. пособие для студ. спец. «Телекоммуникационные
системы», «Радиотехника» и «Радиотехнические системы». В 2 ч. Ч.1: Тракты
промежуточной частоты изображения и звукового сопровождения. – Мн.:
БГУИР, 2001.
11. Лямичев И.Я. Устройство отображения информации с плоскими экранами.
- М.: Радио и связь, 1983.
12. Ткаченко А.П., Капуро П.А., Хоминич А.Л. Цифровое представление сигналов изображения и звукового сопровождения: Учеб. пособие по телевизионным дисциплинам. - Мн.: БГУИР, 2003.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Телевизионная техника: Справочник/Под ред. Ю.Б. Зубарева и
Г.Л. Глориозова. – М.: Радио и связь, 1994.
2. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионной аппаратуры:
Учеб. пособие для вузов /Под ред. С.В. Новаковского. – М.: Радио и связь, 1994.
3. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. – 3-е изд., перераб., и
доп. – М.: Радио и связь, 1989.
51
4. Синепол В.С., Цикин И.А. Системы компьютерной видеоконференцсвязи.
– М.: ООО «Мобильные коммуникации», 1999
5. Кривошеев М.И., Федунин В.Г. Интерактивное телевидение. – М.: Радио и
связь, 2000.
6. Локшин Б.А. Цифровое вещание – от студии к телезрителю. – М.: Компания Сайрус Системс, 2001.
7. Брайс Р. Справочник по цифровому телевидению. – Жуковский: «ЭРА»,
2001.
8. Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание: основы, методы, системы. – М.: НИИР, 2001.
9. Спутниковая связь и вещание: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп./Под
ред. Л.Я. Кантора. – М.: Радио и связь, 1997.
10. Принимаем ТВ непосредственно из космоса /Под общ. ред. А.В. Гороховского и А.В. Соколова. – М.: ЗАО «Журнал Радио», 1998.
11. Макарцев В.В., Хесин А.Я., Штейнберг А.Л. Большеэкранные видеосистемы. – М.: СП «Панас», 1993.
12. Капуро П.А., Ткаченко А.П. Системы кабельного телевидения: Методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Мн.: БГУИР,
1997.
13. Хоминич А.Л., Ткаченко А.П., Азиз Т. Системы стереофонического звукового сопровождения в телевидении // Радиотехника и электроника: республ.
межвед. сб. науч. трудов. –Мн.: БГУИР, 1999. Вып.24. С.3-10.
14. Капуро П.А., Ткаченко А.П., Азиз Т. Принципы построения устройств
отображения стереоизображений. // Радиотехника и электроника: республ.
межвед. сб. науч. трудов. – Мн.: БГУИР, 1999. Вып.24. С.11-28.
15. Капуро П.А., Липкович Э.Б., Ткаченко А.П. Стратегия построения сетей
наземного цифрового ТВ вещания // Радиотехника и электроника: республ.
межвед. сб. науч. трудов. – Мн.: БГУИР, 2001. Вып.25.
52
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-020/тип.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
53
Составители:
Е.В. Кереселидзе, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;
В.Г. Игнатович, ассистент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003.г.);
В.В. Каверович, доцент кафедры информатики Учреждения образования
«Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат
технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
54
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа по дисциплине «Основы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем» разработана на кафедре радиотехнических систем
БГУИР для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы.
Целью изучения дисциплины является освоение студентами основ проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем (РЭС), а также методов
моделирования и оптимизации радиотехнических устройств (РТУ) и систем с
применением пакетов программ MATHCAD, MATLAB, MAPLE, MICROWAVE.
В результате изучения дисциплины «Основы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем» студент должен:
знать:
- вопросы методологии проектирования радиосистем, выбора частотного диапазона, адаптации, оптимизации радиосистем, прогноза качественных характеристик, нормирования, стандартизации и сертификации;
уметь:
- анализировать радиосистемы с применением критериев их эффективности,
рассчитывать показатели надежности, скрытности, помехозащищенности, давать оценку экологических последствий применения радиосистем;
- проектировать радиосистемы с использованием современных вычислительных программных средств.
Программа рассчитана на общий объем 130 часов, в том числе 100 аудиторных.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИОСИСТЕМ
Основные задачи дисциплины «Основы проектирования и эксплуатации
радиоэлектронных систем» и ее связь с другими дисциплинами учебного плана
специальности.
Основные проблемы проектирования радиосистем. Этапы проектирования. Итерационный процесс разработки радиосистемы. Учебное проектирование.
Задачи, решаемые в период эксплуатации. Режимы эксплуатации. Динамика изменения состояния системы (устройства) при эксплуатации. Обслуживание радиосистем в период эксплуатации. Контроль характеристик. Системы
технического обслуживания. Прогнозирование надежности радиоэлектронных
средств.
Раздел 2. РАДИОСИСТЕМА КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Классификация радиосистем. Функциональные схемы электронных радиосистем. Системный подход как основа проектирования. Основные принципы системного подхода:
55
учет этапов жизненного цикла радиосистемы;
учет истории и перспектив развития данного класса систем;
взаимодействие системы с внешней средой;
учет основных видов взаимодействия внутри системы;
сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности в радиосистемах;
учет взаимодействия между элементной базой и системотехникой.
Классификация
радиоканалов.
Уравнения
пространственно-энергетического баланса для согласованного, полусогласованного и несогласованного радиоканалов. Пространственно-энергетические соотношения для пересеченных трасс.
Внешнее и внутреннее проектирование.
Раздел 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В РАДИОТЕХНИКЕ
Модели радиотехнических устройств и систем. Флуктуации, их источники, методы измерений и преобразований. Особенности расчета радиотехнических устройств с учетом случайных разбросов параметров их элементов.
Диапазоны изменения параметров систем и их статистическая оценка.
Применение принципа практической уверенности.
Раздел 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАДИОСИСТЕМ
Основные требования к критериям эффективности радиосистем. Многокритериальная оценка эффективности. Интегральные критерии.
Критерий «эффективность/стоимость» и его применение при проектировании.
Пример расчета эффективности радиолокационной системы обнаружения воздушных целей.
Раздел 5. СКРЫТНОСТЬ РАДИОСИСТЕМ
Временная, энергетическая и структурная скрытность радиосистем.
Панорамный радиоприемник и его свойства. Беспоисковые методы обнаружения радиосигналов и измерения несущей частоты. Пеленгация радиоизлучений.
Энергетическая скрытность радиосистем и расчет их области обнаружения. Скрытность радиосистем со сложными сигналами.
Раздел 6. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ
И ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ РАДИОСИСТЕМ
Общая характеристика проблемы. Основные закономерности радиоборьбы. Виды радиопомех. «Белый» шум – основа активных радиопомех. Прохождение помех через радиоприемное устройство.
56
Виды селекции радиосигналов. Энергетическая оценка помехозащищенности радиосистем.
Область подавления, ее расчет и графическое представление. Минимальная дальность подавления радиолокационной системы.
Основные принципы построения средств радиопротиводействия. Методы
повышения помехоустойчивости и помехозащищенности радиосистем.
Раздел 7. ВЫБОР СИГНАЛОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ РАДИОСИСТЕМ
Выбор диапазонов частот и видов сигналов в радиосистемах различного
назначения.
Разрешение противоречий в радиосистемах путем применения сложных
сигналов. Методы решение проблемы приема сигналов при многолучевом распространении радиоволн.
Примеры функциональных схем совмещенных радиосистем с частотномодулированными сигналами. Время поиска и точность автосопровождения в
системах со сложными радиосигналами. Стабильность частоты и ее влияние на
время поиска.
Раздел 8. ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОСИСТЕМ
Характеристика проблемы оптимизации. Оптимизация как поиск компромисса между эффективностью и стоимостью. Векторная оптимизация.
Примеры оптимизации радиотехнических систем: связи, обнаружения,
радиопротиводействия. Оптимизация радиосистем по критериям: «дальность
действия / стоимость», «надежность / стоимость».
Раздел 9. АДАПТАЦИЯ В РАДИОСИСТЕМАХ
Управление и адаптация в процессе эксплуатации радиосистем. Использование временного, пространственного и частотного ресурсов. Общая модель
адаптивной радиосистемы. Примеры простейших видов адаптации радиосистем
с обратной связью.
Управление и адаптация в группировках и на объектах с высокой насыщенностью радиосистем.
Раздел 10. ЭКСПЕРИМЕНТ В ПРОЕКТИРОВАНИИ РАДИОСИСТЕМ
Виды экспериментальных исследований, их место в науке и технике. Основы планирования эксперимента.
Математическая обработка экспериментальных данных. Имитация испытательных сигналов с заданными статистическими характеристиками.
57
Аппаратура универсального и сервисного назначений. Примеры разработки измерительной аппаратуры при решении задач электромагнитной совместимости РЭС.
Раздел 11. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА В РАДИОТЕХНИКЕ
Общая характеристика экологической проблемы. Насыщение пространства электромагнитными излучениями. Коэффициент полезного действия радиосистемы.
Проблема утилизации радиосистем. Локальные очаги влияния радиоизлучений на человека и окружающую среду.
Раздел 12. НОРМИРОВАНИЕ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ
Нормы на характеристики радиоизлучений. Уровни радиопомех. Стандарты на всех этапах проектирования и эксплуатации РЭС. Регламент связи.
Сертификация и ее значение в обеспечении качества радиоэлектронной
продукции.
Раздел 13. ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА
СОВОКУПНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА
Особенности сложных радиосистем. Выбор показателей качества. Методы предсказания качества на основе экспоненциального сглаживания.
Система экспертной оценки эффективности работы РЭС.
Потенциальные характеристики РЭС. Диаграммы обмена, примеры диаграмм обмена. Методы уменьшения размерности диаграмм обмена.
Раздел 14. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Обзор и сравнительная характеристика языков программирования высокого уровня для технических вычислений и математического проектирования
РЭС. Вычислительные системы MATLAB, MATCAD, MAPLE, MIKROWAVE
и их ключевые пакеты расширения. Основы работы с системами, основные команды, типы данных, переменные функции.
Математическое моделирование РЭС. Статистический анализ устройств и
систем с применением вычислительных систем MATLAB, MATCAD, MAPLE.
Расчет статистических показателей качества систем.
Автоматизированное проектирование РЭС. Многоуровневая система
MIKROWAVE, методика работы, основные команды, типы данных. Понятие
автоматизированного проектирования на уровне системотехники.
Оптимизация радиотехнических устройств и систем. Пакет оптимизации
Optimization Toolbox системы MATLAB. Функции оптимизации. Расчет оптимальных значений параметров РЭС.
58
Раздел 15. НАДЕЖНОСТЬ РЭС
Основные понятия и определения. Простые и сложные системы, восстанавливаемая и невосстанавливаемая аппаратура, показатели надежности, безотказность. Время безотказной работы. Показатели надежности при различных
законах распределения отказов. Распределение Пуассона, нормальное распределение, логарифмически нормальное распределение.
Дефекты и отказы радиоаппаратуры. Дерево отказов, внезапные, постепенные отказы. Эксплуатационная надежность элементов: резисторов, конденсаторов, транзисторов, микросхем, радиоламп. Старение элементов. Отказы
элементов. Распределение отказов элементов по частоте появления.
Расчет надежности аппаратуры, методы расчета. Вероятностный анализ
надежности РЭС.
Раздел 16. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА РЭС
Необходимость контрольных испытаний РЭС. Характеристики процесса
технического диагностирования. Методы диагностирования, структура диагностирования. Выбор контролируемых параметров. Допуски и погрешности контрольных параметров и аппаратуры контроля. Диагностика работоспособности.
Диагностика функционирования. Диагностика отказов.
Средства технической диагностики радиоэлектронных систем и
устройств. Измерительные приборы общего применения. Встроенные средства
диагностики и контроля. Имитаторы сигналов. Автоматизация средств контроля и диагностики.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Уравнения пространственно-энергетического баланса (аналитическое и
графическое представление).
2. Расчет эффективности радиолокационной станции обнаружения воздушных целей.
3. Расчет и графическое построение области обнаружения радиосистемы передачи информации.
4. Расчет и построение области подавления радиолокационных станций.
5. Оптимизация радиосистемы по критерию «дальность действия/стоимость»
6. Расчет оптимальных параметров устройств, составляющих радиосистему,
по критерию «надежность/ стоимость».
7. Определение предсказуемых параметров качества функционирования радиосистемы.
8. Расчет статистических показателей качества РЭС с применением пакетов
MATHCAD, MAPLE.
9. Методика работы с пакетом Optimization Toolbox системы MATLAB.
10. Моделирование структурных схем РЭС в среде MIKROWAVE.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
Диагностика и ремонт сервисной аппаратуры.
Диагностика и ремонт радиопередающей аппаратуры.
59
3. Диагностика и ремонт радиоприемной аппаратуры.
4. Расчет надежности радиосистем.
5. Проектирование совмещенной радиотехнической системы со сложными
сигналами.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Апорович А.Ф. Проектирование радиотехнических систем: Учеб. пособие
для вузов . – Мн.: Выш. шк. 1988.
2. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и устройств: Учеб. пособие для
вузов. – М.: Радио и связь, 1986.
3. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие
для вузов / О.В. Алексеев, А.А. Головков и др.; Под общ. ред. О.В. Алексеева. –
М.: Высш. шк., 2000.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Березин Л.В., Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем: Учеб.
пособие для вузов/ Под ред. В.Н. Типугина. – М.: Сов. радио, 1977.
2. Диксон Дж. Проектирование систем. Изобретательство, анализ и принятие
решений: Пер. с англ. Е.Г. Коваленко.- М.: Мир, 1969.
3. Радиотехнические системы.: Учебник для вузов / Ю.П. Гришин,
В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш.
шк., 1990.
4. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации:
Учеб. пособие для вузов. Ч.1: Обнаружение и временная обработка одиночных
сигналов. Ч.2: Обнаружение, временная, пространственная и поляризационная
обработка сигналов. –Мн.: БГУИР,1994.
5. Прохоренко В.А., Смирнов А.Н. Прогнозирование качества систем. -Мн.:
Наука и техника. 1976.
6. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. – М.: Сов. радио, 1968.
7. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. – М.: Воениздат, 1989.
8. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости
радиоэлектронных средств. – Мн.: Наука и техника, 1984.
9. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры/ Под ред.
В.Ю. Лавриненко. - М.: Высш. шк., 1978.
10. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем.  М.: Радио и связь, 1988.
11. Херхагер М., Партолль Х. Mathad 2000: полное руководство: Пер. с нем. –
Киев: Изд. группа BHV, 2000.
12. Шелд Х., Ричардсон М. MATLAB-6: полное руководство: Пер. с англ. СПб.: Питер, 2002.
13. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB:
Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2001.
14. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Введение в Maple. Математический пакет
для всех. – М.: Мир, 1997.
60
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-021/тип.
СИСТЕМЫ РАДИОНАВИГАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
61
Составитель:
В.Г. Устименко, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол 11 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
62
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Системы радионавигации» разработана для специальности
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Целью изучения дисциплины является усвоение общесистемных задач,
связанных с принципом построения и функционального назначения различных
радионавигационных систем, особенностями извлечения и обработки
навигационной информации.
В результате изучения дисциплины «Системы радионавигации» студент
должен:
знать:
- методы определения координат и параметров движения объектов навигации
(дальности, скорости, угловых координат) и основные характеристики методов;
принципы построения и возможности основных типов радионавигационных
систем (угломерных, доплеровских, дальномерных, разностно-дальномерных),
а также принципы их комплексирования;
уметь:
- рассчитывать точностные характеристики измерения координат и параметров
движения объектов навигации.
Программа рассчитана на общий объем 130 учебных часов, в том числе
аудиторных - 80.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ (РНС)
Определение, задачи и классификация РНС. Принципы и методы решения радионавигационных задач. Основные характеристики РНС.
Раздел 2. УГЛОМЕРНЫЕ РНС
Радиопеленгационные системы. Автоматический радиокомпас. Радиомаячные системы. Системы посадки самолетов. Формируемые навигационные
радиосигналы. Принципы построения бортовой аппаратуры.
Раздел 3. ДОПЛЕРОВСКИЕ РНС
Доплеровское смещение частоты и ширина спектра отраженных
сигналов. Однолучевые доплеровские РНС, навигационный треугольник.
Многолучевые доплеровские измерители скорости и угла сноса. Методы
измерения центральной частоты доплеровских спектров и устройства для их
реализации. Точности доплеровских РНС. Корреляционные измерители
путевой скорости и угла сноса.
63
Раздел 4. ДАЛЬНОМЕРНЫЕ РНС
Дальномерные РНС с ответчиком. Самолетные дальномеры с активным
ответом. Псевдодальномерные РНС без ответчика (спутниковые РНС).
Радиовысотомеры малых высот.
Раздел 5. РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНЫЕ РНС
Принципы построения и классификация разностно-дальномерных РНС.
Фазовые разностно-дальномерные системы. Принципы формирования навигационного сигнала и построение приемно-индикаторной аппаратуры потребителя. Импульсные разностно-дальномерные системы. Импульсно-фазовые разностно-дальномерные системы.
Раздел 6. СПУТНИКОВЫЕ РНС ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Методы нахождения координат потребителей в спутниковых РНС (дифференциальный и интегральный). Состав и принципы действия РНС «Транзит».
Система определения азимута «Азтран». Недостатки спутниковых РНС первого
поколения.
Раздел 7. СПУТНИКОВЫЕ РНС ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ
Преимущества РНС второго поколения. Оптимальный состав спутников
РНС. Источники ошибок, их классификация, оценка величины этих ошибок.
Раздел 8. ГЛОБАЛЬНЫЕ РНС ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ТИПА «ГЛОНАСС» И «НАВСТАР»
Состав РНС (подсистема спутников, подсистема контроля и управления,
подсистема аппаратуры потребителя). Требования к эталонам частот подсистем
спутниковых РНС. Эфемеридная информация СРНС. Принципы построения
бортовой аппаратуры навигационных спутников и ее состав.
Раздел 9. СИГНАЛЫ В СРНС И ИХ ОБРАБОТКА
Выбор и формирование навигационных сигналов СРНС. Состав кадров
навигационных сообщений в системах GPS и «ГЛОНАСС». Схемы поиска
сигналов по дальности и скорости в СРНС.
Раздел 10. СХЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ ЗА НЕСУЩЕЙ И ЗАДЕРЖКОЙ СИГНАЛОВ В СРНС
Некогерентные и когерентные схемы слежения за несущей (ССН). Некогерентные и когерентные схемы слежения за задержкой (ССЗ).
64
Раздел 11. АППАРАТУРА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СРНС
Особенности построения аппаратуры потребителей СРНС различных
классов. Одноканальная и многоканальная аппаратура потребителей. Их вычислительные средства. Дифференциальный режим работы СРНС. Перспективы развития аппаратуры потребителей.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
Расчет ошибок угломерных РНС.
Расчет ошибок доплеровских РНС.
Расчет ошибок разностно-дальномерных РНС.
Расчет ошибок спутниковых РНС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование радиопеленгационной РНС.
2. Исследование радиомаячной РНС.
3. Исследование доплеровской РНС.
4. Исследование автономной РНС (радиовысотомер малых высот).
5. Изучение основ построения и функционирования аппаратуры потребителей спутниковой РНС «Глонасс».
6. Исследование точностных характеристик аппартуры потребителей «Шкипер» спутниковой РНС «Глонасс».
7. Исследование точностных характеристик аппаратуры потребителей системы GPS.
8. Исследование дифференциального режима работы аппаратуры потребителей спутниковых РНС.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М. и др. Радиотехнические системы: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990.
2. Сетевые спутниковые радионавигационные системы /Под ред. В.С. Шабшаевича. - М: Радио и связь, 1993.
3. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под
ред. В.Н. Харисона, А.И. Петрова, В.А. Болдана. – М.: ИПРЖР, 1998.
4. Шкирятов В.В. Радионавигационные системы и устройства. – М.: Радио и
связь, 1986.
5. Устименко В.Г., Шабров О.В. Системы радионавигации: Учеб. пособие.–
Мн.: БГУИР, 2001.
65
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Методическое пособие к практическим занятиям по курсу «Системы радионавигации»/ А.Е. Охрименко, В.Г. Устименко. – Мн.: БГУИР, 1999.
2. Шабров О.В. Спутниковые системы радионавигации: Учеб. пособие по
курсу «Системы радионавигации» для студ. спец. «Радиоэлектронные системы». - Мн.: БГУИР, 2000.
66
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-022/тип.
СИСТЕМЫ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
67
Составитель:
Г.Н. Демидович, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
Кафедра систем автоматического управления Военной академии Республики Беларусь (протокол 6 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
68
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа дисциплины «Системы радиоуправления» разработана для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных
заведений. Она предусматривает лекционный курс, лабораторные и практические занятия.
Дисциплина «Системы радиоуправления» является одной из базовых инженерных дисциплин специальности Радиоэлектронные системы. Предметом
ее изучения являются радиосистемы управления объектами различного назначения, в том числе летательными аппаратами. Цель преподавания дисциплины
– подготовка студентов к работе по созданию радиосистем управления.
В результате освоения дисциплины «Системы радиоуправления» студент
должен:
знать:
- принципы построения и функционирования систем радиоуправления и их динамических звеньев;
- назначение систем, их основные виды и структуры, методы анализа и синтеза;
перспективы развития систем радиоуправления;
уметь характеризовать:
- объекты управления, способы радиоуправления, системы радиоуправления и
их основные функциональные звенья;
уметь анализировать:
- характеристики, параметры и показатели качества динамических звеньев и
контуров систем радиоуправления;
приобрести навыки:
- математического описания, расчета, математического моделирования и исследования основных характеристик и параметров систем радиоуправления.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении
физики, высшей математики, а также специальных дисциплин: «Радиотехнические цепи и сигналы», «Цифровые и микропроцессорные устройства», «Радиоприемные устройства», «Радиопередающие устройства», «Радиоавтоматика»,
«Системы радиолокации», «Системы радионавигации», «Радиотехнические системы передачи информации».
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного
стандарта и рассчитана на объем 150 часов, в том числе аудиторных - 130.
69
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.ВВЕДЕНИЕ. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Понятие об управлении объектами техники и системах радиоуправления.
Характеристика объектов управления, цели и задачи систем радиоуправления.
Основные виды таких систем, принципы их функционирования, обобщенная
функциональная схема.
Назначение, классификация и основные требования, предъявляемые к системам радиоуправления. Процессы управления как взаимодействие электромеханических, электронных и радиоэлектронных средств измерения характеристик и параметров движения целей и объектов управления с системами управления исполнительными органами объектов управления.
1.2.МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ ОБЪЕКТОВ
УПРАВЛЕНИЯ
Летательный аппарат как один из наиболее сложных объектов управления. Силы и моменты сил, действующих на летательный аппарат в процессе
управления его полетом и ориентацией. Системы координат, применяемые в
динамике полета. Уравнения пространственного движения летательного аппарата. Управляемость летательного аппарата, органы управления, декартово, полярное и смешанное рулевое управление.
1.3.ПРОГРАММЫ ДВИЖЕНИЯ И ЗАКОНЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ
ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
Программы движения самолетов и ракет – параметрические и временные.
Методы наведения летательных аппаратов на цели: двухточечные и трехточечные; метод накрытия; метод погони; метод параллельного сближения; метод
пропорционального наведения. Линейные и нелинейные законы управления.
1.4. ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ И ОРИЕНТАЦИИ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Измерители параметров движения центра масс летательных аппаратов и
угловых движений - движений вокруг центра масс. Назначение, принципы построения и функционирование датчиков параметров движения: радиотехнических, инерциальных, гироскопических, флюгерных и др. Устройства формирования систем координат на борту летательных аппаратов: астатические гироскопы, гироприводы, гиростабилизированные платформы.
70
1.5. ЗВЕНЬЯ КОНТУРОВ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Понятие кинематического и динамического звеньев контура системы радиоуправления.
Автопилот, назначение, обобщенная функциональная схема автопилота.
Системы автоматического регулирования положения рулей. Датчики сигналов
обратной связи. Виды отрицательных обратных связей автопилотов и законы
управления. Передаточные функции автопилота и его звеньев.
Динамическое звено «автопилот-ракета», структурная схема звена. Контуры стабилизации продольного движения, бокового движения и угла крена.
Частотные характеристики звена «автопилот-ракета».
Координаторы как динамические звенья контуров систем радиоуправления: следящие измерители дальности; следящие измерители направления; радиовысотомеры; доплеровские измерители скорости сноса; автоматические радиокомпасы; радиолокационная система с гиростабилизированной антенной;
радиолокационная система с автоследящей антенной; радиолокационная система со следящим гироприводом. Передаточные функции координаторов и характеристики качества.
Человек-оператор в контуре управления. Математическая модель оператора при рулевом директорном управлении.
2.1. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ
2.1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Системы управления с постоянными и переменными параметрами, реализующие линейные и нелинейные законы управления. Адаптивные и самонастраивающиеся системы управления, эрготические и робототехнические системы. Классификация роботов.
2.1.2. СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ
Общая характеристика систем самонаведения. Сравнение активного, полуактивного, пассивного, светового, теплового и радиотехнического способов
самонаведения. Характеристики качества решения задачи самонаведения. Способы осуществления самонаведения с использованием систем радиоуправления, их достоинства и недостатки. Функциональные и структурные схемы типовых систем самонаведения. Основные источники ошибок при самонаведении.
2.1.3. СИСТЕМЫ ТЕЛЕРАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Общая характеристика систем телерадиоуправления, назначение и виды
систем. Характеристики качества решения задач наведения объекта управления
с помощью систем телерадиоуправления. Функциональные и структурные схемы систем. Координаторы систем телерадиоуправления. Командные радиолинии. Основные технические характеристики систем телерадиоуправления.
Сравнение систем телерадиоуправления между собой и с системами самонаведения.
71
2.1.4. СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Назначение и общая характеристика систем автономного управления, их
классификация. Системы программного и самонастраивающегося автономного
управления. Координаторы систем. Контуры стабилизации параметров движения. Характеристики качества и сравнительные характеристики систем автономного управления, имеющих различные типы координаторов. Комплексирование систем автономного управления.
2.2. УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ
И КОСМИЧЕСКИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Полет космических аппаратов в центральном поле тяготения, траектории
движения. Назначение, общая характеристика, структура и состав радиокомплексов управления космическими аппаратами. Корректирующее радиоуправление, точность контроля траекторий, определение корректирующих поправок
по результатам измерений. Принципы автономного управления движением
космических аппаратов с применением радиосредств.
2.3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ
Методы анализа контуров систем радиоуправления: метод пространства
состояний; метод линеаризации и замораживания параметров; метод гармонической линеаризации; метод статистической линеаризации; метод статистических эквивалентов. Методы экспериментальных исследований систем радиоуправления.
Основы теории синтеза оптимальных систем радиоуправления. Методы
оптимизации и адаптации. Параметрическая и структурная оптимизация, адаптация. Управляемость, наблюдаемость и восстанавливаемость. Методы аналитического конструирования оптимальных систем управления. Искусственные
нейронные сети: топология, виды, обучение, линейные нейронные сети. Решение задач оптимизации и адаптации на базе нейронных сетей. Методы адаптивного управления. Эрготические системы управления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития систем и методов радиоуправления. Комплексирование радиоэлектронных средств с целью повышения точности, быстродействия и надежности систем радиоуправления. Создание интеллектуальных методов управления и систем управления на основе достижений в области вычислительной и микропроцессорной техники. Применение ЭВМ и микропроцессорных систем в контурах радиоуправления как средств реализации интеллектуальных методов управления.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
72
Уравнения сил и моментов, действующих на летательный аппарат.
Уравнения пространственного движения летательного аппарата.
3. Программы уравнения (методы наведения). Кинематические звенья контуров систем радиоуправления.
4. Астатический трехстепенной гироскоп. Уравнения движений гироскопа.
5. Гироизмерители параметров движения, гиростабилизаторы, гиропривод.
6. Автопилот. Законы управления, передаточные функции.
7. Динамическое звено «Автопилот-ракета». Передаточная функция.
8. Координаторы систем радиоуправления. Передаточные функции.
9. Исследование структурных схем систем самонаведения.
10. Исследование структурных схем систем телерадиоуправления.
11. Исследование структурных схем систем автономного управления.
12. Критерии и показатели качества решения задач радиоуправления. Анализ
линейных систем с применением метода пространства состояний.
13. Анализ нелинейных систем радиоуправления методами линеаризации и
замораживания параметров, гармонической линеаризации.
14. Анализ линейных систем радиоуправления при случайных воздействиях
методами статистической линеаризации и статистических эквивалентов.
15. Методы параметрической оптимизации контуров систем радиоуправления
и оптимизации их структуры.
16. Методы синтеза оптимальных систем управления с применением искусственных нейронных сетей.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование характеристик динамических звеньев контуров систем радиоуправления.
2. Исследование методов наведения.
3. Исследование гиростабилизаторов и гироприводов.
4. Исследование контуров стабилизации движения летательных аппаратов.
5. Исследование характеристик качества системы самонаведения методом
математического моделирования на ПЭВМ.
6. Исследование влияния параметров динамических звеньев контура системы
самонаведения на величину ошибки, быстродействие и устойчивость.
7. Параметрическая оптимизация контура системы самонаведения по критерию минимума ошибки, максимума быстродействия при сохранении устойчивости.
8. Исследование методом математического моделирования на ПЭВМ характеристик качества системы телерадиоуправления.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Березин Л.В., Вейцель В.А., Волковский С.А. и др. Основы радиоуправления: Учеб. пособие / Под ред. В.А.Вейцеля, В.Н. Типугина. - М.: Сов. радио,
1973.
73
2. Гуткин Л.С., Борисов Ю.П. и др. Радиоуправление реактивными снарядами
и космическими аппаратами/ Под ред. Л.С. Гуткина. - М.: Сов. радио, 1986.
3. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения.- М.: Радио и связь, 1982.
4. Кринецкий Е.И. Системы самонаведения.-М.: Машиностроение, 1970.
5. Смирнов Г.Д. Управление космическими аппаратами.-М.: Наука, 1978.
6. Теория автоматического управления / Под ред. А.А. Воронова. В 2 ч.Ч.1,
Ч.2. - М.: Высш. шк., 1986.
7. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для
вузов.- М.: Высш. шк.,1989.
8. Змитрович А.И. Интеллектуальные информационные системы. - Мн.:
НТООО «ТетраСистемс», 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Гуткин Л.С., Пестряков В.Б., Типугин В.Н. Радиоуправление.- М.: Сов. радио, 1970.
2. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоуправление ракетами.- М.: Сов.радио,
1984.
3. Волконский С.А. и др. Радиоустройства систем управления летательными
аппаратами.- М.: Машиностроение, 1972.
4. Локк А.С. Управление снарядами.- М.: Воениздат, 1982.
5. Системы управления промышленными роботами и манипуляторами/ Под
ред. Е.И. Юревича.- Л.: ЛГУ, 1980.
6. Моргунов А.Н. Радиотехнические методы контроля траекторий.- Рязань,
1973.
7. Дымова А.И., Альбац М.Е., Бонч-Бруевич А.М. Радиотехнические системы.- М.: Сов. радио, 1975.
8. Справочник по теории автоматического управления/ Под ред.
А.А. Красовского.- М.: Наука, 1987.
9. Кузнецов С.В. Автопилоты самолетов и вертолетов ГА.- М.: МИИГА,
1988.
10. Алтухов В.Ю., Стадник В.В. Гироскопические приборы, автоматические
бортовые системы управления и их техническая документация.- М.: Машиностроение, 1991.
11. Ягодкин В.В., Хлебников Г.А. Гироскопические приборы баллистических
ракет.- М.: Воениздат, 1967.
12. Саломатин С.Б. Методические указания к циклу лабораторных работ по
дисциплине «Основы радиоуправления» для студ. спец. «Радиотехнические системы».- Мн.: БГУИР, 1996.
13. Саломатин С.Б. Методическое пособие к практическим занятиям по дисциплине «Основы радиоуправления» для студ. спец. «Радиотехнические системы».- Мн.: БГУИР, 1997.
14. Уоссерман Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика.- М.: Мир,
1992.
74
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 « июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-014/тип.
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ
СРЕДСТВА РАДИОСИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
75
Составители:
В.Н. Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук;
О.В. Шабров, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
Ю.А. Скудняков, заведующий кафедрой информатики Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат технических наук;
Кафедра информационных-вычислительных систем Военной академии Республики Беларусь (протокол № 8 от 21.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.
76
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Вычислительные и коммуникационные средства радиосистем» разработана для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
высших учебных заведений.
Цель изучения дисциплины – получение систематизированных знаний об
архитектурах современных универсальных и сигнальных микропроцессоров,
микроконтроллеров и вычислительных машин, принципах организации вычислительных систем и сетей, а также коммуникационных средств (интерфейсам)
для межустройственного обмена данными.
В результате изучения дисциплины «Вычислительные и коммуникационные средства радиосистем» студент должен:
знать:
- особенности архитектур и основные технические характеристики современных универсальных и сигнальных микропроцессоров, однокристальных микроконтроллеров и вычислительных машин, а также интерфейсы современных вычислительных машин и принципы организации вычислительных систем и сетей;
уметь анализировать:
- взаимодействие функциональных блоков в вычислительной машине и вычислительной системе;
уметь выбирать:
- структуры вычислительных систем для решения радиотехнических задач, разрабатывать алгоритмы и программы для реализации процедур управления, обработки информации, анализа и генерирования сигналов;
иметь представление:
- о направлениях и перспективах развития микропроцессоров, микроконтроллеров, вычислительных машин и систем.
Программа рассчитана на общий объем 130 учебных часов, в том числе
аудиторных - 80.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Цели и задачи дисциплины, ее роль в подготовке специалиста по радиоэлектронным системам. Поколения вычислительных машин. Классификация,
области применения и основные характеристики вычислительных машин и систем.
Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Понятие об архитектуре вычислительной машины. Структура вычислительной машины. Адресные структуры основных памятей. Проблема выбора
77
структуры и формата команд. Кодирование команд. Способы адресации. Передача управления в программах. Индексация. Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные. Программистские модели машин общего назначения, малых и
микроЭВМ. Особенности RISC-архитектуры. Состояние процессора (программы). Вектор (слово) состояния. Организация системы прерывания программ.
Рабочий цикл процессора. Совмещение операций. Конвейер команд. Конвейер
операций.
Раздел 2. ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУР МИКРОПРОЦЕССОРОВ
И МИКРОЭВМ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Классификация микропроцессоров по назначению. Особенности архитектуры, основные параметры и направления развития универсальных однокристальных микропроцессоров семейства i80х86.
Семейство однокристальных микроконтроллеров i8051: области применения, особенности архитектуры, базовое ядро, система команд, особенности
портов, основные характеристики.
Сигнальные микропроцессоры: области применения, особенности архитектуры, системы команд, портов ввода-вывода, основные характеристики.
PIC-контроллеры: области применения, особенности архитектуры, системы команд, портов ввода-вывода, основные характеристики.
Раздел 3. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ПОДСИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА
Проблемы и методы организации подсистем ввода-вывода. Прямой доступ
к памяти. Принципы построения и структуры подсистем ввода-вывода. Интерфейс "Мультшина" (И-41). Особенности интерфейса "Мультшина-II". CANинтерфейс. Последовательные интерфейсы RS-232С и RS-485. Параллельный
приборный интерфейс IEEE-488. Двухпроводный интерфейс I2C. Однопроводный интерфейс MicroLAN.
Раздел 4. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ
И МНОГОМАШИННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных системах и комплексах. Особенности организации отказоустойчивых многопроцессорных вычислительных комплексов. Типы структур многопроцессорных
вычислительных систем, ориентированных на достижение сверхвысокой производительности. Конвейерно-векторные суперЭВМ. Концепция вычислительной системы с управлением потоком данных.
78
Раздел 5. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Общие сведения о вычислительных сетях. Классификация вычислительных сетей. Методы передачи данных по каналам связи. Коммутация каналов,
сообщений и пакетов. Эталонная логическая модель вычислительной сети и
иерархия протоколов. Элементы протоколов. Протоколы управления физическим и информационным каналами и сетью передачи данных. Протокол Х.25.
Локальные вычислительные сети. Особенности организации передачи информации в локальных сетях. Методы доступа к моноканалу. Информационноуправляющие локальные сети.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Направления и перспективы развития вычислительных и коммуникационных средств современных радиоэлектронных систем.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследования метода передачи данных по интерфейсу RS-232.
2. Исследование метода передачи данных по двухпроводному интерфейсу
I2C.
3. Исследование метода передачи данных по однопроводному интерфейсу
MicroLan.
4. Обмен данными с использованием CAN-интерфейса.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Программно-аппаратная модель IBM-совместимого персонального компьютера. Встроенные и внешние средства диагностики вычислительной системы.
2. Носители информации. Хранение, способы записи и считывания данных.
Методы повышения надежности хранения информации в персональном компьютере.
3. Семейство МП Intel 80x86. Математический сопроцессор 80х87. Архитектура, система команд, особенности работы.
4. Процессор Pentium. Особенности организации и программирования. Параллельная работа.
5. Организация памяти IBM-совместимого компьютера. Виды памяти, аппаратная структура, методы доступа и взаимодействие процессора с памятью.
Прямой доступ к ОЗУ.
6. Шинная архитектура персонального компьютера. Виды шин, материнская
плата. Организация ввода-вывода по шине, обслуживание периферийных
устройств.
7. Управление последовательным интерфейсом RS-232. Организация связи по
последовательному порту.
8. Организация локальной сети со свободным доступом.
79
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд. -М.: Энергоатомиздат, 1991.
2. Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2000.
3. Эрглис К.Э. Интерфейсы открытых систем.– М.: Горячая линия – Телеком,
2000.
4. Нанс Б. Компьютерные сети: Пер. с англ. - М.: Бином. 1995.
5. Ларионов А.М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы,
системы и сети: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Шпаковский Г.И. Архитектура параллельных ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Университетское, 1989.
7. Микропроцессорные системы и микроЭВМ в измерительной технике:
Учеб. пособие для вузов/ Под ред. С.А. Филлипкова. -М.:Энергоатомиздат,
1995.
8. Лагутенко О.И. Модемы: Справочник пользователя. - СПб.: Лань, 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Михальчук и др. Микропроцессоры 80х86, Pentium: Архитектура, функционирование, программирование, оптимизация кода. - Мн.:Битрикс, 1994.
2. Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных
микропроцессоров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.
3. Нортон П. Язык ассемблера для IBM PC. - М.: Компьютер. 1993.
4. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. - М.:
Энергоатомиздат, 1990.
5. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16c8x.: Пер. с англ./
Под ред. А.Н. Владимирова. – Рига.:ORMIX, 1996.
6. Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике: Пер. с англ. - М.:
Энергоатомиздат, 1990.
80
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-059/тип.
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ И МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям І-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
81
Составители:
В.Н. Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук;
Р.Г. Ходасевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра информационно-вычислительных систем Военной академии Республики Беларусь (протокол № 8 от 21.02.2003 г.);
В.В. Каверович, доцент кафедры информатики Учреждения образования
«Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат
технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальностям.
82
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа по дисциплине «Основы цифровой и микропроцессорной техники» разработана на кафедре радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники» для специальностей І-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных заведений.
Целью преподавания дисциплины является изучение студентами основ
теории, методов расчета и принципов построения современных цифровых и
микропроцессорных устройств, реализующих цифровые методы управления,
формирования и обработки сигналов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные типы импульсных и цифровых устройств, их назначение, принципы
работы, параметры и характеристики, схемотехнические методы построения,
булеву алгебру, методы лингвистического описания логических схем;
- арифметические и логические основы вычислительной техники, формы представления информации в электронных цифровых вычислительных устройствах,
принципы организации и работы запоминающих устройств, архитектуру и
функционирование микропроцессора и микрокомпьютера;
уметь характеризовать:
- физические процессы, происходящие в цифровых и микропроцессорных
устройствах;
уметь анализировать:
- цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных
автоматов;
приобрести навыки:
- анализа и синтеза комбинационных и последовательных устройств;
- составления алгоритмов и программ на Ассемблере, реализующих типовые
процедуры формирования сигналов, арифметические и логические преобразования, а также ввод и вывод информации.
Исследования импульсных и цифровых схем в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить методом компьютерного
моделирования с помощью пакета программ «Workbench electronik».
Исследования принципов функционирования микропроцессорного
вычислителя, а также отладку программ для него в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить на компьютерах в
интегрированной среде MPLAB.
Программа рассчитана на общий объем 200 учебных часов, в том числе
аудиторных – 150.
Программа состоит из двух частей. Распределение времени между
частями – равное. Дисциплина должна изучаться в двух соседних семестрах.
Итоговый контроль знаний обеспечивается проведением экзаменов по каждой
части и защитой курсовой работы.
83
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ЧАСТЬ 1. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
ВВЕДЕНИЕ
Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами
учебного плана специальности. Актуальность цифровых методов формирования сигналов и обработки информации.
Раздел 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Характеристики импульсного процесса. Виды и параметры импульсных
сигналов. Цифровые сигналы.
Классификация и общая характеристика цифровых устройств. Комбинационные и последовательностные логические устройства.
Общие сведения о системах счисления, двоичная позиционная система
счисления.
Раздел 1.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ
Основные понятия алгебры логики. Логические переменные. Простейшие
логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение.
Базовые логические элементы. Логический базис. Построение логических схем
по логическим уравнениям.
Логические функции. Формы представления логических функций, таблицы истинности, логические уравнения. Совершенные дизъюнктивные (конъюнктивные) нормальные формы логических выражений. Неполностью определенные логические функции. Элементарные функции алгебры логики двух аргументов. Функции запрета. Функции равнозначности и неравнозначности.
Функции импликации. Реализация элементарных функций на логических элементах.
Основные законы и правила алгебры логики. Преобразование булевых
выражений. Минимизация логических функций аналитическим методом. Табличные методы минимизации логических функций.
Логический синтез комбинационных схем. Синтез и реализация в различных базисах: сумматора по модулю два, схем запрета и импликации, мажоритарного элемента, преобразователя кодов.
Раздел 1.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ
И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Характеристики электронных ключей. Ключи на биполярных транзисторах. Принцип действия, ключевой режим работы и характеристики насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером. Методы повышения быстро84
действия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с отрицательной нелинейной обратной связью. Ключевые схемы на дифференциальных переключателях тока.
Ключевые схемы на МДП (МОП)-транзисторах.
Интегральные логические элементы. Особенности схемотехники, параметры и характеристики серий цифровых интегральных микросхем:
- диодно-транзисторной логики (ДТЛ);
- транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ);
- эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
- интегральной инжекционной логики (ИИЛ).
Интегральные логические схемы на МДП (КМДП) – структурах.
Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы.
Сравнительный анализ параметров цифровых логических схем и перспективы
их развития.
Раздел 1.4. ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осуществление операций дифференцирования (укорачивания) и интегрирования
(удлинения) импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных элементов
на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с обратной связью для повышения точности дифференцирования и интегрирования.
Формирование импульсных сигналов с помощью линий задержки.
Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилителиограничители на операционных усилителях и логических элементах.
Раздел 1.5. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ
Общие сведения о генераторах импульсов.
Мультивибраторы, основные характеристики и режимы работы.
Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах,
принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики.
Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и ждущем режимах, принцип действия и основные характеристики.
Ждущие и автоколебательные блокинг-генераторы, основные характеристики, варианты схем.
Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основные характеристики и области применения. ГЛИН с простой интегрирующей RCцепью. Варианты ГЛИН с улучшенными характеристиками: ГЛИН с емкостной
обратной связью, ГЛИН с компенсирующей ЭДС, ГЛИН на операционном
усилителе.
85
Раздел 1.6. ТРИГГЕРЫ
Общие понятия о последовательных автоматах. Классификация триггерных устройств, условные обозначения, области применения. Информационные, управляющие и динамические входы триггеров. Режимы работы, функциональная зависимость входных и выходных сигналов.
RS-триггер. Условное обозначение, таблица переключений, логический
синтез структурных схем с прямыми и инверсными входами. Временные диаграммы, принцип работы асинхронного и синхронного RS-триггера.
IK-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, разновидности
схем, таблицы переходов и функции возбуждения, условия работоспособности,
основные характеристики.
D-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, таблицы переключений, варианты схем, принципы работы.
Т-триггер. Принципы построения схем на базе RS-, D-, IK- триггеров,
условия работоспособности, области применения.
Двухступенчатые MS-триггеры. Комбинированные триггеры. Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), условия работоспособности,
основные характеристики, реализация на различных компонентах.
Раздел 1.7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Регистры: параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры
сдвига), параллельно-последовательные, реверсивные. Специализированные
регистры сдвига, генераторы кодов псевдослучайных сигналов.
Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с последовательным, параллельным и сквозным переносом счетных импульсов. Двоичнодесятичные счетчики, кольцевые счетчики. Логический синтез счетчиков с
произвольным модулем счета. Счетчики с программируемым коэффициентом
счета.
Комбинационные устройства: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, вычитатели, умножители, цифровые компараторы.
Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные направления и перспективы развития современных цифровых
устройств. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем.
86
ЧАСТЬ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Раздел 2.1. ВВЕДЕНИЕ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ
Краткие исторические сведения по развитию и применению электронных
цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ). Типовая структура микрокомпьютера, назначение его отдельных функциональных блоков, общие сведения о
его функционировании. Основные термины, используемые в вычислительной и
микропроцессорной
технике.
Применение
микропроцессоров - новый этап в развитии радиоэлектронных устройств и систем.
Раздел 2.2. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЭЦВУ
Системы счисления, используемые в ЭЦВУ: двоичная, восьмеричная,
шестнадцатеричная, двоично-десятичная. Преобразование записи чисел из одной системы счисления в другую. Представление чисел в ЭЦВУ с фиксированной и плавающей точками. Представление символьной информации в ЭЦВУ.
Специальные машинные коды: прямой, обратный, дополнительный.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов: назначение, основные
характеристики, принципы построения. ЦАП с взвешенными резисторами.
ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R. ЦАП на основе широтно-импульсной
модуляции.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. АЦП параллельного действия.
АЦП с ЦАП в цепи обратной связи следящего типа, последовательного типа и
последовательного приближения. АЦП на основе двойного интегрирования.
Раздел 2.3. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЦВУ
Поразрядные операции над числами. Операции сдвига. Сложение и вычитание целых двоичных чисел. Сложение и вычитание действительных чисел.
Сложение и вычитание чисел в двоично-кодированной десятичной системе
счисления. Умножение и деление двоичных чисел с фиксированной запятой.
Умножение и деление двоичных чисел с плавающей запятой. Точность выполнения арифметических операций, округления. Табличные методы выполнения
арифметических операций.
Раздел 2.4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТЫ
Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Выполнение логических
операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия теории
конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время.
Способы задания функционирования автомата: таблицы переходов и выходов,
граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и
Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового
87
автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Автоматы на основе микропрограммного управления. Сравнение по быстродействию автоматов с жесткой и программируемой логикой.
Раздел 2.5. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭЦВУ
Типы запоминающих устройств (ЗУ) и их назначение. Классификация и
основные характеристики полупроводниковых ЗУ. Статические ЗУ. Динамические ЗУ. ЗУ на приборах с зарядовой связью. ЗУ на цилиндрических магнитных
доменах. Функциональные схемы оперативных ЗУ. Функциональные схемы постоянных ЗУ и перепрограммируемых постоянных ЗУ. Организация многокристальной памяти. Программирование постоянных ЗУ. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Реализация логических функций на ПЛМ.
Раздел 2.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЯ
Понятие об архитектуре микропроцессора.
Типовая структура универсального микропроцессора. Назначение функциональных блоков микропроцессора: арифметико-логического устройства, операционных регистров, управляющих регистров, регистра флагов, дешифратора
команд, устройства управления. Назначение и состав шин данных, адреса и
управления. Назначение сигнальных линий шины управления. Взаимодействие
функциональных блоков микропроцессора. Организация чтения/записи, ввода/вывода байтов информации в микропроцессоре. Циклы работы микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора. Организация вычислителя на универсальном микропроцессоре.
Структура команд. Форматы команд. Классификация операций: арифметические, логические, пересылочные, управления, ввода/вывода. Основные способы адресации: прямая, непосредственная, неявная, косвенная, регистровая,
стековая, автоинкрементная, автодекрементная.
Система команд универсального микропроцессора.
Раздел 2.7. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Понятие алгоритма. Этапы программирования. Составление схем алгоритмов. Программирование в мнемокодах. Программирование типовых процедур:
организация счетчика циклов, определение модуля числа, формирование временной задержки, сложение и умножение чисел, ввод и вывод данных. Особенности составления программ на Ассемблере. Псевдокоманды Ассемблера. Использование средств макроопределения. Подпрограммы. Компиляция. Загрузка
программ. Занесение программ в ПЗУ.
88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные тенденции развития микропроцессорных устройств. Повышение
удельного веса цифровых устройств в общем объеме оборудования радиоэлектронных средств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ЧАСТЬ 1
1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на логических элементах.
2. Минимизация логических функций аналитическим и табличным методами.
3. Анализ и синтез комбинационных схем на логических элементах.
4. Синтез и анализ триггеров и счетчиков.
5. Реализация логических выражений и устройств на мультиплексорах.
ЧАСТЬ 2
1. Методы представления информации в ЭЦВУ. Системы счисления. Алгоритмы сложения и вычитания двоичных чисел.
2. Алгоритмы умножения и деления двоичных чисел. Двоично-кодированные
десятичные числа, сложение и вычитание в двоично-десятичной системе счисления.
3. Последовательные цифровые автоматы. Минимизация абстрактного автомата.
4. Структурный синтез цифрового автомата.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЧАСТЬ 1
1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на логических элементах.
2. Моделирование работы импульсных и цифровых устройств в среде
«Workbench electronic».
3. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах.
4. Исследование интегральных ключевых схем.
5.
Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.
6.
Исследование триггерных схем.
7. Исследование регистров и двоичных счетчиков.
8. Исследование мультивибраторов.
9. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.
89
ЧАСТЬ 2
1. Исследование методов цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов.
2. Архитектура микропроцессорного вычислителя, программирование на
Ассемблере. Инструментальные средства отладки программ для микропроцессорного вычислителя.
3. Методы и алгоритмы формирования импульсных сигналов на микропроцессорном вычислителе.
4. Программирование и исследование процедур отображения цифровой информации в микропроцессорных устройствах.
5. Программирование и исследование процедур ввода информации с клавиатуры в микропроцессорных устройствах.
6. Программирование и исследование процедур арифметических и логических преобразований информации в микропроцессорном вычислителе.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Цель работы – развитие навыков практического проектирования специализированных вычислителей, устройств управления, устройств формирования и
обработки сигналов на базе микропроцессоров и микроконтроллеров. Задачей
курсовой работы является разработка функционально законченного устройства.
Примерная тематика работ:
1. Генератор стандартного сигнала с цифровым управлением и индикацией
параметров.
2. Генератор сигнала специальной формы с цифровым управлением и индикацией параметров.
3. Цифровой измеритель параметров сигнала.
4. Цифровой измеритель параметров физического процесса.
5. Микропроцессорное устройство функционального контроля интегральных
микросхем.
6. Таймер с цифровым управлением и индикацией.
7. Контроллер аппарата или прибора.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.
2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.:
Высш. шк., 1989.
3. Зельдин Е.А. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь,
1991.
4. Лихтциндер П.Я., Кузнецов В.Н. Микропроцессоры и вычислительные
устройства в радиотехнике. - Киев: Вища шк., 1988.
90
5. Сергеев Н.Р., Вашкевич Н.Р. Основы вычислительной техники: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.
6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
7. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ М.И. Богданович и др.
– Мн.: Беларусь,1996.
8. Левкович В.Н. Архитектура и основы программирования однокристальных
микроконтроллеров PIC16F84. - Мн.: БГУИР, 2002.
9. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. - М.:
Энергоатомиздат, 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.:Радио и связь, 1981.
2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. – М.: Гелиос АРВ, 2002.
3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.
4. Казаринов Ю.М. и др. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.
5. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров:
Справ. пособие. -Мн.: Выш. шк., 1989.
6. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16c8x.: Пер. с англ. /
Под ред. А.Н. Владимирова. – Рига.: ORMIX, 1996.
7. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое
применение. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003.
8. Соловьев В.В. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001.
9. ГОСТ 2.743-91. Элементы цифровой техники.
91
92
Утверждена
Председатель УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-070/тип.
ТЕОРИЯ КОДИРОВАНИЯ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям І-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
93
Составитель
С.Б. Саломатин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
В.Ф. Голиков, директор НИИ технических средств защиты информации, профессор, доктор технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения образовательного стандарта по специальностям.
94
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа по дисциплине «Теория кодирования и защита информации» разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальностей І-39 01 02 Радиоэлектронные системы, І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных заведений.
Целями преподавания дисциплины являются углубленная теоретическая
и практическая подготовка студентов радиотехнических специальностей по основным направлениям современной теории кодирования и защиты информации
в радиоэлектронных системах (РЭС) различного назначения от случайных и
преднамеренных воздействий, приводящих к искажению, уничтожению или
утечке информации, а также навязыванию ложной информации или ложных
режимов работы; привитие навыков самостоятельного проектирования новой
техники, развитие творческого процесса при решении сложных системных задач анализа, оценки и синтеза.
Программа дисциплины разбита на две части и изучается на 3-х и 5-х
курсах. Такая разбивка позволяет применять полученные знания и умения по
кодированию информации в системных курсах «Радиолокация», «Радионавигация», «Радиоуправление», а вопросы защиты информации привязывать к конкретным задачам и структурам системных дисциплин.
Студент, изучивший курс, должен знать:
- принципы и особенности кодирования и защиты информации в радиоэлектронных системах;
- модели и методы кодирования источников информации;
- методы помехоустойчивого кодирования информации;
- архитектуру основных систем кодирования для различных каналов и оценки
эффективности их работы;
- базовые концепции безопасности радиоэлектронных систем;
- методы защиты информации и механизмы их поддержки и анализа;
- основные применения теории кодирования и защиты информации.
При решении практических задач первой части студент должен уметь:
- обоснованно оценить необходимые параметры кодовых систем;
- выбирать наиболее эффективный алгоритм кодирования;
-выполнять синтез кодера и декодера;
- оценить сложность реализации алгоритмов кодирования и защиты информации на современной элементной базе; возможные угрозы и каналы утечки информации;
- выбирать методологически верно пути кодирования и защиты информации;
- моделировать алгоритмы кодирования и криптографические алгоритмы защиты информации на ЭВМ в средах общего и специализированного математического программного обеспечения (MathCAD, MatLAB, Maple и др.);
- интегрировать алгоритмы кодирования и защиты информации в структуру
современных РЭС.
Программа рассчитана на объем 150 учебных часов, в том числе 100 –
аудиторных.
95
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Роль и место теории кодирования (ТК) и защиты информации в современной радиоэлектронике. Задачи кодирования и защиты информации в системах радиоуправления, локации, навигации, передачи и защиты информации.
ЧАСТЬ 1
Раздел 1.1. МОДЕЛИ КОДОВ И СИСТЕМ КОДИРОВАНИЯ
Тема.1.1.1. СИСТЕМЫ И МОДЕЛИ КОДИРОВАНИЯ
Определение моделей кодов и систем многоуровневого кодирования.
Связь математических моделей со свойствами кодов. Комбинаторные, вероятностные, алгебраические, геометрические модели и коды.
Раздел 1.2. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ
ПО ДИСКРЕТНОМУ КАНАЛУ БЕЗ ПОМЕХ
Тема 1.2.1. КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
Задача кодирования источников. Источники сообщений и их свойства.
Понятие энтропии и избыточности информации. Конечные комбинаторные,
вероятностные, стационарные источники. Марковские модели. Стационарные
эргодические модели содержательных сообщений. Условия взаимной
однозначности алфавитного кодирования. Стоимость кодирования. Деревья и
префиксные коды. Неравенство Крафта.
Алгоритмы эффективного кодирования. Теорема Шеннона. Коды
Шеннона, Шеннона – Фано, Хаффмена. Блочное кодирование. Универсальное и
адаптивное кодирование. Оценка сложности кодирования.
Особенности кодирования источников двухмерных изображений,
векторное кодирование. Нумерационное кодирование и кодирование в процессе
поиска информации.
Раздел 1.3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Тема 1.3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ
Модели системы передачи сообщений при наличии помех.
Информационные характеристики дискретных сообщений и каналов связи.
Виды каналов передачи информации. Двоичные симметричный и
несимметричный каналы, q-ичный канал, канал со стиранием. Каналы с
памятью и без памяти. Согласование характеристик сигнала и канала.
Основные понятия и теоремы кодирования. Классификация кодов.
Блоковые и неблоковые коды. Ошибки. Нормы, метрики и кодовые расстояния.
96
Граница случайного кодирования, свойства функции надежности, граница сферической упаковки. Декодирование списком. Кодовое расстояние Хэмминга и
его связь с корректирующей способностью. Границы для минимального расстояния кодов.
Тема 1.3.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОПИСАНИЯ КОДОВЫХ
СТРУКТУР В КОНЕЧНЫХ ПОЛЯХ
Конструкции конечных полей. Группы. Кольца. Поля. Векторные пространства. Структура конечного поля. Арифметика полей Галуа. Сопряженные
элементы поля и минимальные многочлены. Нормальный базис и след. Понятие
конечных геометрий и разностных множеств.
Тема 1.3.3. ЛИНЕЙНЫЕ КОДЫ
Методы представления линейных кодов. Линейные коды, исправляющие ошибки: построение и основные свойства. Вектор ошибки. Понятие двойственного кода. Порождающая и проверочная матрицы систематического линейного кода. Смежные классы линейных кодов.
Разновидности линейных кодов. Линейные коды Хэмминга, Рида Маллера (РМ) и Рида - Соломона (РС). Совершенные и квазисовершенные коды.
Весовая оценка линейных кодов. Распределение весов. Теорема МакВильямс для линейных кодов. Вычисление минимального веса линейного кода
по порождающей матрице этого кода. Нижняя граница Варшамова – Гильберта.
Тема 1.3.4. МЕТОДЫ ДЕКОДИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ КОДОВ
Методы декодирования линейных кодов. Декодеры максимального правдоподобия. Вычисление синдрома. Табличное и синдромное декодирование.
Вычисление вероятности ошибки.
Тема 1.3.5. ЦИКЛИЧЕСКИЕ КОДЫ
Методы представления циклических кодов. Полиномиальное и матричное
описание циклических кодов. Порождающий и проверочный многочлены циклического кода. Двойственные коды. Циклические коды Хэмминга и Рида Маллера. Укороченные коды.
Способы кодирования циклического кода. Простые неалгебраические методы декодирования циклических кодов. Декодеры Меггита. Перестановочное
и пороговое декодирования.
Тема 1.3.6. МЕТОДЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК НА ОСНОВЕ АЛГЕБРЫ КОНЕЧНЫХ ПОЛЕЙ
Построение циклического кода по корням порождающего многочлена. Построение проверочной матрицы по корням порождающего многочлена.
Построение циклического кода, минимальное расстояние которого не меньше
заданного числа. Построение совершенного циклического кода, исправляющего
одиночные ошибки.
97
Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), РС: алгоритмы построения и свойства. Понятие минимального многочлена, методы его построения.
Формирование кодов с заданной корректирующей способностью. Схемы кодеров.
Методы декодирования БЧХ и РС кодов. Понятие локатора ошибки.
Составление и методы решения ключевого уравнения. Итеративный алгоритм
Бэрлекампа. Алгоритмы исправления ошибок, стираний, нахождения числа информационных символов. Схемы декодеров.
Тема 1.3.7. ВАЖНЕЙШИЕ БЛОКОВЫЕ КОДЫ
Коды Гоппы. Каскадные коды. Код Юстесена. Коды Голея. Покрывающие
коды.
Квадратично-вычетные
коды.
Нелинейные
помехоустойчивые коды.
Перестановочные коды.
Коды, контролирующие ошибки: CRC-коды.
Корреляционные коды: временное, частотно-временное и пространственное представление. Теория линейных рекуррентных последовательностей. Низкоскоростные геометрические, проекционные, GMW-,
Касами-коды.
Тема 1.3.8. СВЕРТОЧНЫЕ КОДЫ
Формирование сверточных кодов. Древовидные и решетчатые коды.
Матричное и полиномиальное описание сверточных кодов. Простые сверточные коды.
Методы исправления ошибок сверточными кодами. Синдромное, пороговое декодирование, алгоритм декодирования Витерби. Алгоритм поиска по
решетке. Понятие турбокодов. Схемы декодирования сверточных кодов.
Раздел 1.4. СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ КАНАЛОВ
С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Тема 1.4.1. КОДИРОВАНИЕ ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ
И КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ КАНАЛОВ
Расчетные оценки кодов в стационарных каналах. Системы кодирования
в дискретных каналах, каналах с белым гауссовским шумом.
Тема 1.4.2. КОДИРОВАНИЕ В КАНАЛАХ С ЕСТЕСТВЕННОЙ
И ИСКУССТВЕННОЙ НЕСТАЦИОНАРНОСТЯМИ
Коды в нестационарных каналах; расчетные характеристики и оценки.
Системы кодирования при воздействии импульсных помех. Системы кодирования с перемежением. Системы кодирования с обратной связью. Кодовые методы борьбы с преднамеренными помехами. Системы кодирования с расширением спектра. Оценки эффективности кодирования.
98
Раздел 1.5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ
В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Тема 1.5.1. МНОГОУРОВНЕВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
В КОСМИЧЕСКИХ И СПУТНИКОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Задачи и методы многоуровневого кодирования. Примеры многоуровневого кодирования в спутниковых системах передачи информации. Согласование с методами модуляции. Стандарты кодирования. Задачи и методы моделирования алгоритмов многоуровневого кодирования. Пример многоуровневого
кодирования с использованием сверточных, РС-, перестановочных кодов в
спутниковых системах цифрового телевидения стандарта DVB-S.
Тема 1.5.2. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ РАДИОСЕТЯХ
Особенности каналов компьютерных радиосетей. Учет задач маршрутизации и защиты информации. Методы кодирования с подтверждением и протоколы обмена информацией на базе кодов, контролирующих ошибки. Кодирование мультимедийной информации в компьютерных радиосетях. Кодирование
информации кодами РС и CRC в устройствах хранения информации. Стандарты кодирования информации в компьютерных радиосистемах.
Тема 1.5.3. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ И МНОГОПОЗИЦИОННЫХ КОМПЛЕКСАХ
Кодирование для широкополосных локационных систем низкоскоростными кодами Рида - Маллера, Касами, GMW-кодами, геометрическими
и проекционными кодами. Векторное кодирование информации для параллельных каналов в многопозиционных комплексах. Конструкции кодов с заданными гранично-ранговыми расстояниями. Тенденции, перспективы и направления
развития теории кодирования.
ЧАСТЬ 2
Раздел 2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
И БЕЗОПАСНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Тема 2.1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЗОВЫХ КОНЦЕПЦИЙ
Информационная модель радиоэлектронной системы как объекта защиты.
Архитектура защиты информации на уровне модели взаимодействия открытых
систем. Угрозы безопасности радиоэлектронных систем и их классификация.
Исследование причин нарушения безопасности радиоэлектронных систем. Виды и каналы утечки информации.
Тема 2.1.2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Методологические основы построения системных защит от угроз нарушения конфиденциальности и целостности информации. Концепции построения системных защит от угроз отказа доступа и раскрытия параметров информационной системы. Политика и формальные модели безопасности. Роль криптографических методов защиты информации.
99
Раздел 2.2. КРИПТОЛОГИЯ И КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Тема 2.2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРИПТОЛОГИИ
Криптология, цели и задачи. Классические модели криптологии. Секретность,
имитостойкость
и
помехоустойчивость.
Модели
криптографической системы Шеннона. Модель анализа аутентичности. Криптографические атаки (нападения). Безусловная и теоретическая криптостойкость.
Тема 2.2.2. СИММЕТРИЧНЫЕ КРИПТОСИСТЕМЫ
Классические алгоритмы шифрования. Перестановки, подстановки,
гаммирование. Моноалфавитные и многоалфавитные системы шифрования.
Методы дешифрования моноалфавитных и многоалфавитных шифров.
Поточные криптосистемы. Линейные конгруэнтные генераторы. Проектирование и анализ потоковых шифров. Атаки на поточные криптосистемы.
Линейная сложность. Корреляционная стойкость. Потоковые шифры на основе
регистров сдвига: с линейной обратной связью; с обратной связью по переносу;
с нелинейной обратной связью. Шифры А5. Алгоритм RC4. Синхронные и самосинхронизирующиеся поточные системы
Блочные криптосистемы. Система Фейстеля, условие обратимости. Алгоритм DES: описание и применение, преобразование ключей. Режимы включения криптомодулей. Стандарт шифрования ГОСТ 28147-89. Шифр AES.
Методы криптоанализа блочных криптосистем. Дифференциальный
криптоанализ. Криптоанализ на основе связанных ключей. Линейный криптоанализ. Оценка стойкости криптосистем.
Основы теории проектирования блочных шифров. Синтез групповых
структур. Подходы к проектированию S-блоков и устойчивых к криптоанализу
алгоритмов шифрования.
Тема 2.2.3. АСИММЕТРИЧНЫЕ КРИПТОСИСТЕМЫ С ОТКРЫТЫМ КЛЮЧОМ
Односторонние функции. Криптосистема RSA: описание, свойства и основные атаки (на основе подобранного шифротекста, при использовании общего модуля, раскрытие показателя). Криптосистема Эль-Гамаля. Криптографическая система с открытым ключом на основе решения задачи NP-полноты. Алгоритмы шифрования с использованием эллиптических кривых. Криптоанализ
асимметричных систем защиты информации. Оценка стойкости криптосистем.
Тема 2.2.4. ИМИТОЗАЩИТА, АУТЕНТИФИКАЦИЯ И ХЭШИРОВАНИЕ
Примеры имитации и способы имитозащиты. Аутентификация как метод
защиты целостности данных, подтверждения подлинности пользователя и подтверждения авторства.
Механизмы аутентификации: CRC-, МАС-коды, временные метки.
Криптографическая хэш-функция. Требования к хэш-функциям. Алгоритмы MD 4, 5 и SHA. Односторонняя, или безопасная, хэш-функция.
100
Тема 2.2.5. ЭЛЕКТРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ПОДПИСЬ
Электронная подпись на основе алгоритмов с открытым ключом: описание
и применение. Алгоритм цифровой подписи DSA. Схема цифровой подписи с
использованием дискретных логарифмов. Цифровая сигнатура с процедурой
арбитража. Электронная подпись на основе алгоритмов с секретным ключом,
сравнительный анализ. Затемненная электронная подпись. Криптоанализ алгоритмов цифровой подписи с открытым ключом.
Тема 2.2.6. УПРАВЛЕНИЕ КЛЮЧАМИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДОСТОВЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Методы распределения ключей. Криптографические алгоритмы распределения ключей. Алгоритмы генерации ключей. Распределение ключей по объектам с соблюдением защиты от несанкционированного доступа. Нотаризация
ключей. Обеспечение достоверного взаимодействия с помощью системы криптографических сертификатов. Распределение ключей для конференц-связи и
секретная широковещательная передача. Стандарт ITU-T X.509.
Тема 2.2.7. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОТОКОЛЫ
Криптографические протоколы как средства идентификации, аутентификации и цифровой подписи. Криптографические протоколы аутентификации на
основе доказательства с нулевым разглашением. Схемы Фиата - Шамира, Фейге
– Фиата - Шамира, Гилоу - Киускуотера. Протоколы конфиденциального вычисления, подбрасывания монеты и голосования. Схемы Шнора.
Тема 2.2.8. СТЕГАНОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
Стеганографические методы скрытой передачи или хранения информации. Понятие скрытой пропускной способности. Классификация стеганографических алгоритмов защиты информации. Применение помехоустойчивых шифров. Спектральные методы встраивания скрытной информации. Технология
цифровых водяных знаков.
Раздел 2.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Тема 2.3.1. СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ
НАВИГАЦИИ И МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
Архитектура системы защиты информации в навигационных системах
Navstar, Galileo.
Концепция защиты информации в семействе стандартов IMT-2000. Архитектуры многоуровневых защит в стандартах DECT, GSM и CDMA.
Тема 2.3.2. ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ПАКЕТНЫХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ КАНАЛАХ И КОМПЬЮТЕРНЫХ РАДИОСЕТЯХ
Защита информации в спутниковых телеметрических каналах. Стандарт
телеметрической пакетной сети ESA PSS – 04 – 107.
101
Криптосистемы, используемые в защищенных сетях. Протоколы распределения ключей. Правила вхождения в связь. Восстановление сетей связи после
компрометации абонентов. Синхронизация криптомодулей. Стандарт беспроводной сети IEEE 802.11i.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции, перспективы и направления развития теории кодирования и
защиты информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Исследование эффективных кодов.
Исследование линейных групповых кодов.
Исследование циклических кодов.
Исследование кодов БЧХ.
Сверточные коды.
Моделирование системы многоуровневого кодирования.
Исследование криптографических методов кодирования информации.
Криптоанализ алгоритмов защиты информации.
Исследование алгоритма защиты информации RSA.
Криптографические протоколы.
Стеганографическая система защиты информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
Эффективное кодирование информации. Коды Шеннона-Фано, Хаффмена.
Алгоритмы кодирования и декодирования линейными кодами.
Весовые характеристики линейных кодов; расчет вероятности ошибки.
Алгоритмы полиномиального кодирования и декодирования.
5. Группы, кольца и конечные поля, техника вычисления.
6. Коды БЧХ и РС; составление и решение ключевого уравнения при синдромном декодировании.
7. Алгоритмы сверточного кодирования, декодер Витерби.
8. Синтез корреляционных кодов с заданными характеристиками.
9. Алгоритмы перестановочного кодирования, оценка эффективности для нестационарного канала.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Касами Т., Токура Н., Ивадари Ё., Инагаки Я. Теория кодирования: Пер. с
яп.- М.: Мир, 1978.
2. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с
англ. - М.: Мир, 1986.
102
3. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации.- М.: Высш. шк., 1989.
4. Лосев В.В. Помехоустойчивое кодирование в радиотехнических системах
передачи информации. Ч.1,2.- Мн.: МРТИ, 1984.
5. Зегжда Д.П., Ивашко А.М. Основы безопасности информационных систем.- М.: Горячая линия – Телеком, 2000.
6. Шнайер Б. Прикладная криптография. – М.: ТРИУМФ, 2002.
7. Бабаш А.В., Шанкин Г.П. Криптография/ Под ред. В.П.Шерстюка,
Э.А. Применко. – М.: СОЛОН-Р, 2002.
8. Харин Ю.С. и др. Математические основы криптологии: Учеб. пособие/
Ю.С.Харин, В.И.Берник, Г.В.Матвеев.- Мн.: БГУ,1999.
9. Саломатин С.Б. Защита информации в радиоэлектронных системах: Учеб.
пособие. -Мн.: БГУИР, 2002.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Марков А.А. Введение в теорию кодирования: Учеб. пособие.- М.: Наука,
1982.
2. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах
цифровой связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1987.
3. МакВильямс Ф. Дж., Слоэн Н. Дж. Теория кодов, исправляющих ошибки. –
М.: Связь, 1979.
4. Мутер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации. - Л.:
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.
5. Винокуров В.И., Гантмахер В.Е. Дискретно-кодированные последовательности. – Ростов на Дону: Изд. Ростовского ун-та, 1990.
6. Конопелько В.К., Липницкий В.А. Теория норм синдромов и перестановочное декодирование помехоустойчивых кодов.- Мн.: БГУИР, 2000.
7. Теоретические основы компьютерной безопасности / П.Н. Девянин,
О.О. Михальский, Д.И. Правиков, А.Ю. Щербаков: Учеб. пособие. – М.: Радио
и связь, 2000.
8. Иванов М.А. Криптографические методы защиты информации в компьютерных системах и сетях. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2001.
9. Грушо А.А., Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации.—
М.: Изд. агентства «Яхтсмен», 1996.
10. Menezes A., P. Van Oorschot, Vanstone S. Handbook of Applied Cryptography,
CRC Press, 1966.
11. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах
обработки данных: В 2 кн.— М.:Энергоатомиздат,1994.
12. Гайкович В., Першин А. Безопасность электронных банковских систем. –
М.: «Единая Европа», 1994.
13. Введение в криптографию/ Под общей ред. В.В. Ященко. 2-е изд. - М.:
МЦНМЩ «ЧеРо», 1999.
103
104
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-002/тип.
АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВА СВЧ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
105
Составитель:
О.А. Юрцев, профессор кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук
Рецензенты:
А.В. Рунов, профессор кафедры радиотехники Военной академии Республики
Беларусь, профессор, кандидат технических наук;
Кафедра радиофизики Учреждения образования «Белорусский государственный университет» (протокол № 19 от 18.03.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8
от 24.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
106
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Антенны и устройства СВЧ» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для специальностей
I-39 01 01 Радиотехника и I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Цель преподавания дисциплины «Антенны и устройства СВЧ»
(«А и УСВЧ»):
- показать роль и место антенно-фидерной системы в современной линии радиосвязи, радиолокационной, радионавигационной и других радиотехнических
системах;
- рассмотреть принципы построения, технические характеристики и области
применения основных классов и типов антенн и устройств СВЧ;
- изложить основы теории и главные закономерности, лежащие в основе проектирования антенн и устройств СВЧ;
- рассмотреть методику расчета основных типов антенн и устройств СВЧ;
- познакомить студентов с методикой и техникой измерений в диапазоне СВЧ
и, в частности, антенных измерений.
В результате изучения дисциплины «А и У СВЧ» студент должен:
знать:
- классификацию, основные свойства и области применения линий передачи,
антенн и устройств СВЧ;
- теоретические и физические закономерности, лежащие в основе построения
антенн, линий передачи и устройств СВЧ;
- методику расчета основных типов антенн, линий передачи и устройств СВЧ;
- конструкцию типовых антенн, линий передачи и устройств СВЧ;
- методику измерения основных параметров антенн и устройств СВЧ;
уметь:
- выбрать оптимальный тип линии передачи, устройства СВЧ и антенны для
работы в заданном диапазоне частот для обеспечения заданных характеристик;
- производить расчет выбранного типа линии передачи, устройства СВЧ, антенны для обеспечения требуемых характеристик и параметров;
приобрести навыки:
- измерение параметров, характеризующих режим работы линии передачи, согласования нагрузки с линией передачи;
- измерения основных параметров устройства СВЧ и антенны;
- самостоятельной работы с научно-технической литературой по технике СВЧ,
антеннам.
Изучение дисциплины «А и УСВЧ» основывается на знаниях студентов,
полученных при изучении следующих дисциплин:
«Физика» - разделы: электромагнетизм, оптика, ферромагнетизм, электростатика, разряды в газах;
«Математика» - разделы: дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные и интегральные уравнения, теория матриц, специальные функции, линейная алгебра, аналитическая геометрия, численные методы;
107
«Радиотехнические цепи и сигналы» - разделы: спектры сигналов, колебательные системы, частотные фильтры;
«Электронные приборы» - разделы: газоразрядные приборы, полупроводниковые приборы;
«Электродинамика и распространение радиоволн» - разделы: уравнения
Максвелла и методы их решения, граничные условия в электромагнитном поле,
излучение электромагнитных волн, энергетические соотношения в электромагнитном поле, электромагнитные волны в изотропных и анизотропных средах,
колебательные системы СВЧ, прямоугольные, круглые и коаксиальные волноводы, полосковые и микрополосковые линии передачи, диэлектрические волноводы, замедляющие системы, распространение радиоволн;
«Радиоматериалы и радиодетали» - разделы: диэлектрики, проводники и
полупроводники.
Дисциплина «АиУСВЧ» обеспечивает изучение дисциплин «Радиоприемные устройства» и «Радиопередающие устройства», а также дипломное проектирование по специальностям «Радиотехника» и «Радиоэлектронные системы».
Программа рассчитана на общий объем 160 учебных часов, в том числе
102 аудиторных часа, а также выполнение курсовой работы.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Роль и место дисциплины «А и УСВЧ» в системе подготовки специалиста. Содержание дисциплины и порядок ее прохождения. Назначение антеннофидерного тракта в радиосистеме. Цели и задачи изучения дисциплины. Краткая историческая справка. Рекомендации по изучению дисциплины. Литература.
Раздел 1. АНТЕННЫ
Тема 1.1. ВНУТРЕННЯЯ И ВНЕШНЯЯ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ АНТЕНН
Содержание внутренней и внешней задач теории антенн. Методы решения внутренней и внешней задач. Свойства поля антенны в ближней, промежуточной и дальней зонах.
Тема 1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ АНТЕННЫ
В РЕЖИМЕ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА
1.2.1. Характеристики антенны в режиме передачи. Диаграмма направленности (ДН). Способы изображения. Параметры ДН. Фазовая диаграмма
(ФД). Способы изображения. Фазовый центр, интегральный фазовый центр.
Поляризационная диаграмма (ПД).
1.2.2. Параметры антенны в режиме передачи. Коэффициент направленного действия (КНД). Выражение КНД через ДН. Численные оценки КНД. Ко108
эффициент рассеяния, связь коэффициента рассеяния и КНД. Коэффициент полезного действия, коэффициент усиления (КУ). Сопротивление излучения,
входное сопротивление. Полоса пропускания антенны.
1.2.3. Принцип взаимности в теории антенн. Ток и ЭДС на входе антенны
в режиме приема. Мощность, отдаваемая приемной антенной в согласованную
нагрузку.
1.2.4. Характеристики и параметры антенны в режиме приема. Диаграмма
направленности, фазовая диаграмма, коэффициент направленного действия,
эффективная площадь и эффективная длина антенны. Коэффициент использования поверхности (КИП), коэффициент усиления. Поляризационная эффективность. Шумовая температура.
Тема 1.3. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ АНТЕНН
1.3.1. Принцип суперпозиции и его применение для анализа поля проволочных, щелевых и апертурных антенн. Амлитудно-фазовое распределение
возбуждения (АФР). Элементарные излучатели: диполь Герца, магнитный диполь, элементарный источник Гюйгенса, поле в дальней зоне, основные свойства.
1.3.2. Линейная антенна с непрерывным распределением возбуждения:
типы линейных антенн, используемые в технике; поле в дальней зоне; диаграмма направленности, правило перемножения ДН, множитель системы.
1.3.3. Влияние волновой длины и амплитудного распределения возбуждения на множитель системы.
1.3.4. Влияние фазового распределения возбуждения на множитель системы: виды детерминированных фазовых распределений, влияние линейного,
квадратичного и кубического фазовых распределений на ДН и КНД антенны.
1.3.5. Антенны с плоским излучающим раскрывом: типы антенн с плоским излучающим раскрывом, диаграмма направленности, множитель системы,
КИП и КНД плоского раскрыва. Множитель системы, КИП и КНД раскрыва
прямоугольной формы с разделяющимся АФР.
1.3.6. Диаграмма направленности, множитель системы, КИП и КНД круглого раскрыва с произвольным и осесимметричным АФР; влияние АФР и формы раскрыва на множитель системы. Излучение из раскрыва с произвольной
формой, метод эквивалентной линейной антенны.
1.3.7. Антенные решетки. Типы антенных решеток, используемых в технике, их возможности. Линейная эквидистантная антенная решетка: диаграмма
направленности и множитель системы; анализ множителя системы, побочные
главные максимумы, условие единственности главного максимума, влияние
АФР на множитель системы, КНД линейной антенной решетки, сканирование в
линейной решетке, диаграмма сканирования.
1.3.8. Плоские антенные решетки: множитель системы, условие единственности главного максимума; методы управления фазовым распределением.
109
1.3.9. Элементы статистической теории антенн и теории синтеза антенн.
Отражательные характеристики антенн. Параметры антенн, определяющие
электромагнитную совместимость.
Тема 1.4. ВИБРАТОРНЫЕ АНТЕННЫ
1.4.1. Типы вибраторных антенн, основные свойства и применение. Симметричный вибратор. Общие свойства, конструкции, области применения, распределение тока в плечах вибратора, поле в дальней зоне, ДН, ФД, ПД, КНД,
сопротивление излучения, входное сопротивление. Способы расширения полосы пропускания. Питание симметричных вибраторов, симметрирующие
устройства.
1.4.2. Несимметричный вибратор, конструкции, основные параметры, области применения. Линейный симметричный вибратор с плоским и линейным
рефлектором, с линейным директором. Директорная антенна.
1.4.3. Полосковые и микрополосковые антенны. Конструкции, общие
свойства, применение. Микрополосковые антенны с прямоугольным излучателем. Принцип работы, ДН, ПД, КНД, КУ, согласование. Микрополосковые антенны с круговой поляризацией. Синфазные линейные и плоские вибраторные
решетки.
Тема 1.5. ЩЕЛЕВЫЕ АНТЕННЫ
1.5.1.Типы щелевых антенн, общие свойства, назначение. Характеристики
и параметры одиночной линейной щели в бесконечном экране. Влияние размеров экрана на характеристики одиночной щели. Резонансная длина одиночной щели в экране. Способы возбуждения одиночной щели.
1.5.2. Многощелевые антенны: резонансная многощелевая антенна на
прямоугольном волноводе с волной Н10, способы расположения щелей, ДН, поляризация, КНД, согласование, диапазонные свойства. Нерезонансная многощелевая антенна на прямоугольном волноводе с волной Н10, способы расположения щелей, ДН, поляризация, КНД, согласование, диапазонные свойства,
сканирование. Многощелевые антенны на коаксиальном волноводе с волной
типа Т.
Тема 1.6. АПЕРТУРНЫЕ АНТЕННЫ
1.6.1. Волноводные антенны. Типы волноводных антенн, общие свойства
и области применения. Излучатель в виде открытого конца прямоугольного
волновода с волной Н10: АФР на раскрыве, ДН, ФД, ПД, КНД, КИП, согласование. Использование волн высшего типа в волноводном излучателе с прямоугольным раскрывом. Излучатель в виде открытого конца круглого волновода с
волной Н11: ДН, ПД, КНД, КИП, согласование. Использование волн высшего
типа в волноводном излучателе с круглым раскрывом.
1.6.2. Рупорные антенны. Типы рупорных антенн, общие свойства, области применения. Е-секториальный рупор: АФР на раскрыве, ДН, ФД, ПД, КНД,
КИП, оптимизация по максимуму КНД, согласование. Н-секториальный рупор:
110
АФР на раскрыве, ДН, ФД, ПД, КНД, КИП, оптимизация по максимуму КНД,
согласование.
1.6.3. Пирамидальный рупор: АФР на раскрыве, ДН, ФД, ПД, КНД, КИП,
оптимизация по максимуму КНД, согласование. Конический рупор: АФР на
раскрыве, ДН, ФД, ПД, КНД, КИП, оптимизация по максимуму КНД, согласование. Волноводные и рупорные антенны с круговой поляризацией.
1.6.4. Зеркальные антенны. Типы зеркальных антенн, общие свойства, области применения. Зеркальная антенна с параболоидом полного профиля: конструкция, принцип работы, требования к облучателю, АФР на раскрыве зеркала, ДН, ПД, КНД, КИП, оптимизация по уровню боковых лепестков и по максимуму КНД. Коэффициент усиления и влияние на него различных видов потерь. Сканирование в зеркальных антеннах.
1.6.5. Параболоцилиндрические зеркальные антенны: АФР на раскрыве,
ДН, КНД. Зеркальные антенны с усеченными параболоидами, АФР на раскрыве, ДН, КНД. Двухзеркальные антенны: типы, общие свойства, применение.
Рупорно-параболические антенны, общие свойства, применение. Зеркальные
антенны с косекансными диаграммами направленности.
1.6.6. Линзовые антенны. Типы линзовых антенн, общие свойства, применение. Линзовая антенна с осесимметричной линзой, конструкция, принцип
работы, требования к облучателю. Профиль освещенной поверхности линзы.
Ускоряющие и замедляющие линзы, их реализация. АФР на раскрыве, ДН, поляризация, КНД, КИП, КУ.
1.6.7. Зонирование линзовых антенн. Линзовые антенны с геодезическими
линзами, конструкция, свойства, применение. Сканирование в линзовых антеннах. Рупорно-линзовые антенны, состав, назначение.
Тема 1.7. АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
1.7.1. Типы антенн бегущей волны (АБВ), общие свойства, области применения. АБВ с линейным направителем: конструкция, типы, принцип работы,
ДН, КНД, поляризация, согласование, выбор оптимального замедления, диапазонные свойства, конструкции. АБВ с плоским линейным и плоским дисковым
направителем, конструкции, общие свойства, назначение.
1.7.2. Частотно-независимые антенны: принцип построения, общие свойства, назначение. Логопериодические антенны, принцип построения и работы,
диапазонные свойства.
Тема 1.8. АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ
1.8.1. Назначение антенных решеток, классификация, состав. Антенные
решетки с фидерной и пространственной системой распределения мощности.
Способы управления фазовым распределением в линейных и плоских решетках. Типы излучающих систем в плоских антенных решетках.
1.8.2. Антенные решетки с частотным сканированием.
Многолучевые
антенные решетки.
111
Тема 1.9. АНТЕННЫ С ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛА
Моноимпульсные антенны с амплитудной и фазовой пеленгацией. Антенны с синтезированным раскрывом. Принцип построения, общие свойства,
назначение.
Тема 1.10. ПРОВОЛОЧНЫЕ АНТЕННЫ ДИАПАЗОНОВ
УКВ, КВ, СР, ДВ
Вибраторные и рамочные антенны, конструкции, общие свойства, области применения. Антенны бегущей волны, конструкции, общие свойства, области применения.
Раздел 2. ЛИНЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ
Тема 2.1. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ДИАПАЗОНА СВЧ
2.1.1. Прямоугольные, круглые, коаксиальные волноводы. Основные конструкции и технические характеристики: рабочий диапазон волн, затухание,
предельная и рабочая мощности, характеристическое и волновое сопротивление, применение основной волны и волн высшего типа, применение распространяющихся и местных полей.
2.1.2. Полосковые и микрополосковые линии передачи, их основные характеристики и области применения. Компланарные и щелевые линии передачи, их основные характеристики, области применения. Оптические и волоконно-оптические линии передачи, основные характеристики, области применения.
Тема 2.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
2.2.1. Падающие и отраженные волны в линии передачи, их математическое описание. Параметры, характеризующие режим работы линии передачи:
коэффициент стоячей волны (КСВ), коэффициент бегущей волны (КБВ), коэффициент отражения (Г), поперечное характеристическое сопротивление (Zс),
сопротивление линии в данном сечении, сопротивление нагрузки (Zн). Связь
между параметрами, характеризующими режим.
2.2.2. Режим смешанных волн, распределение амплитуд электрического,
магнитного полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Пересчет сопротивления из одного поперечного сечения линии передачи в другое. Свойства
полуволновых и четвертьволновых отрезков линии передачи. Резонансные сечения и эквивалентные сечения нагрузки. Методика измерения КСВ, КБВ, Г, Z,
Zн.
2.2.3. Режим бегущих волн, распределение амплитуд электрического,
магнитного полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Условие согласования нагрузки с линией передачи. Применение режима бегущей волны.
2.2.4. Режим стоячих волн, распределение амплитуд электрического, магнитного полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Резонансные отрезки линии передачи. Применение режима стоячей волны.
112
Тема 2.3. ЭЛЕМЕНТЫ МАТРИЧНОЙ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ СВЧ
2.3.1.Понятие многополюсника СВЧ. Матрица рассеяния многополюсника СВЧ. Классификация многополюсников СВЧ. Свойство матрицы рассеяния
реактивного многополюсника СВЧ.
2.3.2. Матрица рассеяния каскадно-соединенных четырехполюсников.
Методы определения элементов матрицы рассеяния.
Тема 2.4. СОГЛАСОВАНИЕ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ
2.4.1.Структурная схема типового фидерного тракта. Задачи согласования
в линиях передачи. Методы согласования, их достоинства и недостатки. Метод
согласования путем компенсации отраженной от нагрузки волны. Узкополосное и широкополосное согласование. Согласование с помощью одной реактивной неоднородности. Согласование с помощью двух и трех реактивных неоднородностей. Конструкции реактивных неоднородностей в линиях передачи
различных типов.
2.4.2. Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора. Многоступенчатые трансформаторы сопротивлений. Плавные трансформаторы сопротивлений.
Тема 2.5. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СВЧ
2.5.1. Назначение и типы колебательных систем СВЧ. Полые резонаторы
волноводной формы: типы полей, собственные частоты, добротность, возможности и способы перестройки по частоте.
2.5.2. Резонаторы сложной формы, назначение, общие свойства. Квазистационарный метод расчета резонаторов сложной формы. Метод частичных
областей. Тороидальный резонатор. Коаксиальный резонатор с емкостью. Метод возмущений. Перестройка резонаторов с помощью плунжеров.
2.5.3. Проходные волноводные резонаторы, принцип построения, собственная частота, внешняя добротность, реализация на линиях различного типа.
Диэлектрические и ферритовые резонаторы, общие свойства, применение. Колебательные системы на отрезках длинных линий. Открытые резонаторы.
Тема 2.6. ФИЛЬТРЫ СВЧ
2.6.1. Назначение и типы частотных фильтров СВЧ. Частотные характеристики, особенности частотных фильтров СВЧ по сравнению с низкочастотными прототипами. Порядок синтеза частотного фильтра СВЧ: синтез низкочастотного прототипа.
2.6.2. Реализация фильтра на СВЧ. Использование трансформирующих
свойств отрезков волноводов и проходных волноводных резонаторов при построении фильтров СВЧ.
2.6.3. Поляризационные фильтры и фильтры типов волн. Принципы и методы построения, назначение.
113
Тема 2.7. НАПРАВЛЕННЫЕ ВОСЬМИПОЛЮСНИКИ СВЧ
2.7.1. Общие свойства и классификация направленных восьмиполюсников. Матрица рассеяния реактивного восьмиполюсника с двумя плоскостями
симметрии. Классификация направленных восьмиполюсников СВЧ.
2.7.2. Квадратурные направленные восьмиполюсники, конструкции на
линиях передачи различного типа, свойства, принцип работы.
2.7.3. Синфазно-противофазные мосты СВЧ, конструкции на линиях передачи различного типа, свойства, принцип работы. Применение направленных
ответвителей и мостов СВЧ.
Тема 2.8. УСТРОЙСТВА СВЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ
НАМАГНИЧЕННЫХ ФЕРРИТОВ
2.8.1. Свойства волноводов с поперечно намагниченными ферритами, физика взаимодействия спиновых магнитных моментов электронов с магнитным
полем проходящей волны. Основные взаимные и невзаимные свойства.
2.8.2. Свойства волноводов с продольно намагниченными ферритами.
Распространение волны Н11 круговой поляризации в круглом волноводе с продольно намагниченным ферритом, невзаимное вращение фазы и невзаимное
поглощение. Распространение волны Н11 линейной поляризации в круглом
волноводе с продольно намагниченным ферритом, эффект Фарадея, взаимное
вращение фазы, невзаимное поглощение и его влияние на поляризационные параметры волны Н11.
2.8.3. Свойства волноводов с поперечно намагниченными ферритами.
Распространение волны H10 в прямоугольном волноводе с поперечно намагниченным ферритом. Невзаимное поглощение, вращение фазы и смещение поля.
2.8.4. Вентили СВЧ, общие свойства, параметры и назначение. Конструкции, принцип работы, параметры вентилей: резонансных на прямоугольном,
круглом, коаксиальном и полосковом волноводах; вентилей со смещением поля
на прямоугольном волноводе; поляризационных вентилей на круглом волноводе.
2.8.5. Циркуляторы СВЧ, общие свойства, назначение. Конструкции,
принцип работы, параметры циркуляторов: Y-циркулятора на прямоугольных,
коаксиальных, полосковых волноводах; фазового циркулятора на прямоугольном волноводе; поляризационного циркулятора на круглом волноводе. Применение циркуляторов.
2.8.6. Фазовращатели с использованием намагниченных ферритов, общие
свойства, назначение, типы. Аналоговые взаимные и невзаимные фазовращатели, конструкции, свойства, применение. Дискретные взаимные и невзаимные
фазовращатели, принцип построения многозвенных фазовращателей, выбор
дискрета изменения фазы. Конструкции бинарных звеньев. Применение намагниченных ферритов для построения управляемых аттенюаторов, переключателей, выключателей, поляризаторов, для перестройки колебательных систем
СВЧ по частоте.
114
Тема 2.9. УСТРОЙСТВА СВЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Типы устройств СВЧ и полупроводниковых приборов, используемых в
них, основные свойства. Отражательные фазовращатели на p-i-n-диодах. Проходные фазовращатели на p-i-n-диодах с использованием переключаемых отрезков волноводов, реактивных шлейфов, мостов СВЧ, циркуляторов. Применение p-i-n-диодов для построения управляемых аттенюаторов.
Тема 2.10. ЭЛЕМЕНТЫ ФИДЕРНЫХ ТРАКТОВ
Неподвижные, гибкие и вращающиеся сочленения. Переходы от волновода одного типа к волноводу другого типа. Изгибы и скрутки волноводов. Антенные переключатели.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития антенн и устройств СВЧ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Характеристики и параметры антенн.
2. Влияние волновой длины и амплитудного распределения возбуждения на
ДН линейной антенны.
3. Влияние фазового распределения возбуждения на ДН линейной антенны.
4. Антенны бегущей волны.
5. Влияние формы раскрыва на ДН апертурной антенны. Метод эквивалентной линейной антенны.
6. Антенные решетки.
7. Способы управления фазовым распределением в фазированных антенных
решетках.
8. Вибраторные антенны.
9. Рупорные антенны.
10. Зеркальные антенны.
11. Полосковые и микрополосковые антенны.
12. Линии передачи диапазона СВЧ.
13. Согласование в линиях передачи.
14. Частотные фильтры.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Исследование вибраторных и рамочных антенн.
Исследование волноводно-щелевых антенн.
Исследование антенн бегущих волн.
Исследование рупорных антенн.
Исследование зеркальных антенн.
Исследование направленных ответвителей.
Исследование мостов СВЧ.
Исследование ферритовых вентилей.
Исследование ферритовых циркуляторов.
115
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ
Студенты выполняют курсовую работу с целью углубления знаний по
общим закономерностям в теории антенн и устройств СВЧ, получения практических навыков конструктивного и электрического расчета антенн и устройств
СВЧ, разработки программ для ЭВМ и их использования при оптимизации антенн
и
устройств
СВЧ,
оформления
текстовых
и
графических материалов.
Курсовая работа включает в себя проектирование антенны с питающей
линией передачи или линии передачи с необходимыми устройствами СВЧ.
Примерные темы курсовых работ по первому разделу «Антенны»:
1. Проектирование оптимальной рупорной антенны для заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента
направленного действия.
2. Проектирование оптимальной зеркальной антенны для заданной средней
частоты и заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента
направленного действия.
3. Проектирование синфазной или фазированной антенной решетки для заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности
или коэффициента направленного действия.
4. Проектирование линзовой антенны для заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента направленного
действия.
5. Проектирование оптимальной антенны бегущей волны для заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента направленного действия.
6. Проектирование сложной вибраторной антенны (директорной или антенной решетки) для заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы
направленности или заданного коэффициента направленного действия и т.д.
В каждой теме должны быть варианты по типу антенны. Примеры:
- рупорные антенны: Е-секториальный рупор, Н-секториальный рупор, пирамидальный рупор, конический рупор;
- зеркальные антенны: зеркало в виде параболоида полного профиля, зеркало в
виде симметричной или несимметричной вырезки из параболоида полного
профиля, параболический цилиндр, двухзеркальная антенна;
- антенные решетки: из элементарных излучателей в виде волноводных, рупорных, щелевых, вибраторных излучателей, антенн бегущей волны, полосковых и
микрополосковых излучателей;
- линзовые антенны: с замедляющей линзой, с ускоряющей линзой, рупорнолинзовая антенна;
- антенны бегущей волны: спиральная антенна, диэлектрическая стержневая
антенна, ребристо-стержневая антенна.
В одной группе темы курсовых работ не должны повторяться по содержанию.
116
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высш. шк., 1988.
2. Cазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. - М.: Высш.
шк., 1981.
3. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Ч.1,2. - М.:
Связь, 1977.
4. Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. - М.: Сов. радио, 1974.
5. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика.
- М.: Радио и связь, 2000.
6. Юрцев О.А. Элементы общей теории антенн.: Методическое пособие по
курсу «Антенны и устройства СВЧ» для студ. спец. «Радиотехника». В 3 ч. Ч 1.
- Мн.: БГУИР, 1997.
7. Юрцев О.А. Методическое пособие по курсу «Антенны и устройства СВЧ»
для студентов специальности «Радиотехника». В 3 ч. Ч.1: Резонансные и апертурные антенны. –Мн.: БГУИР, 2000.
8. Юрцев О.А. Методическое пособие по курсу «Антенны и устройства СВЧ»
для студентов специальности «Радиотехника». В 3 ч. Ч.2: Антенны бегущей
волны, антенные решетки. Антенны коротких, средних и длинных волн. –Мн.:
БГУИР, 2002.
9. Юрцев О.А. и др. Численное моделирование проволочных антенн. Метод.
пособие для курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Антенны
и устройства СВЧ» для студ. спец. «Радиотехника». - Мн.: БГУИР, 2002.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Антенны и устройства СВЧ/ Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и
связь, 1981.
2. Марков Г.Т. Антенны. - М-Л.: Госэнергоиздат, 1960.
3. Гупта Г., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. - М.:
Радио и связь, 1987.
4. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. - М.: Радио и связь,
1986.
5. Нефедов Е.И., Козловский В.В., Згурский А.В. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. - Киев: Техника,1990.
6. Проблемы антенной техники/Под.ред.Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского.
- М.: Радио и связь. 1989.
7. Юрцев О.А., Рунов А.В., Казарин А.Н. Спиральные антенны. - М.: Сов. радио, 1974.
8. Рамсей В. Частотно-независимые антенны. - М.: Мир, 1968.
9. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. - М.: Сов. радио, 1970.
10. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств.М.: Энергия, 1960.
11. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных трактов. - М.: Энергия, 1972.
117
118
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-019/тип.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
I-39 01 01 Радиотехника
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
119
Составители:
Н.С.Образцов, заведующий кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, кандидат технических наук;
А.М. Ткачук, доцент кафедры радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
Кафедра радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 5 от 03.01.2003 г.);
Кафедра общетехнических дисциплин Учреждения образования «Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 6 от
30.01.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиоэлектронных средств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 9 от 13.01.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
120
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Конструирование и технология
производства радиоэлектронных средств» разработана для специальностей
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы и I-39 01 01 Радиотехника высших
учебных заведений
Она предусматривает наличие у студентов базовых теоретических знаний
по математике, механике, тепломассообмену.
Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с основами конструирования и технологией изготовления радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
В результате освоения дисциплины «Конструирование и технология производства радиоэлектронных средств» студент должен:
знать:
- основные принципы, методы и средства конструирования РЭА различных
видов и классов;
- основы взаимозаменяемости;
- назначение и содержание стадий разработки РЭА;
- методы защиты РЭА от дестабилизирующих факторов;
- особенности и возможности типовых технологических процессов при изготовлении РЭА.
уметь характеризовать:
- эксплуатационные характеристики РЭА;
- условия использования и технико-экономические показатели РЭА;
уметь анализировать:
- устойчивость к действию внешних факторов;
приобрести навыки:
- использования принципов, методов и средств конструирования РЭА;
Программа рассчитана на объем 64 учебных часа. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 34 часа, лабораторных занятий
- 30 часов.
Раздел 1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ
И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РЭА
Тема 1.1. УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РЭА
Этапы развития конструирования и технологии производства РЭА
различных поколений. РЭА как объект эксплуатации. Условия использования
РЭА. Характеристика факторов, действующих на РЭА в различных
эксплуатационных условиях. Эксплуатационные характеристики РЭА:
надежность, ремонтопригодность, устойчивость к действию внешних факторов,
габариты, масса, геометрические формы, экономичность. Стабильность и
устойчивость технологического процесса.
121
Тема 1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЭА
Классификация, особенности конструкций и структура РЭА. Классификация РЭА по функциональным эксплуатационным и производственным признакам. Профессиональная РЭА: наземная, морская, бортовая. Бытовая РЭА:
стационарная, переносная. Особенности конструкций РЭА различного назначения. Методы компоновки РЭА.
РЭА как сложная система. Понятие о структуре и сложности конструкции
РЭА. Влияние назначения и места использования на выбор общей структуры
РЭА. Учет электромагнитной совместимости при выборе конструкторской
структуры РЭА.
Раздел 2. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И ДОПУСКИ
Тема 2.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК
Взаимозаменяемости и допуски. Основные понятия и определения. Краткие сведения о системе допусков и посадок. Допуски на линейные и угловые
размеры.
Тема 2.2. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ПО ШЕРОХОВАТОСТИ
Параметры шероховатости. Технологические методы получения тонкообработанных поверхностей.
Раздел 3. УЗЛЫ И БЛОКИ С ПЕЧАТНЫМИ И ПЛЕНОЧНЫМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ
Тема 3.1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПЛАТАМ И ПЕЧАТНОМУ МОНТАЖУ
Классификация печатных плат. Материалы для изготовления плат.
Формирование рисунка печатных проводников. Травление меди с пробельных
мест. Химическая и электрохимическая металлизация.
Технология односторонних и двусторонних печатных плат. Изготовление
печатных проводников электрохимическим способом.
Способы изготовления двухслойных печатных плат из фольгированных
материалов. Особенность формирования соединений элементов печатных плат,
находящихся на двух сторонах изоляционного основания. Особенности установки навесных электрорадиоэлементов на печатные платы и соединения их
выводов с металлическими элементами печатных плат. Пайка выводов, узлов с
металлическими элементами печатных плат.
Тема 3.2. МНОГОСЛОЙНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ (МПП)
Способы изготовления МПП. Особенности конструкции многослойных
печатных плат на гибких изоляционных основаниях. Основы выбора и расчета
элементов рисунка печатных проводников; конструирование узлов и блоков,
защита блоков от влаги.
122
Раздел 4. УЗЛЫ И БЛОКИ С ПЛЕНОЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Тема 4.1. ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК НЕВАКУУМНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ
Узлы и блоки с пленочными элементами. Схема процесса получения
пленок невакуумной технологией. Исходные материалы для пленок:
проводников, резисторов и диэлектриков. Материалы подложек и подготовка
поверхности.
Особенности получения рабочих рисунков из паст. Процесс сушки и вжигания. Технологические возможности невакуумной технологии получения пленок. Основные технологические процессы изготовления интегральных микросхем.
Тема 4.2. ТОНКОПЛЕНОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Физико-химические процессы тонкопленочных ИС. Особенности и
технологические процессы создания тонкопленочных элементов. Вакуумнотермический способ получения тонких пленок. Краткие сведения о физических
основах испарения в вакууме. Катодное распыление.
Требования, предъявляемые к материалам и качеству поверхности подложки. Основные свойства тонких металлических пленок. Основные свойства
изоляционных пленок.
Тема 4.3. ПЛЕНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ
Конструирование пленочных элементов. Резисторы. Выбор технологии и
материалов. Определение общей поверхности, формы, толщины и ширины
пленки. Расчет основных геометрических размеров резистора. Определение паразитных параметров.
Тема 4.4. ПЛЕНОЧНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсаторы. Выбор технологии и материалов. Выбор типа
конструкции. Расчет основных размеров элементов конденсаторов. Оценка
паразитных параметров конденсаторов. Проводящие пленки. Выбор
материалов.
Пути
обеспечения
низкой
величины
электрического
сопротивления, коррозионной стойкости, адгезии к подложке и другим
пленкам.
Раздел 5. ЗАЩИТА ОТ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ
Тема 5.1. ЗАЩИТА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Защита от механических воздействий. Анализ механических сил,
действующих на РЭА: удары, вибрации, линейные нагрузки, комплексные
воздействия. Защита от механических нагрузок за счет увеличения жесткости,
демпфирования, использования виброизоляторов.
Тема 5.2. ЗАЩИТА РЭС ОТ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Защита элементов конструкции РЭА от перегрева. Основные понятия о
коэффициентах теплопроводности, теплопередачи и теплоотдачи. Теплоотдача
123
излучением. Классификация систем охлаждения. Анализ различных способов
охлаждения. Схемы устройств охлаждения РЭА различными способами.
Методы ориентировочных расчетов теплообмена РЭА при естественном
воздушном охлаждении. Основы выбора охлаждения РЭА.
Тема 5.3. ЗАЩИТА РЭС ОТ ВЛАГИ
Защита элементов конструкции РЭА от влаги. Механизм действия влаги
на поверхность металлических деталей. Защита металлов от коррозии. Классификация защитных покрытий. Виды покрытий. Металлические покрытия; особенности металлических пленок, полученных электрогальваническим путем;
катодные и анодные покрытия; свойства различных металлических покрытий.
Особенности покрытий из легированных сталей, алюминия и его сплавов. Особенности покрытий литых деталей из алюминиевых и магнитных сплавов. Выбор и обозначение покрытий.
Защита поверхностей неметаллическими пленками, полученными из
основного металла детали химическими или химико-термическими способами
и область их использования. Основные понятия о лакокрасочных покрытиях.
Особенности лакокрасочных покрытий. Область использования лакокрасочных
покрытий. Основы выбора покрытий для деталей РЭА, основы выбора типа
защиты полимерными материалами. Герметизация в кожухах и контейнерах.
Герметизация соединительных швов: с помощью упругих прокладок, пайкой и
сваркой. Особенности герметизации в контейнерах с аппаратурой,
подвергающейся профилактическому ремонту или осмотру. Основы выбора
типа герметизации и требования, предъявляемые к конструкции и технологии
ее выполнения.
Раздел 6. КОНСТРУИРОВАНИЕ РЭС
Тема 6.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ
Контакты электрических соединителей РЭС. Определение и классификация. Основные требования, предъявляемые к контактам. Конструкции и материалы контактных пар.
Тема 6.2. ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ УЧЕТ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РЭС
Основы учета психофизиологических факторов при разработке РЭС.
Обеспечение эстетических качеств РЭС. Пути обеспечение необходимого качества функционирования, надежности, ремонтопригодности, технологичности и
экономичности конструкции РЭС.
Тема 6.3. ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ СТАДИЙ РАЗРАБОТКИ
РЭС
Формы организационного построения конструкторской подготовки
производства. Стадии разработки конструкторской документации: техническое
задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект,
разработка рабочей документации.
124
Тема 6.4. ПОЛНЫЙ КОМПЛЕКТ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Виды и типы схем. Система обозначения конструкторской документации.
Внесение изменений в конструкторскую документацию. Типовые испытания
РЭС Типы и методика их проведения.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
Разработка типового элемента замены.
Разработка схемы электрической принципиальной.
Разработка чертежа печатной платы.
Разработка сборочного чертежа печатной платы.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ:
Учебник. – Мн.: Выш. шк., 1994.
2. Кофанов Ю.Н. Теоретическое основы конструирования технологии и
надежности РЭС: Учебник – М.: Радио и связь, 1991.
3. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС: Учебник. – М.:
Высш. шк., 1991.
4. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства:
Учебник/ А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев. – Мн.:
Высш. шк., 2002.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Ушаков Н.Н. Технология производства ЭВМ: Учебник. – М.: Высш. шк.,
1991.
2. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры:
Учебник для вузов/ И.П.Бушминский, О.Ш.Даутов, А.П.Достанко . и др. - М.:
Радио и связь, 1989.
125
126
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-069/тип.
РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
127
Составители:
А.М. Бригидин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
В.В. Ползунов доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
Г.И. Ясюля доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,
кандидат технических наук.
Рецензенты:
Кафедра приемно-передающих устройств Военной академии Республики Беларусь (протокол № 2 от 25.02.2003 г.);
Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 6 от 19.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.)
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.);
Научно-методическим советом по направлению I-45 Телекоммуникации УМО
вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 20.06.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
128
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа по дисциплине «Радиопередающие устройства» разработана для студентов высших учебных заведений для специальностей
I-39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные системы, I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98.
В результате освоения курса «Радиопередающие устройства» студент
должен:
знать:
- принципы работы и теорию радиоэлектронных устройств генерирования,
усиления и формирования колебаний радиочастоты;
уметь:
осуществлять схемотехническое проектирование этих устройств;
выполнять расчёты, связанные с выбором параметров элементов,
обеспечивающих реализацию требований, предъявляемых к разрабатываемым
устройствам;
определять параметры и характеристики спроектированных устройств;
производить настройку каскадов радиопередатчика.
Программа рассчитана на объем 150 часов, из них аудиторных - 100
часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет, содержание и последовательность изложения разделов курса,
его связь с другими дисциплинами учебного плана.
Радиосигнал и его характеристики.
Назначение и области применения радиопередающих устройств (РПдУ).
Основные этапы развития. Основные требования, предъявляемые к РПдУ.
Энергетические показатели, характеристики электромагнитной совместимости,
качественные
показатели.
Классификация
РПдУ.
Международное
сотрудничество в области радиосвязи.
Раздел 1. УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ
ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Колебательные цепи генераторов: резонаторы на отрезках длинных
линий, торроидальные резонаторы, коаксиальные резонаторы, волноводные
резонаторы, полосковые резонаторы.
Структурная схема генератора с внешним возбуждением (ГВВ). Баланс
мощностей ГВВ. Типы и области применения различных активных элементов;
статистические характеристики активных элементов и их аппроксимация.
Режим работы активных элементов. Регулирование и нагрузочные
129
характеристики ГВВ. Цепи согласования с нагрузкой. Особенности работы ГВВ
на комплексную нагрузку. Использование ключевого и биполярного режимов
работы в транзисторных ГВВ. Основы инженерного расчёта и автоматизации
проектирования ГВВ.
Зависимость токов и энергетических показателей транзисторного
генератора от частоты. Влияние питающих напряжений на режим ГВВ. Основы
инженерного расчёта режимов ГВВ с учётом инерционных явлений.
Особенности применения ЭВМ при проектировании транзисторных ГВВ.
Общие принципы построения схем ГВВ. Выходные цепи ГВВ,
согласование генератора с нагрузкой. Фильтрация высших гармоник. Схемы
входных ГВВ.
Области применения умножителей частоты. Умножители частоты с
безынерционными усилительными элементами. Особенности умножителей
чистоты на инерционном нелинейном четырехполюснике.
Особенности и основные свойства радиочастотных трактов, построенных
по принципу сложения мощностей генераторов. Параллельное включение
усилительных элементов и двухтактные схемы. Схемы сложения мощности
произвольного числа генераторов. Мостовые схемы сложения мощностей.
Блочно-модульный
принцип
построения
мощных
широкополосных
транзисторных усилителей. Сложение мощностей генераторов в пространстве.
Основные ограничения на широкополосные свойства ламповых и
транзисторных усилителей. Схемы широкополосных усилителей (ШПУ):
корректированные усилители, усилители с распределенным усилением,
усилители с раздельным усилением в смежных полосах диапазона. ШПУ на
трансформаторах с ферритами. Особенности работы широкополосных
усилителей на комплексную нагрузку. Фильтрация высших гармоник в
широкополосных усилителях. Основы инженерного расчета и автоматизация
проектирования широкополосных усилителей.
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
Требования,
предъявляемые
к
автогенераторам.
Уравнение
стационарного режима в автогенераторе. Обобщенная трехточечная схема
автогенератора.
Выбор
режима
работы
усилительного
элемента.
Многочастотные и шумовые автогенераторы, их применение. Синхронизация
автогенератора с внешним сигналом. Принципы самосинхронизации. Полоса
синхронизации.
Применение
синхронизации
и
самосинхронизации
автогенераторов в РПдУ.
Одноконтурные
схемы
автогенераторов,
области
применения,
особенности расчета. Многоконтурные автогенераторы. Автогенераторы с
компенсацией инерционности активных элементов. Эквивалентная схема
кварцевого резонатора. Схемы кварцевых автогенераторов и особенности их
расчета. Гибридные и интегральные схемы автогенераторов. Автогенераторы с
устройствами на поверхностных акустических волнах.
Влияние дестабилизирующих факторов и изменений элементов схемы на
130
частоту колебаний. Условия обеспечения высокой стабильности частоты.
Мгновенная и средняя частота, их статистические характеристики.
Кратковременная и долговременная нестабильность частоты. Влияние
нестабильности частоты на работу радиотехнических устройств и систем.
Основные характеристики синтезатора частоты. Методы синтеза
дискретной сетки частот. Пассивные синтезаторы. Аналоговые синтезаторы с
фазовой автоподстройкой частоты. Цифровые синтезаторы частоты с кольцом
фазовой автоподстройки. Применение микропроцессоров в цифровых
синтезаторах. Синтезаторы на основе квантовых стандартов частоты.
Раздел 3. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ
ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Определение и классификация модуляции, основные характеристики
радиосигналов. Амплитудная модуляция, импульсная модуляция. Полярная
модуляция. Радиосигналы с частотной и фазовой модуляцией (ЧМ и ФМ).
Дискретные виды модуляции. Области применения различных видов
модуляции.
Модуляция смещением, анодная и коллекторная модуляция.
Статистические
модуляционные
характеристики.
Модуляция
на
многоэлектродных лампах. Комбинированные виды модуляции. Основные
энергетические показатели, схемы осуществления. Усиление модулированных
колебаний. Искажения при амплитудной модуляции.
Основные методы и схемы осуществления фазовой модуляции. Прямые и
косвенные методы частотной модуляции, схемы осуществления и их
сравнительные характеристики. Методы формирования сложных ФМ- и ЧМсигналов (линейная частотная модуляция, шумоподобные сигналы).
Основные особенности однополосной модуляции. Методы формирования
однополосного сигнала. Основные элементы устройств формирования
однополосного сигнала.
Амплитудная модуляция. Частотная и фазовая манипуляции,
относительная фазовая телеграфия, основные характеристики , методы
осуществления. Преобразования сигналов при дискретных видах модуляции.
Основные требования к возбудителям радиопередатчиков. Особенности
формирования радиосигналов в возбудителях. Возбудители с синтезаторами
частоты.
Раздел 4. УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ
РАДИОСИГНАЛОВ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ И ОПТИЧЕСКОГО
ДИАПАЗОНА ВОЛН
Особенности режимов активных элементов и колебательных систем
генераторов СВЧ-диапазона. Конструкции и особенности расчета генераторов
на коаксиальных, полосковых и микрополосковых линиях. Микрополосковые
усилители
СВЧ.
Регулировочные
и
нагрузочные
характеристики
131
автогенераторов СВЧ. Интегральные и гибридно-интегральные схемы СВЧгенераторов. Применение ЭВМ при проектировании СВЧ-генераторов.
Принцип действия лавинно-пролетного диода (ЛПД), режимы работы
ЛПД, основные энергетические соотношения. Механизм возникновения отрицательной проводимости в диодах с междолинным переходом. Режимы работы
диодов Ганна. Основные энергетические параметры генераторов. Схемы и конструкции генераторов на ЛПД и диодах Ганна.
Обобщённая схема умножителя частоты на двухполюсных нелинейных
элементах. Эквивалентная схема варактора. Двухконтурные умножители частоты, схема, основные характеристики. Умножители частоты с ненагруженными
контурами.
Основные показатели и области применения отражательных клистронов.
Характеристики пролётных усилительных клистронов. Умножительные клистроны. Модуляция в пролётных клистронах.
Области применения и основные характеристики ламп бегущей волны
(ЛБВ). ЛБВ типа “0” и типа “М”. Энергетические соотношения для ЛБВ типа
“0”. Регулировочные характеристики усилителей на ЛБВ. Модуляция в ЛБВ.
Области применения магнетронов. Рабочие и нагрузочные характеристики магнетронов. Платинотронные генераторы. Платинотрон в режиме амплитрона и стабилотрона. Модуляция магнетронных и платинотронных генераторов. Особенности конструкции и основные характеристики митронного генератора.
Квантовые генераторы, инженерная теория, основные энергетические соотношения. Модуляция квантовых генераторов. Оптические линии связи.
Раздел 5. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ
УСТРОЙСТВ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Классификация связных и телеметрических радиопередатчиков. Модуляционные устройства передатчиков. Автоматическое управление радиопередающим устройством. Радиопередающие комплексы систем связи. Передатчики
сотовых систем связи.
Структурные схемы телевизионных передатчиков изображения и звукового сопровождения. Особенности осуществления модуляции. Наземные и
космические ретрансляторы. Передатчики для радиорелейной и тропосферной
связи.
Классификация радиолокационных и радионавигационных передатчиков.
Структурные схемы передатчиков. Особенности построения высокочастотных
трактов передатчиков. Передатчики с фазированными антенными решётками.
Виды и причины возникновения паразитных колебаний. Паразитное самовозбуждение за счёт обратной связи. Возникновение паразитных колебаний
радиочастотных трактов.
Понятие об электромагнитной совместимости (ЭМС) передатчиков и других элементов в системах связи, расположенных в непосредственной близости
друг от друга. Классификация побочных излучений.
132
Побочные излучения, возникающие в процессе формирования несущей, излучения, обусловленные паразитной модуляцией, шумовые излучения. Интермодуляционные излучения. Методы уменьшения побочных излучений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития теории и техники РПдУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Структурные схемы радиопередающих устройств.
2. Использование аппроксимированных характеристик для расчёта режимов
активных элементов.
3. Влияние питающих напряжений и сопротивления нагрузки на режим активного элемента в усилителе мощности.
4. Колебательные цепи генераторов.
5. Построение схем резонансных ГВВ.
6. Регулировочные характеристики автогенераторов.
7. Построение схем автогенераторов.
8. Электрический расчёт автогенератора.
9. Способы осуществления ЧМ.
10. Электрический расчёт частотного модулятора.
11. Транзисторный усилитель СВЧ-мощности по схеме с общей базой и его
расчёт.
12. Диодные СВЧ-генераторы.
13. Расчёт генератора на диоде Ганна.
14. Расчёт характеристик синхронизированных генераторов.
15. Побочное излучение РПдУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование генераторов с внешним возбуждением.
2. Исследование цепей согласования выходных каскадов ГВВ.
3. Транзисторные автогенераторы.
4. Исследование стабильности частоты транзисторных автогенераторов.
5. Исследование генератора дециметрового диапазона волн.
6. Исследование амплитудной модуляции в транзисторных генераторах.
7. Частотно-модулированный автогенератор.
8. Радиопередатчик низовой связи.
9. Исследование характеристик генератора на диоде Ганна.
10. Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя.
11. Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя.
12. Исследование генератора на ЛБВ.
13. Исследование модулятора с полным и частичным разрядом накопителя на
магнетроне.
14. Оптический передатчик для волоконно-оптической линии связи.
133
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ
В курсовом проекте предусматривается выполнение расчёта основных
каскадов и эскизное проектирование передатчиков радио- и оптического диапазонов волн на транзисторах, полупроводниковых диодах, лампах или других
электронных приборах, в том числе с микропроцессорными системами
настройки и регулирования. Курсовое проектирование, как правило, проводится с широким использованием средств современной вычислительной техники.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Радиопередающие устройства: Учебник
В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 1996.
для
вузов
/
Под
ред.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов / Л.А. Белов,
В.А. Богачёв, М.В. Благовещенский и др.; Под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова, М.В. Благовещенского. – М.: Радио и связь, 1994.
2. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. – М.: Высш. шк., 1989.
3. Проектирование радиопередатчиков / В.В. Шахгильдян, В.А. Власов,
В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000.
4. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных
каскадов передатчиков. – М.: Радио и связь, 1987.
134
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-067/тип.
ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
135
Составитель:
С.Б. Саломатин, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.2003 г.);
С.М. Костромицкий, Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие «СКБ Камертон», профессор, доктор технических наук
Кафедра «Телекоммуникационные системы» Учреждения образования
«Высший государственный колледж связи» (протокол № 19.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
136
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Цифровая обработка сигналов» разработана для
специальностей I-39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
высших учебных заведений.
Целью преподавания дисциплины является углубленная теоретическая и
практическая подготовка студентов радиотехнических специальностей по основным направлениям цифровой обработки сигналов (ЦОС): цифровой фильтрации, спектрально-корреляционному анализу и оценки параметров, многомерной и адаптивной обработки, алгоритмическому обеспечению.
Студент, изучивший дисциплину «Цифровая обработка сигналов», должен:
знать:
- принципы и особенности дискретизации сигналов в радиоэлектронных системах;
- преобразования сигналов при цифровой обработке и связанные с ними искажения и погрешности;
- алгоритмы цифровой фильтрации, спектрального анализа и оценки параметров сигнала;
- методы синтеза систем цифровой обработки сигналов и оценки эффективности их работы;
- основные применения ЦОС.
При решении задач проектирования систем ЦОС студент должен
уметь:
- обоснованно оценить необходимые параметры дискретизации и квантования;
- выбирать наиболее эффективный алгоритм обработки;
- выполнять синтез цифрового фильтра;
- вычислять основные преобразование и базовые модели системы ЦОС;
- моделировать алгоритмы обработки на ЭВМ в средах общего и специализированного математического программного обеспечения (MathCAD, MatLAB,
Maple и др.);
- оценить сложность реализации алгоритмов обработки на современной элементной базе.
Программа рассчитана на объем 120 учебных часов, в том числе аудиторных 80 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Задачи цифровой обработки в радиоэлектронных системах. Сравнение
аналоговых и цифровых методов обработки сигналов. Преимущества и недостатки цифровой обработки сигналов. Области применения и возможности
ЦОС. Общая структура системы цифровой обработки сигналов.
137
Раздел 1. ДИСКРЕТНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ
И СИСТЕМЫ
Тема 1.1. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И КВАНТОВАНИЕ СИГНАЛОВ
Математические модели дискретных сигналов. Дискретизация видеои радиосигналов. Дискретное представление сигналов в виде функционального
ряда. Условия выбора частоты дискретизации.
Квантование сигнала. Эффекты и шумы квантования. Стохастическая
модель аналого-цифрового преобразования. Условия математической адекватности цифрового и дискретного сигналов. Алгебраическая структура цифровых сигналов и систем. Системы счисления, применяемые в ЦОС.
Тема 1.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИСКРЕТНОЙ И ЦИФРОВОЙ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Методы и модели ЦОС. Разностные уравнения и метод пространства
состояний. Оператор сдвига. Z- преобразование и преобразование Фурье
дискретных сигналов. Спектры дискретных сигналов. Понятие цифрового
фильтра. Технические показатели эффективности ЦОС. Точность и
вычислительная сложность обработки сигналов.
Раздел 2. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ
Тема 2.1. ДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ
Обработка сигналов с помощью дискретных ортогональных
преобразований (ДПФ). Система дискретных экспоненциальных функций
(ДЭФ) и обработка сигналов в поле комплексных чисел. Дискретное
преобразование Фурье и его свойства. Прямое и обратное преобразования.
Двухмерное ДПФ. Вычислительная сложность и точность ДПФ.
Тема 2.2.БЫСТРОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ
Определение быстрого преобразования Фурье (БПФ). Классификация
алгоритмов БПФ. Алгоритмы БПФ с прореживанием во времени и частоте.
БПФ по смешанному основанию. Алгоритм БПФ в системе остаточных
классов.
Дуальность усеченного ДПФ и свертки. Сверточные и полиномиальные
алгоритмы вычисления ДПФ. Вычисление БПФ с помощью ЛЧМ-Zпреобразования. Оценка вычислительной сложности и точности БПФ.
Тема 2.3. ДИСКРЕТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
В ПОЛЕ ВЕЩЕСТВЕННЫХ ЧИСЕЛ
Функции и дискретное преобразование Уолша-Адамара, их свойства и
применение при цифровой обработке сигналов в поле вещественных чисел.
Быстрое преобразование Уолша (БПУ). Оценка вычислительной сложности и
точности.
138
Тема 2.4. ДИСКРЕТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ПОЛЕ ЦЕЛЫХ ЧИСЕЛ
Теоретико-числовые преобразования (ТЧП). Повышение точности
вычислений с помощью теоретико-числовых преобразований сигналов в поле
целых чисел. Прямые и обратные ТЧП, условия их существования. ТЧП
Мерсенна и быстрое ТЧП Ферма. Оценка вычислительной сложности.
Тема 2.5. ОБОБЩЕННЫЕ ОРТОГОНАЛЬНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Понятие обобщенного базиса. Характеры. Оператор циклического,
диадного и обобщенного группового сдвига. Обобщенное преобразование
Фурье. Классификация основных Фурье-подобных преобразований. Понятие о
преобразовании Понтрягина-Виленкина. Преобразование спектров цифровых
сигналов.
Тема 2.6. ДИСКРЕТНАЯ СВЕРТКА И КОРРЕЛЯЦИЯ
Дискретная свертка. Задача вычисления свертки и корреляции в
цифровой обработки сигналов. Разновидности сверток: циклическая, линейная,
диадная и свертка относительно обобщенного группового сдвига
Матричное и полиномиальное описание процесса вычисления свертки.
Теплицевы и ганкелевы матрицы сдвигов, их свойства. Связь структур
линейной и циклической свертки.
Методы
вычисления
сверток.
Алгоритмы
матричного,
полиномиального вычисления. Вычисление циклической свертки с помощью
быстрых ортогональных преобразований. Вычисление части линейной свертки
и секционирование: методы перекрытия с накоплением и перекрытия с
суммированием.
Автокорреляция и взаимная корреляция. Периодические и
апериодические решетчатые (дискретные) корреляционные функции.
Алгоритмы вычислений дискретных корреляционных функций и функции
неопределенности цифровых сигналов.
Раздел 3. БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ ЦОС
Тема 3.1. ОПИСАНИЕ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ С ПОМОЩЬЮ АППАРАТА
РАЗНОСТНЫХ УРАВНЕНИЙ И ДИСКРЕТНОЙ СВЕРТКИ
Рекурсивные и нерекурсивные цифровые фильтры, их основные
характеристики и параметры. Передаточные функции и частотные
характеристики фильтров. Нерекурсивные цифровые фильтры с линейной
ФЧХ. Минимально-фазовые нерекурсивные фильтры. Неминимально-фазовые
фильтры. Формы реализации цифровых фильтров.
Тема 3.2. ТИПОВЫЕ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
Типовые цифровые фильтры. Полосовые, квадратурные фильтры.
Методы синтеза. Критерии, формулировка и методы решения задач
аппроксимации. Методы оценки и обеспечения точности цифровых фильтров.
Масштабирование сигналов в цифровых фильтрах.
139
Цифровые
фильтры
со
специальными
характеристиками.
Дифференцирующие, интегрирующие и гребенчатые цифровые фильтры.
Децимирующий и интерполирующий цифровые фильтры, понятие
многоскоростной фильтрации.
Тема 3.3. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СПЕКТРАЛЬНОГО
И КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА
Задачи и методы спектрального анализа детерминированных
дискретных сигналов. Параметры анализаторов спектра. Базовая структура
анализатора спектра на основе ДПФ и БПФ. Частотная характеристика
анализатора спектра на основе ДПФ. Особенности гармонического анализа
сигналов. Роль параметров и весовых функций, используемых при
спектральном анализе.
Спектральный анализ нестационарных сигналов. Недостатки ДПФ
при обработки нестационарных сигналов. Понятие о частотно-временных
преобразованиях. Применение текущего (короткого), весового ДПФ.
Преобразование Габора. Фрактальные процессы. Дискретные Вейвлетпреобразования. Быстрое преобразование Хаара .
Спектрально-корреляционный анализ дискретных случайных
сигналов. Статистические оценки автокорреляции и взаимной корреляции
дискретных случайных сигналов. Коррелограммные и периодограммные
оценки спектральной плотности мощности и взаимной спектральной плотности
мощности дискретных случайных сигналов. Вычисление автокорреляционной и
взаимокорреляционной функций дискретных сигналов с помощью ДПФ (БПФ).
Тема. 3.4. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА,
ОСНОВАННЫЕ НА МОДЕЛЯХ ИССЛЕДУЕМЫХ ПРОЦЕССОВ
Модели авторегрессии. Цифровые авторегрессионные фильтры и их
характеристики. Методы и алгоритмы проекционной обработки сигналов:
максимальной энтропии, метод Писаренко и сингулярного разложения.
Тема 3.5. ФИЛЬТРЫ ОПТИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Понятие
статистически
оптимального
оценивания
и
воспроизведения сигналов. Линейные операторы и системы оптимального
оценивания. Преобразование Карунена- Лоэва (ПКЛ). Дискретные операторы
оценивания в базисе Чебышева и Фурье. Применение дискретного косинусного
преобразования в системах оценки параметров.
Цифровые оптимальные оцениватели. Цифровой фильтр Винера.
Оптимальный рекурсивный фильтр Калмана.
Раздел 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Тема 4.1. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ЗАДАЧАХ
РАДИОЛОКАЦИИ И НАВИГАЦИИ
Цифровая обработка сигналов в антенных фазированных решетках с
140
помощью алгоритмов спектрального анализа и цифровой фильтрации.
Цифровой согласованный фильтр на основе алгоритмов быстрых
преобразований сигнала. Цифровой обнаружитель узкополосных сигналов.
Обнаружители сигналов в условиях априорной неопределенности. Цифровая
обработка сигналов в системах селекции движущихся целей. Цифровые
фильтры сглаживания и рекуррентного оценивания траекторий. Пример
цифровой пространственно-доплеровской обработки в когерентно-импульсной
радиолокационной станции.
Тема 4.2. ЦИФРОВАЯ СПЕКТРАЛЬНО-КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ОБРАБОТКА
СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ
Назначение сложных сигналов в радиотехнических системах. Задачи
обработки сложных радиосигналов в различных условиях приема. Структура
цифрового многоканального приемника сложных сигналов. Применение
быстрых ортогональных преобразований для решения задач обнаружения,
оценки параметров, согласованной фильтрации и многоканальной
корреляционной обработки сложных сигналов. Согласование базиса
ортогонального преобразования с кодовой структурой сигнала. Примеры
цифровой обработки сложных сигналов в
системах спутниковой
навигационной ГЛОНАСС, Navstar, сотовой сети стандарта CDMA.
Тема 4.3. АДАПТИВНАЯ ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ
Определение и назначение адаптивной обработки сигналов. Адаптивные
алгоритмы для фильтров с конечной импульсной характеристикой: Винера,
градиентный, по методу наименьших квадратов. Адаптивный фильтр как
линейное предсказывающее устройство. Адаптивная фильтрация в частотной
области. Цифровые адаптивные фильтры, использующие быстрые
ортогональные преобразования. Перестраиваемые цифровые фильтры. Пример
адаптивного цифрового фильтра совместной пространственно-доплеровской
обработки с управлением от цифровых карт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции, перспективы и направления применения цифровой обработки
сигналов в радиоэлектронных системах.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Математическое представление дискретных и цифровых сигналов и
систем.
2. Дискретное преобразование Фурье и его свойства
3. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье .
4. Алгоритмы спектрально-корреляционной обработки сложных сигналов с
помощью быстрых преобразований Фурье и Уолша-Адамара.
5. Алгоритмы вычисления сверток и корреляционных функций с помощью
дискретных ортогональных преобразований.
141
6. Расчет цифрового фильтра на основе дискретного преобразования Фурье и
частотной выборки.
7. Алгоритмы спектрального анализа с помощью текущего ДПФ, частотновременного преобразования Габора.
8. Синтез оптимальных сглаживающих цифровых фильтров.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1. Исследование свойств дискретного преобразования Фурье.
2. Алгоритм Кули-Тьюки быстрого преобразования Фурье.
3. Обработка сигналов с использованием быстрых преобразований УолшаАдамара.
4. Теоретико - числовые преобразования сигналов.
5. Быстрые алгоритмы вычисления длинных сверток сигналов.
6. Синтез и исследование цифровых фильтров обработки радиолокационной
информации.
7. Быстрая корреляционная обработка сложных сигналов.
8. Исследование частотно-временных преобразований.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов.
– М.: Мир, 1978.
2. Глинченко А.С. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. В 2 ч.Красноярск.: КГТУ, 2001.
3. Лосев В.В. Микропроцессорные устройства обработки информации.
Алгоритмы цифровой обработки: Учеб. пособие для вузов.- Мн.: Выш. шк.,
1990.
4. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка
сигналов. Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1990.
5. Саломатин С.Б. Цифровая обработка сигналов в радиоэлектронных
системах. – Мн.: БГУИР, 2003.
6. Методы цифровой обработки сигналов/ Под ред. Ю.В. Гуляева, В.Ф.
Кравченко.-М.: Радиотехника, 2003.
7. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер.с англ.- М.: Радио
и связь, 1989.
8. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.:Радио и связь, 1986.
9. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложение : Пер. с
англ..- М.: Мир, 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов:
Пер. с англ./Под ред. С. Гуна, Х. Уайтхауса, Т. Кайлата. – М.: Радио и связь,
1989.
142
2. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации:
Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.
3. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов.- М.:
Мир, 1988 г.
4. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с
англ.- М.: Мир, 1989.
5. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с
англ.- М.: Мир, 1989.
6. Трахтман А.М., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на
конечных интервалах. – М.: Сов. радио, 1975.
7. Петько В.И., Куконин В.Е., Шихов Н.Б. Цифровая фильтрация и обработка
сигналов: Учеб. пособие.- Мн.: Унiверсiтэцкае, 1995.
8. Вариченко Л.В., Лабунец В.Г., Раков М.А. Абстрактные алгебраические
системы и цифровая обработка сигналов.- Киев.:Наук. думка, 1986.
9. Перов В.П. Прикладная спектральная теория оценивания.- М.: Наука, 1982.
10. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке
цифровых сигналов: Пер. с англ.- М.: Связь, 1980.
11. Применение цифровой обработки сигналов/ Под ред. Оппенгейма.- М.:
Мир, 1980.
143
144
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-068/тип.
РАДИОАВТОМАТИКА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
145
Составитель:
С.А. Ганкевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра систем автоматического управления Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 6 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук;
Кафедра «Телекоммуникационные системы» Учреждения образования
«Высший государственный колледж связи» (протокол № от 19.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
146
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Радиоавтоматика» (РА) разработана по
специальностям I-39 01 01 Радиотехника и I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений. Она предусматривает чтение лекций, проведение лабораторных и практических занятий.
Целью дисциплины является инженерная подготовка специалистов в вопросах проектирования и применения систем радиоавтоматики.
В результате освоения дисциплины РА студент должен:
знать:
- построения систем радиоавтоматики, функциональные и структурные схемы
типовых систем, методы математического описания и анализа линейных, нелинейных и цифровых систем, методы синтеза и проектирования систем.
уметь:
- анализировать системы радиоавтоматики по основным показателям качества:
быстродействию, точности, устойчивости; проектировать аналоговые и цифровые системы радиоавтоматики.
Программа рассчитана на объем 120 учебных часов, в том числе 80 аудиторных часов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
Понятие систем радиоавтоматики. Связь теории радиоавтоматических систем с общей теорией автоматического управления. Развитие автоматических и
автоматизированных систем как одно из важнейших направлений успешного
развития народного хозяйства. Краткие сведения об истории развития систем
радиоавтоматики и роли отечественных ученых в этом развитии.
Основные принципы управления (регулирования), используемые в системах радиоавтоматики. Замкнутые и разомкнутые системы радиоавтоматики.
Воздействия, оказывающие влияние на контур управления: задающие и мешающие. Сравнение разомкнутого и замкнутого контуров.
Классификация систем радиоавтоматики по виду параметра радиосигнала: фаза, частота, временной сдвиг, направление прихода и т.п., рассматриваемого в качестве задающего воздействия; по характеру управления, описывающего поведение системы; по поведению системы в условиях априорной неопределенности статистических характеристик задающего воздействия и помех
и другим признакам.
147
Раздел 1. ТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ
Функциональные и структурные схемы радиотехнических следящих систем:
систем частотной и фазовой автоподстройки, систем углового сопровождения,
систем слежения за временным положением импульсов. Принципы функционирования, основные области применения.
Основные элементы структурной схемы и их математическое описание.
Дискриминаторы и их статистические характеристики. Дискриминационная характеристика и энергетический спектр флуктуационного напряжения на выходе
дискриминатора. Флуктуационная характеристики. Упрощение статистического эквивалента.
Объекты управления систем радиоавтоматики: управляемые генераторы,
устройства управляемой задержки, устройства управления положением диаграммы направленности. Фильтры и их роль в формировании управляющего
напряжения.
Обобщенная функциональная и структурная схемы следящей системы.
Уравнение, описывающее поведение обобщенной следящей системы.
Функциональная и структурная схемы системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Особенности АРУ.
Раздел 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ. ТИПОВЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ
Общая характеристика методов. Временные и частотные методы исследования систем радиоавтоматики.
Дифференциальные уравнения. Методика составления дифференциальных уравнений. Операторная форма записи. Операторный коэффициент передачи.
Передаточная функция.
Переходная функция и переходная характеристика.
Весовая функция.
Частотная передаточная функция. Амплитудно-фазовая частотная характеристика.
Связь рассмотренных характеристик.
Использование логарифмических частотных характеристик. Асимптотическая ЛАХ. Методика построения.
Соединение звеньев систем радиоавтоматики. Преобразование структурных схем линейных систем. Правила структурных преобразований.
Передаточная функция замкнутой системы. Передаточная функция разомкнутой системы. Передаточные функции от воздействия к ошибке и от возмущения к ошибке. Методика определения передаточных функций.
Типовые передаточные функции систем радиоавтоматики.
Типовые динамические звенья систем радиоавтоматики. Классификация,
временные и частотные характеристики. Модели типовых звеньев.
148
Раздел 3. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Дискриминаторы: фазовые, частотные, угловые. Функциональные схемы,
принципы функционирования, статистические характеристики. Объекты
управления систем радиоавтоматики: управляемые генераторы, устройства
управляемой задержки, электрические двигатели. Функциональные схемы, регулировочные характеристики, принципы функционирования.
Раздел 4. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНЫХ
НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
Понятие устойчивости систем радиоавтоматики. Алгебраические критерии устойчивости. Частотные критерии устойчивости: критерий Михайлова,
критерий Найквиста. Физический смысл частотного критерия устойчивости.
Особенности годографов систем, содержащих интеграторы. Запас устойчивости
по амплитуде и фазе. Абсолютно устойчивые и условно устойчивые системы.
Учет временного запаздывания в системе. Использование при анализе устойчивости логарифмических амплитудно- и фазочастотных характеристик систем и
ее отдельных звеньев.
Раздел 5. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СИСТЕМЫ
Показатели качества переходного процесса. Частотные показатели качества.
Анализ точности при детерминированных воздействиях. Динамическая
ошибка слежения. Коэффициенты ошибок. Методы вычисления коэффициента
ошибок. Понятие астатизма следящей системы. Динамические ошибки в следящих системах с астатизмом различного порядка.. Анализ точности при случайных воздействиях.
Определение статистических характеристик случайных процессов в линейных системах радиоавтоматики в установившемся режиме. Определение
дисперсии с помощью стандартных интегралов. Понятие эквивалентной шумовой полосы пропускания системы. Примеры расчета дисперсии ошибки слежения, вызванной действием шума на выходе дискриминатора и неточным воспроизведением задающего воздействия, являющегося случайным процессом.
Понятие памяти следящих систем при замираниях сигнала и действии
шумов.
Оптимизация параметров линейных систем с учетом требований, предъявляемых к их точности, быстродействию, помехоустойчивости.
Особенности анализа процессов в линейных нестационарных системах.
149
Раздел 6. АНАЛИЗ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
В ПРОСТРАНСТВЕ СОСТОЯНИЙ
Векторные дифференциальные уравнения систем радиоавтоматики. Методика составления, структурные схемы, соответствующие векторным дифференциальным уравнениям. Определение матрицы перехода. Применение метода
для интегральной оценки.
Раздел 7. АНАЛИЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
Основные виды нелинейностей, присущие типовым элементам радиоавтоматики. Нелинейные режимы радиотехнических следящих систем. Захват и
срыв сопровождения. Полоса удержания и полоса захвата. Краткая характеристика методов анализа нелинейных систем радиоавтоматики: метода кусочнолинейной аппроксимации, метода гармонической линеаризации, метода фазовой плоскости и др.
Сущность и применение метода фазовой плоскости для изучения процессов в нелинейной системе.
Метод гармонической линеаризации нелинейных звеньев. Уравнение нелинейной системы. Частотный метод определения параметров автоколебаний.
Статистическая линеаризация нелинейных характеристик. Применение
метода статистической линеаризации для анализа стационарных режимов и
срыва слежения. Оценка условия срыва слежения.
Раздел 8 . ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ
Постановка задачи. Определение желаемой передаточной функции разомкнутой системы. Определение передаточных функций корректирующих
устройств. Последовательные корректирующие устройства. Выбор параметров
звена с опережением по фазе.
Параллельные корректирующие устройства. Жесткая обратная связь.
Гибкая обратная связь. Сравнение последовательных и параллельных корректирующих устройств.
Раздел 9. СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ СИСТЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ
МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Критерии оптимизации. Сведение задачи синтеза фильтра в контуре следящей системы к общей задаче оптимальной линейной фильтрации. Уравнение
Винера-Хопфа. Решение уравнения Винера-Хопфа без учета условий физической реализуемости синтезируемой системы. Определение передаточной функции оптимального линейного фильтра. Методика расчета. Определение потенциальной точности слежения при использовании в системе оптимального фильтра.
150
Фильтры Калмана. Постановка задачи. Уравнения состояния. Синтез
фильтров Калмана.
Раздел 10. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ
Системы прерывистого регулирования. Системы с конечным временем
съема данных и дискретные системы. Сведение систем с конечным временем
замыкания ключа к дискретным. Понятие импульсного элемента.
Математическое описание дискретных систем. Z – преобразование. Основные теоремы. Определение характеристик дискретных систем: передаточных функций, разностных уравнений, частотных передаточных функций.
Анализ устойчивости. Вычисление математического ожидания и дисперсии ошибки слежения.
Раздел 11. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ
Общие сведения. Обобщенная функциональная схема. Элементы цифровых систем: временные, фазовые, частотные дискриминаторы; цифровые фильтры, цифровые генераторы опорных сигналов.
Функциональные схемы цифровых систем фазовой автоподстройки, слежения за задержкой и др. Математическое описание, структурные схемы цифровых систем.
Методы анализа цифровых систем. Метод сведения к линейным дискретным системам. Квазинепрерывный метод анализа.
Микропроцессоры в системах радиоавтоматики.
Раздел 12. ОПТИМАЛЬНЫЕ И АДАПТИВНЫЕ
СИСТЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ
Общие сведения. Принципы построения оптимальных систем.
Принципы построения адаптивных систем. Виды адаптивных систем.
Экстремальные системы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование линейной модели следящей системы.
2. Исследование системы фазовой автоподстройки частоты.
3. Исследование динамики нелинейных следящих систем.
4. Элементы цифровых следящих систем.
5. Исследование цифровых дискриминаторов (временных, частотных, фазовых).
6. Исследование устойчивости следящих систем.
151
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Функциональные и структурные схемы, составление дифференциальных
уравнений, определение передаточных функций.
2. Оценка устойчивости с помощью алгебраических и частотных критериев.
3. Расчет динамических и флуктуационных ошибок.
4. Анализ нелинейных систем радиоавтоматики.
5. Проектирование систем радиоавтоматики.
6. Коррекция передаточных функций.
7. Расчет и анализ цифровых систем радиоавтоматики.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. – М.: Высш. шк., 1990.
2. Радиоавтоматика: Учеб. Пособие для вузов/Под ред. В.А. Бесекерского.М.: - Высш. шк., 1985.
3. Первачев С.В. Радиоавтоматика.- М.: Радио и связь, 1982.
4. Цифровые системы фазовой синхронизации/Под ред. М.И. Жодзишского. –
М.: Сов.радио, 1980.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Первачев С.В., Валуев А.А., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. - М.: Сов. радио, 1973.
2. Гуткин А.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. – М.: Радио и
связь, 1986.
3. Расчет автоматических систем /Под ред. проф. А.В.Фатеева – М.: Высш.
шк., 1973.
4. Кривицкий Б.Х. Автоматическое слежение за частотой. – М.: Энергия,
1974.
5. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. – М.:
Радио и связь, 1986.
6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического регулирования .М.: Наука, 1972.
7. Яшугин Е.А. Теория линейных непрерывных систем в вопросах и ответах.
– Мн.: Выш. шк., 1986.
8. Артемьев В.М. Локационные системы роботов. – Мн.: Выш. шк., 1988.
9.
Гитис И и др. Техническая кибернетика. – М.: Сов. радио, 1969.
10. Артемьев В.М.. Справочное пособие по методам исследования радиоэлектронных следящих систем. – Мн.: Выш. шк., 1984.
11. Ганэ В.А., Степанов В.Л. Расчет следящих систем. – Мн.: Выш. шк., 1990.
12. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. -М.: Машиностроение, 1986.
13. Цифровые радиоприемные системы/ Под ред. М.И. Жодзишского.-М.: Радио и связь, 1990.
152
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-066/тип.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
153
Составители:
Е.В. Кереселидзе, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
В.Г. Устименко, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра приемно-передающих устройств Военной академии Республики Беларусь (протокол № 2 от 25.02.2003 г.);
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой «Радиоэлектроника» Учреждения
образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук;
Кафедра «Телекоммуникационные системы» Учреждения образования
«Высший государственный колледж связи» (протокол № 19.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
154
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа «Электромагнитная совместимость» разработана
для студентов высших учебных заведений по специальностям I-39 01 01 Радиотехника и I-39 01 02 Радиоэлектронные системы в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98.
Целью дисциплины является подготовка инженеров радиотехнических
специальностей для овладения методикой анализа и синтеза радиоэлектронных средств (РЭС), способных к работе в сложной электромагнитной обстановке (ЭМО), характерной для современного использования РЭС. Актуальность таких знаний чрезвычайно высока в связи с быстрым увеличением числа
РЭС и повышением их функциональных возможностей.
В результате освоения дисциплины «Электромагнитная совместимость»
(ЭМС) студент должен:
знать:
- основные закономерности мешающего взаимодействия совместно работающих РЭС, методы и принципы обеспечения ЭМС РЭС путем совершенствования радиотехнических элементов, цепей, устройств, систем и комплексов;
уметь:
- рассчитывать основные характеристики мешающего взаимодействия пар
элементарных РТС; статистические характеристики непреднамеренных радиопомех (НРП) в любом сечении радиоприемника с применением ЭВМ; тактико-технические характеристики РЭС при действии НРП.
Программа рассчитана на объем 110 учебных часов, в том числе аудиторных 70 часов аудиторных.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
Причины обострения проблемы ЭМС РЭС. Системный подход в радиотехнике. Иерархия в радиотехнике. Функциональная схема элементарной РТС.
Научно-технические и организационные меры обеспечения ЭМС, их эффективность.
Раздел 2. ЭМС РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЦЕПЕЙ
Физические основы внутрисистемных непреднамеренных помех (НП).
Дальнее и ближнее поля; скин-эффект и другие физические явления в радиоаппаратуре, связанные с возникновением, распространением и воздействием
НП внутри радиоаппаратуры. НП пассивных и активных радиоэлементов. НП
электротехнических элементов. Реакция транзисторов и микросхем на действие НП. Способы ослабления НП и их распространение внутри радиоаппаратуры.
155
Раздел 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Радиопередающие устройства как источник непреднамеренных радиопомех (НРП). Основные и побочные радиоизлучения в РПдУ. Стабильность
частоты радиопередатчиков.
Радиоприемное устройство (РПрУ) как основной рецептор НРП. Чувствительность и восприимчивость радиоприемника. Частотная избирательность. Нелинейные явления в РПрУ.
Краткий перечень характеристик и параметров ЭМС антенных
устройств. Диаграмма направленности и коэффициент направленного действия. Краткие сведения о фазированных антенных решетках.
Раздел 3. ПРОСТРАНСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
МЕШАЮЩЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Каналы мешающего взаимодействия РТС. Элементарная РТС как источник и рецептор НРП. Прохождение НРП через РПрУ. Коэффициент подавления и защитное отношение. Воздействие преднамеренных и непреднамеренных помех на систему непосредственной радиосвязи (СНР) и радиолокационную систему (РЛС). Зоны несовместимости и расчет их параметров.
Раздел 4. ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ
СРЕДСТВ (ЭМС РЭС)
Первичные модели приемной и передающей ветвей статистической
теории. Статистические характеристики энергетических и неэнергетических
параметров НРП. Статистическая оценка избирательности одиночных фильтров. Эквивалентная полоса пропускания. Многомерный фильтр. Вероятность
ЭМС РЭС. Статистическая оценка влияния НРП на ТТХ РТС. Особенности
передающей ветви статистической теории ЭМС.
Раздел 5. МЕРЫ ПО УЛУЧШЕНИЮ ЭМС РЭС
Дополнения о радиоканалах. Управление и адаптация в РЭС. Системы
случайных точек и их математическое описание. Возможности использования
временного, частотного и пространственного ресурсов. Статистическая оценка
эффективности автоматической подстройки частоты, автоматической регулировки усиления радиоприемника и мощности радиопередатчика.
Краткий перечень мер интенсификации использования электромагнитного ресурса.
156
Раздел 6. ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
ПО КРИТЕРИЯМ ЭМС
Актуальность вопроса. Задачи оптимизации в радиотехнике. Стоимостный критерий. Оптимизация РТС по критериям - вероятность ЭМС - стоимость. Оптимизация РПрУ как многомерного фильтра.
Раздел 7. ЭМС РЭС И ИЗМЕРЕНИЯ
Характеристика проблемы измерений в новых научных направлениях.
Классификация методов частотной восприимчивости и избирательности
РПрУ. Двухсигнальный метод контроля избирательности РПрУ с панорамной
индикацией. Однокритериальная оценка частотной избирательности радиоприемника.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные направления исследований и разработок в области ЭМС РЭС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование эффективности экранирования проводников в магнитном
поле.
2. Исследование эффективности тонколистовых металлических экранов.
3. Исследование электромагнитной обстановки в лаборатории.
4. Исследование вероятностных закономерностей возникновения помех в
высокочастотном тракте РПрУ.
ПРИМЕРНЫЕ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Методика построения вероятностных распределений, используемых в радиотехнике.
2. Экранирование элементов радиоаппаратуры.
3. Характеристики и параметры ЭМС радиотехнических устройств.
4. Пространственно-энергетический анализ мешающего взаимодействия
двух радиосистем.
5. Расчеты по статистической теории ЭМС.
6. Задачи по оптимизации радиосистем с использованием критериев ЭМС.
7. Расчеты по оценке эффективности радиосистем за счет применения адаптации.
157
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Апорович А.Ф., Березка М.В. и др. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: Учеб. пособие. В 9 ч.- Мн.:МРТИ-БГУИР, 1991 1999.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Виноградов Е.М., Винокуров В.И., Харченко И.П. Электромагнитная
совместимость радиоэлектронных средств. -Л.: Судостроение, 1986.
2. Егоров Е.И. и др. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи. -М.:Радио и связь, 1986.
3. ГОСТ 23611-88. Совместимость РЭС электромагнитная. Термины и определения.
4. Князев А.Д. и др. Конструирование радиоэлектронной и электронновычислительной аппаратуры с учетом ЭМС. - М.:Радио и связь, 1989.
5. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и
непреднамеренные помехи. - М.: Сов.радио, 1977. Вып 1. 1978. Вып.2. 1979.
Вып.3.
6. Апорович А.Ф. Статистическая теория ЭМС РЭС. - Мн.: Наука и техника,
1984.
7. Варакин Л.Е., Трубин В.Н. Сотовые системы подвижной связи// Зарубежная радиоэлектроника. 1986. №2.
158
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-063/тип.
РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,
I-39 01 02 Радиотехнические системы,
I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
159
Составители:
А.Е. Курочкин, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук,
И.Ю. Малевич, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук.
Рецензенты:
М.Т. Кохно, заведующий кафедрой «Терминальные устройства телекоммуникационных систем» Учреждения образования «Высший государственный
колледж связи», доцент;
А.А. Арчаков, главный метролог Белорусского государственного института
метрологии, старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Н.И. Шатило, заведующий кафедрой «телекоммуникационных систем» Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», доцент, кандидат технических наук;
Г.А. Калашников, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук;
Кафедра «Терминальные устройства телекоммуникационных систем»
Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол
№ 2 от 31.03.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 9 от 03.03.2003 г., протокол № 8 от 22.04.2002 г.);
Кафедрой систем телекоммуникаций Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 17 от 10.06.2002 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003г.);
Научно-методическим советом по направлению I-45 Телекоммуникации УМО
вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 20.06.2002 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
160
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Радиоприемные устройства» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для студентов
специальностей I-39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные системы, I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения высших
учебных заведений.
Целью изучения дисциплины является освоение студентами теоретических основ функционирования, принципов анализа, синтеза и методов проектирования современных радиоприемных устройств (РПУ) различного назначения.
Дисциплина «Радиоприемные устройства» предусмотрена учебным планом специальности Радиотехника и обеспечивает научную и техническую подготовку радиоинженера. Изучая данную дисциплину, студенты знакомятся с
методами проектирования, синтеза и анализа радиоэлектронных устройств,
функционирующих в условиях сложной электромагнитной обстановки, с методами и устройствами усиления и выделения слабых сигналов, способами адаптации устройств приема и обработки сигналов к изменяющейся помеховой обстановке.
Изучение дисциплины «Радиоприемные устройства» базируется на физико-математической подготовке студентов. Здесь особая роль отводится таким
разделам математики, как линейные векторные пространства, теория комплексных переменных, интегральное и дифференциальное исчисление, ряды, теория
вероятности и случайных процессов, матричное исчисление, численные и графические методы анализа, а также таким разделам физики, как электричество и
магнетизм, электромагнитное поле, акустика.
В результате освоения дисциплины «Радиоприемные устройства» студент
должен:
знать:
- основные проблемы и задачи приема и обработки радиосигналов;
- принципы и методы построения приемных каналов различного назначения;
- операции обработки радиосигналов и способы их физической реализации;
- типовые схемы каскадов РПУ, их методы анализа и синтеза;
- передаточные характеристики РПУ и методы их оптимизации;
- методы и способы управления характеристиками и параметрами РПУ;
уметь характеризовать:
- структурные и принципиальные схемы радиоприемных трактов на основе
аналитических выражений, описывающих различные типы модулированных
входных сигналов;
уметь анализировать:
- шумовые и передаточные свойства каскадов РПУ, амплитудно-частотную и
передаточную характеристики, динамический диапазон РПУ и его каскадов;
- качественные показатели приема;
- условия самовозбуждения каскадов РПУ и их устойчивой работы в диапазоне частот;
161
приобрести навыки:
- проектирования, синтеза приемных трактов с заданными характеристиками;
- контроля характеристик и экспериментальных исследований РПУ.
Для специальности I-39 01 01 Радиотехника программа рассчитана на
объем 144 учебных часа, которые могут быть распределены на лекции – 80 часов, лабораторные занятия – 48 часов и практические занятия – 16 часов.
Для специальности I-39 01 02 Радиоэлектронные системы программа
рассчитана на объем 150 учебных часов, в том числе 100 аудиторных часов.
Для специальности I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения программа рассчитана на объем 80 учебных часов, которые могут
быть распределены на лекции – 48 часов, лабораторные занятия – 32 часа.
Распределение часов для специальности I-39 01 01
Наименование темы
1
Раздел 1. Общие сведения о радиоприемных устройствах
Тема 1.1. Основные определения и классификация РПУ
Тема 1.2. Основные характеристики и параметры радиоприемных трактов
Раздел 2. Помехи радиоприему
и методы борьбы с ними
Тема 2.1. Общая характеристика
помех
Тема 2.2. Шумы пассивных элементов
Тема 2.3. Шумы активных элементов
Раздел 3. Устройства согласования и предварительной селекции
в РПУ
Тема 3.1. Согласование в РПУ
Тема 3.2. Входные цепи с сосредоточенными параметрами
Тема 3.3. Входные цепи с распределенными параметрами
Тема 3.4. Входные устройства
специального назначения
Раздел 4. Усилители радиосигналов (УРС)
Тема 4.1. Теория УРС с сосредоточенными параметрами
162
Лекции
(часы)
2
Практические
занятия (часы)
3
Лабораторные
занятия (часы)
4
2
2
Таблица 1
Всего
5
2
2
4
8
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
8
4
2
8
2
2
2
2
2
2
4
8
Окончание табл. 1
1
Тема 4.2. Типовые схемы УРС
Тема 4.3. УРС диапазона СВЧ
Раздел 5. Преобразователи частоты (ПЧ)
Тема 5.1. Реактивные преобразователи частоты
Тема 5.2. Резистивные преобразователи частоты
Тема 5.3. Типовые схемы преобразователей частоты
Тема 5.4. Преобразователи частоты СВЧ диапазона
Раздел 6. Детекторы радиоприемных трактов
Тема 6.1. Амплитудные детекторы
Тема 6.2. Синхронные АМ детекторы
Тема 6.3. Фазовые детекторы
Тема 6.4.Частотные детекторы
Раздел 7. Устройства управления и регулирования в радиоприемных трактах
Тема 7.1. Регулировка частоты
настройки
Тема 7.2. Регулировка усиления
в каскадах РПУ
Раздел 8. Особенности построения РПУ различного назначения
Тема 8.1. РПУ АМ сигналов
Тема 8.2. РПУ ЧМ сигналов
Тема 8.3. РПУ магистральных
линий связи
Тема 8.4. Цифровые РПУ
Тема 9. Тенденции развития
РПУ различного назначения
2
4
4
4
4
5
8
6
2
4
6
2
4
6
4
3
2
2
6
2
6
2
1
4
11
2
2
2
2
1
2
3
4
1
5
6
1
6
4
4
4
11
4
4
4
10
8
8
4
2
4
2
Распределение часов для специальности I-39 01 02
Таблица 2
Наименование темы
1
Раздел 1. Общие сведения о радиоприемных устройствах
Тема 1.1. Основные определения и классификация РПУ
Лекции Практические
(часы)
занятия (часы)
2
3
1
Лабораторные
занятия (часы)
4
Всего
5
1
163
Продолжение табл. 2
1
Тема 1.2. Основные характеристики и параметры радиоприемных трактов
Тема 1.3. Структуры и особенности построения радиоприемных трактов
Раздел 2. Помехи радиоприему
и методы борьбы с ними
Тема 2.1. Общая характеристика помех
Тема 2.2. Методы борьбы с помехами радиоприему
Тема 2.3. Действие флуктуационных помех на РПУ и способы уменьшения их влияния
Тема 2.4. Действие сосредоточенных помех на РПУ и способы уменьшения их влияния
Тема 2.5. Действие импульсных
помех на РПУ и способы
уменьшения их влияния
Раздел 3. Устройства согласования и предварительной селекции в РПУ
Тема 3.1. Согласование в РПУ
Тема 3.2. Входные цепи с сосредоточенными параметрами
Тема 3.3. Входные цепи с распределенными параметрами
Тема 3.4. Входные устройства
специального назначения
Раздел 4. Усилители радиосигналов (УРС)
Тема 4.1. Теория УРС с сосредоточенными параметрами
Тема 4.2. Усилители радиочастоты
Тема 4.3. Усилители промежуточной частоты
Тема 4.4. УРС диапазона СВЧ
Раздел 5. Преобразователи частоты (ПЧ)
Тема 5.1. Теория ПЧ
Тема 5.2. Транзисторные ПЧ
Тема 5.3. Диодные ПЧ
Тема 5.4. ПЧ диапазона СВЧ
Раздел 6. Детекторы радиоприемных трактов
164
2
2
3
3
2
4
4
5
6
5
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
1
2
1
8
2
4
2
2
1
1
1
1
2
2
4
8
2
2
4
8
1
1
1
2
2
1
1
8
2
1
2
4
Окончание табл. 2
1
Тема 6.1. Амплитудные детекторы
Тема 6.2. Синхронные детекторы
Тема 6.3. Фазовые детекторы
Тема 6.4.Частотные детекторы
Раздел 7. Устройства управления и регулирования в радиоприемных трактах
Тема 7.1. Частотная настройка в
РПУ
Тема 7.2. Системы автоматической подстройки частоты в
РПУ
Тема 7.3. Автоматическая регулировка усиления в РПУ
Тема 7.4. Автоматическая регулировка чувствительности в
РПУ
Раздел 8. Особенности построения РПУ различного назначения
Тема 8.1. РПУ АМ сигналов
Тема 8.2. РПУ ЧМ сигналов
Тема 8.3. РПУ магистральных
линий связи
Тема 8.4. Цифровые РПУ
Тема 9. Тенденции развития
РПУ различного назначения
2
2
3
2
4
4
5
8
1
1
1
1
1
5
4
2
2
2
2
2
1
1
1
4
7
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Распределение часов для специальности I-45 01 02
Таблица 3
Наименование темы
1
Раздел 1. Общие сведения о радиоприемных устройствах
Тема 1.1. Основные определения и классификация РПУ
Тема 1.2. Основные характеристики и параметры радиоприемных трактов
Тема 1.3. Структуры и особенности построения радиоприемных трактов
Раздел 2. Помехи радиоприему и методы
борьбы с ними
Тема 2.1. Общая характеристика помех
Лекции
(часы)
2
Лабораторные занятия
(часы)
3
1
2
Всего
(часы)
4
1
4
6
2
2
1
1
165
Окончание табл. 3
1
Тема 2.2. Методы борьбы с помехами радиоприему
Тема 2.3. Действие флуктуационных помех
на РПУ и способы уменьшения их влияния
Тема 2.4. Действие сосредоточенных помех на РПУ и способы уменьшения их
влияния
Тема 2.5. Действие импульсных помех на
РПУ и способы уменьшения их влияния
Раздел 3. Устройства согласования и предварительной селекции в РПУ
Тема 3.1. Согласование в РПУ
Тема 3.2. Входные цепи РПУ умеренно
высоких частот
Тема 3.3. Входные цепи РПУ СВЧ диапазона
Раздел 4. Усилители радиосигналов (УРС)
Тема 4.1. Теория УРС с сосредоточенными
параметрами
Тема 4.2. Усилители радиочастоты
Тема 4.3. Усилители промежуточной частоты
Тема 4.4. УРС диапазона СВЧ
Раздел 5. Преобразователи частоты (ПЧ)
Тема 5.1. Теория ПЧ
Тема 5.2. Транзисторные ПЧ
Тема 5.3. Диодные ПЧ
Тема 5.4. ПЧ диапазона СВЧ
Раздел 6. Детекторы РПУ
Тема 6.1. Амплитудные детекторы
Тема 6.2. Синхронные детекторы
Тема 6.3. Фазовые детекторы
Тема 6.4. Частотные детекторы
Раздел 7. Устройства управления и регулирования в радиоприемных трактах
Тема 7.1. Частотная настройка и подстройка в РПУ.
Тема 7.2. Автоматическая регулировка
усиления в РПУ
Тема 7.3. Автоматическая регулировка
чувствительности в РПУ
Раздел 8. Особенности РПУ различного
назначения.
166
2
1
3
4
1
2
2
2
2
1
1
1
2
4
1
6
2
2
1
1
2
2
4
4
2
1
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
4
2
2
6
6
1
6
2
2
6
2
2
6
2
4
6
1
1
4
4
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОПРИЕМНЫХ
УСТРОЙСТВАХ
Тема 1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ РПУ
Краткая характеристика радиосигналов. Задачи приема и операции обработки радиосигналов. Классификация РПУ. Краткий исторический очерк развития теории и техники радиоприема. Структуры и особенности построения
приемных каналов и их связь с эволюцией элементной базы и общим развитием
радиотехники.
Тема 1.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ РАДИОПРИЕМНЫХ
ТРАКТОВ
Чувствительность. Верность воспроизведения сообщения. Односигнальная и многосигнальная частотная избирательность. Линейные и нелинейные искажения сигналов. Эффективная частотная избирательность. Динамический диапазон. Помехоустойчивость.
Тема 1.3. СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ
РАДИОПРИЕМНЫХ ТРАКТОВ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
РПУ прямого усиления. Супергетеродинные РПУ с однократным и многократным преобразованием частоты. Инфрадинный РПУ. Синхродинный РПУ.
Раздел 2. ПОМЕХИ РАДИОПРИЕМУ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ
Тема 2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОМЕХ
Электромагнитная обстановка при приеме радиосигналов. Виды помех и
их классификация. Модели помех.
Тема 2.2. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ПОМЕХАМИ РАДИОПРИЕМУ
(для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Методы борьбы с помехами радиоприему. Общие сведения. Классификация.
Тема 2.2. ШУМЫ ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (для I-39 01 01)
Шумы пассивных элементов РПУ. Эквивалентные шумовые схемы. Шумы
приемных антенн. Формула Найквиста. Эффективная шумовая температура
Шумы колебательных контуров. Эффективная шумовая полоса.
Тема 2.3. ШУМЫ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (для I-39 01 01)
Эквивалентные шумовые схемы. Коэффициент шума. Метод шумящего
четырехполюсника. Шумы каскадного соединения четырехполюсников. Шумовые характеристики и параметры приемных трактов. Связь коэффициента
шума и чувствительности.
167
Тема 2.3. ДЕЙСТВИЕ ФЛУКТУАЦИОННЫХ ПОМЕХ НА РПУ И СПОСОБЫ
УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ВЛИЯНИЯ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Источники флуктуационных помех. Шумы приемных антенн. Формула
Найквиста. Эффективная шумовая температура. Шумы пассивных элементов
РПУ. Эквивалентные шумовые схемы. Шумы колебательных контуров. Эффективная шумовая полоса. Шумы активных элементов. Эквивалентные шумовые схемы. Коэффициент шума. Шумы каскадного соединения четырехполюсников. Шумовые характеристики и параметры радиоприемных трактов.
Связь коэффициента шума и чувствительности.
Тема 2.4. ДЕЙСТВИЕ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ПОМЕХ НА РПУ И СПОСОБЫ
УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ВЛИЯНИЯ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Действие сосредоточенных помех на РПУ. Нелинейные эффекты и их
классификация. Блокирование, перекрестная модуляция, обратное преобразование шумов гетеродина, интермодуляция.
Тема 2.5. ДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ НА РПУ И СПОСОБЫ
УМЕНЬШЕНИЯ ИХ ВЛИЯНИЯ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Действие импульсных помех на РПУ и способы уменьшения их влияния.
Особенности борьбы с промышленными помехами.
Раздел 3. УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ
И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СЕЛЕКЦИИ В РПУ
Тема 3.1. СОГЛАСОВАНИЕ В РПУ
Основные определения и понятия. Назначение и классификация. Условия
согласования по мощности. Структура идеальной согласующей цепи. Типовые
схемы и конструкции согласующих устройств. Условия согласования по шумам. Согласующие цепи. Принципы согласования по динамическому диапазону. Согласующие цепи и каскады.
Тема 3.2. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ
ПАРАМЕТРАМИ
Виды входных цепей (ВЦ) РПУ. Резонансный коэффициент передачи.
Частотная избирательность. Многозвенные ВЦ.
Тема 3.2. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РПУ УМЕРЕННО ВЫСОКИХ ЧАСТОТ (для I-45 01 02)
Виды входных цепей РПУ. Типовые схемы. Резонансный коэффициент передачи. Частотная избирательность. Многозвенные входные цепи.
Тема 3.3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Условия согласования в цепях с распределенными параметрами. Трансформаторы на отрезках линий. Типовые согласующие схемы.
168
Тема 3.3. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РПУ СВЧ ДИАПАЗОНА (для I-45 01 02)
Виды входных цепей РПУ. Типовые схемы. Устройства защиты входа РПУ
от особо мощных промех.
Тема 3.4. ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Ферритовые циркуляторы, СВЧ мосты, делители мощности, ответвители,
разрядники.
Раздел 4. УСИЛИТЕЛИ РАДИОСИГНАЛОВ
Тема 4.1. ТЕОРИЯ УРС С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ
ПАРАМЕТРАМИ
Основные определения и понятия. Назначение и классификация УРС.
Внутренние и внешние параметры, основные характеристики. Устойчивость
УРС. Шумовые свойства УРС.
Тема 4.2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ УРС (для I-39 01 01)
УРС с последовательным и параллельным питанием. Схема с общей базой. Внутренние и внешние параметры. Каскадные и каскадные схемы УРС.
Многокаскадные УРС с распределенной и сосредоточенной селекцией. Активные фильтры.
Тема 4.2. УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Типовые схемы УРС: резонансные, диапазонные, широкополосные.
Тема 4.3. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
(для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Типовые схемы полосовых УРС: одноконтурные, с взаимно
расстроенными
контурами,
двухконтурные,
апериодические
с
пьезокерамическими, электро-механическими, кварцевыми и ПАВ фильтрами,
с RC структурой.
Тема 4.4. (Тема 4.3. для I-39 01 01) УРС ДИАПАЗОНА СВЧ
Теория УРС с распределенными параметрами. Внутренние и внешние параметры, основные характеристики. УРС СВЧ на полевых и биполярных транзисторах. УРС отражательного и проходного типа. Усилители с отрицательным
сопротивлением. УРС на туннельном диоде. Усилители сигналов оптического
диапазона волн.
Раздел 5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
Тема 5.1. ТЕОРИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Основные определения и понятия. Назначение и классификация преобразователей частоты (ПЧ). Внутренние и внешние параметры, основные характеристики. Активные и пассивные компоненты ПЧ.
169
Тема 5.1. РЕАКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ (для I-39 01 01)
Основные понятия, классификация. Параметрический усилитель (ПУ).
Принцип действия емкостного ПУ. Двухконтурный ПУ. Формулы Менли-Роу.
Тема 5.2. РЕЗИСТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ (для I-39 01 01)
Назначение и классификация. Внутренние параметры и основные характеристики. Дополнительные каналы приема при преобразовании частоты.
Многократное преобразование частоты. Методика расчета числа преобразователей частоты в РПУ.
Тема 5.2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПЧ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Типовые схемы ПЧ на биполярных и полевых транзисторах. Выбор и оптимизация рабочих режимов.
Тема 5.3. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ (для I-39 01 01)
ПЧ на полевых транзисторах Выбор рабочего режима. ПЧ на биполярных
транзисторах. Диодные ПЧ. Балансные и кольцевые ПЧ. ПЧ с компенсацией
зеркального канала.
Тема 5.3. ДИОДНЫЕ ПЧ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Типовые схемы диодных ПЧ: однодиодные, балансные и кольцевые. Выбор и оптимизация рабочих режимов, параметров нагрузки и формы гетеродинного колебания.
Тема 5.4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДИАПАЗОНА СВЧ
Особенности ПЧ СВЧ диапазона. Типовые схемы ПЧ. ПЧ с компенсацией
зеркального канала, с использованием суммарной и зеркальной частот.
Раздел 6. ДЕТЕКТОРЫ РАДИОПРИЕМНЫХ ТРАКТОВ
Тема 6.1. АМПЛИТУДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Основные определения и понятия. Назначение и классификация. Классификация, режимы работы, типовые схемы. Диодные детекторы. Режим слабого сигнала. Режим сильного сигнала. Внутренние и внешние параметры. Линейные и нелинейные искажения сигналов в АМ детекторах. АМ детекторы на
транзисторах и операционных усилителях.
Тема 6.2. СИНХРОННЫЕ АМ ДЕТЕКТОРЫ
Взаимодействие сигналов в АМ детекторе. Принцип синхронного детектирования. Типовые структурные схемы. Способы формирования опорного колебания.
Тема 6.3. ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Назначение, принцип
схемы.
170
действия. Основные характеристики. Типовые
Тема 6.4. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Назначение, принцип действия. Основные характеристики. Промежуточное преобразование в амплитудную и фазовую модуляцию. Типовые схемы.
Раздел 7. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
В РАДИОПРИЕМНЫХ ТРАКТАХ
Тема 7.1. РЕГУЛИРОВКА ЧАСТОТЫ НАСТРОЙКИ
Сопряжение настроек контуров гетеродина и сигнала. Автоматическая
подстройка частоты (АПЧ) в РПУ. Структурные схемы типовых систем АПЧ.
Графический анализ системы АПЧ. Графический анализ системы фазовой АПЧ.
Тема 7.1. ЧАСТОТНАЯ НАСТРОЙКА В РПУ (для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Частотная настройка в РПУ. Сопряжение настроек контуров сигнала и гетеродина.
Тема 7.2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ В РПУ
(для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Автоматическая подстройка частоты в РПУ. Основные характеристики. Структурные схемы типовых систем АПЧ.
Тема 7.2. РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ В КАСКАДАХ РПУ (для I-39 01 01)
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) и автоматическая регулировка чувствительности (АРЧ) в РПУ. Структурные схемы АРУ, АРЧ. Способы регулировки усиления в приемных трактах. Компандерные системы на
основе АРУ. Анализ АРУ с обратной связью. Типовые схемы АРУ.
Тема 7.2. АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ В РПУ
(для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) в РПУ. Структурные схемы АРУ. Способы регулировки усиления в приемных трактах. Типовые схемы.
Тема 7.3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В РПУ
(для I-39 01 02 и I-45 01 02)
Автоматическая регулировка чувствительности (АРЧ) в РПУ. Структурные схемы АРЧ. Динамический диапазон РПУ с АРЧ. Типовые схемы АРЧ.
Раздел 8. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РПУ
РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Тема 8.1. ОСОБЕННОСТИ РПУ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ (для I-45 01 02)
Радиовещательные РПУ. Характеристика сигналов. Структурные схемы.
Прием сигналов стереовещания. Прием однополосных сигналов. Прием RDS
сигналов.
171
Магистральные РПУ. Общая характеристика. Прием аналоговых и дискретных сигналов. Особенности радиоприема сигналов с амплитудной, фазовой
и частотной манипуляцией. РПУ с микропроцессорным управлением. Аналогоцифровые преобразователи. Цифровые фильтры. Цифровые детекторы.
РПУ СВЧ диапазона. Характеристика сигналов. Искажения сигналов. Пороговый эффект. Методы уменьшения порогового эффекта. Следящие фильтры.
Тема 8.1. РПУ АМ СИГНАЛОВ
Характеристика сигналов. Структурные схемы. Приемники однополосных сигналов. Прием сигналов стереовещания. РПУ с магнитной антенной.
Методы повышения реальной чувствительности по полю. Активные магнитные
антенны. Активные антенны-усилители. РПУ с активной фильтрацией. Проблемы реализации высокочастотных активных фильтров (АФ).
Тема 8.2. РПУ ЧМ СИГНАЛОВ
Характеристика сигналов. Структурные схемы РПУ ЧМ сигналов. Искажения сигналов. Пороговый эффект. Методы уменьшения порогового эффекта.
Следящие фильтры.
Тема 8.3. РПУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
Общая характеристика. Прием дискретных сигналов. РПУ радиорелейных линий связи. Прием дискретных сигналов. Амплитудная, фазовая, частотная манипуляция. Особенности приема импульсных сигналов. АРУ и детекторы
импульсных РПУ. Частотное и временное уплотнение сигналов. Спутниковые
системы радиовещания. Приемники оптических сигналов. Методы оптимального приема сигналов. Оптимальная фильтрация, корреляционные методы обработки сигналов.
Тема 8.4. ЦИФРОВЫЕ РПУ
РПУ с микропроцессорным управлением. Аналого-цифровые преобразователи. Цифровые фильтры. Цифровые детекторы. Синтезаторы частоты. Регулировка усиления. Сжатие информации, метод MUSICAM, кодеры стандартов MPEG. Цифровые стандарты DAB, DVB, DSR, MAC, NICAM. Тенденции
развития техники радиоприема.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции развития РПУ различного назначения.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 01
1.
2.
3.
4.
5.
Типовые схемы радиоприемных устройств.
Шумовые характеристики РПУ.
Устройства согласования и предварительной селекции.
Усилители радиосигналов с сосредоточенными параметрами.
Усилители радиосигналов с распределенными параметрами.
172
6. Преобразователи частоты.
7. Детекторы радиосигналов.
8. Автоматические регулировки в РПУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 02
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Типовые схемы радиоприемных устройств.
Устройства согласования и предварительной селекции.
Усилители радиосигналов с сосредоточенными параметрами.
Усилители радиосигналов с распределенными параметрами.
Преобразователи частоты.
Детекторы радиосигналов.
Автоматические регулировки в РПУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 01
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Метрические испытания радиовещательного РПУ.
Исследование входных цепей.
Исследование усилителей сигналов радиочастоты.
Исследование усилителей сигналов промежуточной частоты.
Исследование детекторов АМ сигналов.
Исследование преобразователей частоты.
Исследование системы АРУ транзисторных приемников.
Исследование элементов ЧМ приемника.
Исследование усилителей и детекторов радиоимпульсных сигналов.
Исследование нелинейных явлений в высокочастотных каскадах РПУ.
Исследование параметрического усилителя.
Исследование шумовых параметров радиоприемных устройств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 02
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Метрические испытания радиовещательного РПУ.
Исследование входных цепей РПУ.
Исследование усилителей сигналов радиочастоты.
Исследование усилителей сигналов промежуточной частоты.
Исследование преобразователей частоты.
Исследование детекторов АМ сигналов
Исследование элементов РПУ ЧМ сигналов.
Исследование систем АРУ.
173
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-45 01 02
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Метрические испытания радиовещательного РПУ.
Исследование входных цепей РПУ.
Исследование усилителей сигналов радиочастоты.
Исследование усилителей сигналов промежуточной частоты.
Исследование преобразователей частоты..
Исследование детекторов АМ сигналов
Исследование элементов РПУ ЧМ сигналов.
Исследование систем АРУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 01
1.
2.
3.
4.
5.
Проектирование радиовещательного РПУ.
Проектирование связного РПУ.
Проектирование радиолокационного РПУ.
Проектирование телевизионного РПУ.
Проектирование РПУ магистральной связи.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-39 01 02
1.
2.
3.
Проектирование радиовещательного РПУ.
Проектирование связного РПУ.
Проектирование радиолокационного РПУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ I-45 01 01
1.
2.
3.
4.
Проектирование радиовещательного РПУ.
Проектирование связного РПУ.
Проектирование радиолокационного РПУ.
Проектирование РПУ магистральной связи.
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА
СТУДЕНТОВ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
Самостоятельная работа направлена на решение задач проектирования,
синтеза и анализа приемников. Перечень задач дается на практических занятиях.
Формы самостоятельной работы студентов: курсовое проектирование,
изучение лекционного материала, работа с литературой, подготовка к практическим занятиям (по одному часу на занятие).
При изучении дисциплины предусматриваются следующие формы контроля: контрольные работы, которые проводятся на лекциях и практических
174
занятиях, проверка конспектов, защита курсового проекта. Итоговая форма
контроля – экзамен по курсу.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Радиоприемные устройства/ Под ред. А.П. Жуковского. - М.: Высш. шк.,
1989.
2. Палшков В.В. Радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь, 1984.
3. Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства. – Мн.: Выш.
шк., 1991.
4. Радиоприемные устройства/ Под ред. Н.Н.Фомина. –М.: Радио и связь,
1996.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Банков В.Н., Барулин Л.Г., Жодзишский М.И. и др. Радиоприемные устройства/ Под ред. Л.Г. Барулина. - М.: Радио и связь, 1984.
2. Голубев В.Н. Оптимизация главного тракта приема РПУ.- М.: Радио и связь,
1982.
3. Семенов К.А., Крылов Г.М., Кузьмин Б.И. и др. Судовые радиоприемные
устройства/Под ред. К.А. Семенова. - М.: Транспорт, 1984.
4. Проектирование радиолокационных приемных устройств./ Под ред. М.М.
Соколова. - М.: Высш. шк., 1984.
5. Сборник задач и упражнений по курсу «Радиоприемные устройства»/ Под
ред. В.И. Сифорова. - М.: Радио и связь, 1984.
6. Головин О.В. Профессиональные РПУ декаметрового диапазона. - М.: Радио
и связь, 1985.
7. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1986.
8. Побережский Е.С. Цифровые РПУ. - М.: Радио и связь, 1987.
9. Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн.- М.: Радио и
связь, 1989.
10.Фуско В. СВЧ цепи. - М.: Радио и связь, 1990.
11.Рэд Э.Т. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: схемы,
блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990.
12.Колесников В.М. Лазерная звукозапись и цифровое радиовещание. - М.: Радио и связь, 1991.
13.Курочкин А.Е. Методы анализа и расчета аналоговых электронных устройств: Метод. пособие по курсовому и дипломному проектированию.-Мн.:
БГУИР, 1994.
14.Курочкин А.Е. Методы проектирования линейных активных фильтров: Метод. пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Мн.: БГУИР,
1995.
15.Горбачев К.С., Рощупкин А.В. Радиоприемные устройства: термины, параметры, ЭМС. Метод. пособие по РПУ. - Мн.: БГУИР, 1997.
16.ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения.
175
17.Радиовещание и электроакустика: Учеб. пособие/ Под ред. Ю.А. Ковалгина.
- М.: Радио и связь, 1998.
18.Методическое пособие по курсовому проектированию радиоприемных
устройств средств связи для студентов специальности “Радиотехника”/ А.Е.
Курочкин, Р.М. Коробов, И.Ю. Малевич, А.В. Рощупкин. - Мн.: БГУИР, 2000
19. Бытовая радиоэлектронная техника: Энциклопедический справочник.-Мн.:
Беларуская Энцыклапедыя, 1995.
20.Малевич И.Ю. Радиоприемные устройства. - Мозырь: Белый ветер, 2000.
21. Проектирование радиоприемных устройств/ Под ред. А.П.Сиверса. - М.:
Сов. радио, 1976.
23. Горшелев В.Д., Красноцветова З.Г., Федорцов Б.Ф. Основы проектирования
радиоприемников. -Л.: Энергия, 1977.
24. Белкин М.К. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. –Львов: Вища шк., 1988.
25. Лабораторный практикум по курсу «Устройства обработки радиосигналов». Ч.1, 2, 3 – Мн.: МРТИ, 1991.
26. Лабораторный практикум по курсу «Специальные вопросы теории и техники радиоприема». Ч.1, 2 – Мн.: МРТИ, 1992.
27. Головин О.В. Радиоприемные устройства. - М.: Горячая линия – Телеком,
2002.
28. Рихтер С.Г. Цифровое радиовещание. –М.: Горячая линия – Телеком, 2004.
176
Утверждена
Председатель УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-064/тип.
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям I-39 01 01 Радиотехника;
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
177
Составитель:
Попов Э.Г., доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Арчаков А.А., главный метролог Белорусского государственного института
метрологии, старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Калашников Г.А., заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения
образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
кандидат технических наук;
Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший
государственный колледж связи» (протокол № 6 от 19.02.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол №
9 от 03.03.2003 г.);
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол №
8 от 10.03.2003 г.)
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
178
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Аналоговые электронные устройства» разработана в
соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для
студентов специальностей I- 39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.
Дисциплина «Аналоговые электронные устройства» находится на стыке
дисциплин, обеспечивающих базовую теоретическую и инженерную
подготовку радиоинженера. Фундаментальной основой для изучения
дисциплины являются знания, полученные в курсах «Высшая математика»,
«Физика»,
«Основы
теории
цепей»,
«Электронные
приборы»,
«Радиоматериалы», «Радиокомпоненты и основы микроэлектроники»,
«Радиотехнические цепи и сигналы» и др.
Целью преподавания дисциплины «Аналоговые электронные устройства»
является формирование у студентов знаний и навыков, позволяющих
осуществлять анализ и схемотехническое проектирование электронных
усилителей и устройств аналоговой обработки электрических сигналов,
построенных на их основе.
В свою очередь, дисциплина «Аналоговые электронные устройства»
служит базовой для изучения ряда специальных дисциплин – «Основы
генерирования и формирования радиосигналов», «Основы приема и обработки
радиосигналов», «Основы телевидения», «Радиотехнические системы» и др.
Типовая программа «Аналоговые электронные устройства» рассчитана
на 121 учебный час. Примерное распределение часов по виду занятий: лекций –
51 час, лабораторных занятий – 34 часа, практических занятий – 34 часа,
курсовое проектирование -3 часа.
В результате изучения дисциплины «Аналоговые электронные
устройства» студент должен:
знать:
- общие принципы усиления электрических сигналов;
- принципы построения и функционирования базовых усилительных каскадов
на различных электронных приборах;
- режимы работы усилительных элементов и методы их задания и
стабилизации;
- принципы
использования
усилителей
для
создания
устройств,
предназначенных для различной обработки электрических сигналов;
- принципы использования обратной связи для получения устройств с
заданными характеристиками;
уметь:
- анализировать работу различных аналоговых схем;
- проектировать различные усилительные каскады на различных
усилительных элементах по заданным параметрам;
- использовать усилители для целенаправленной обработки аналоговых
сигналов;
179
- анализировать работоспособность аналогового устройства по его
принципиальной схеме;
приобрести навыки:
- построения усилительных каскадов и их использования для обработки
электрических сигналов;
- расчета всех цепей, обеспечивающих режим и работоспособность
усилительных каскадов различного назначения;
- использования обратной связи для целенаправленного изменения
параметров усилительных устройств;
- экспериментального исследования аналоговых устройств различного
назначения.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи дисциплины, связь с другими дисциплинами, методические
указания по изучению. Определение АЭУ, области применения и
классификация. Краткий исторический обзор и тенденции развития аналоговой
электронной техники. Определение усилительного устройства. Усилитель –
основной элемент АЭУ. Классификация усилителей. Виды каскадов АЭУ,
способы межкаскадной связи.
Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ
Коэффициенты передачи, входные и выходные данные усилителей.
Частотная, фазовая и переходная характеристики, связь между ними. Линейные
и нелинейные искажения сигнала, нормирование искажений. Шумы и помехи.
Амплитудная характеристика и динамический диапазон. Стабильность
усилителей. Нормирование параметров усилителей различного назначения,
связь с технико-экономическими показателями.
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Усилитель – как четырехполюсник. Определение и классификация
обратных связей, способы организации. Количественная оценка обратной
связи. Влияние обратной связи на параметры усилителей (коэффициенты
передачи, входные и выходные импедансы, частотную, фазовую и переходную
характеристики, динамический диапазон и др.). Устойчивость усилителей,
охваченных ОС. Оценка устойчивости с помощью различных критериев.
Раздел 3. БАЗОВЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Свойства усилительных элементов при различных способах включения
по сигналу. Использование эквивалентных схем для анализа параметров
180
каскадов в частотной и временной областях. Усилительные каскады на
биполярных транзисторах, включенных по схемам с общим эмиттером, с общей
базой и общим коллектором. Сравнительный анализ параметров. Каскады на
полевых транзисторах, включенных по схемам с общим истоком, с общим
стоком и общим затвором.
Раздел 4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В УСИЛИТЕЛНЫХ КАСКАДАХ
Статические и динамические характеристики усилительных элементов.
Режимы А, В, С и D, основные энергетические показатели режимов.
Нестабилизированные цепи питания биполярных транзисторов, причины
дрейфа режима по постоянному току. Стабилизация режима с помощью ООС.
Параметрическая стабилизация. Цепи питания биполярных и полевых
транзисторов. Генераторы стабильного тока (ГСТ) на транзисторах, их
применение.
Раздел 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и
эквивалентные схемы. Оценка основных параметров каскада (входные и
выходные сопротивления, коэффициенты усиления, нелинейные искажения).
Анализ частотных, фазовых и переходных характеристик. Влияние
разделительных и блокировочных конденсаторов на формирование частотных и
переходных
характеристик.
Динамический
диапазон
каскадов
предварительного усиления. Каскады с повышенным входным сопротивлением
на биполярных и полевых транзисторах. Применение составных транзисторов.
Раздел 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ
Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования,
предъявляемые к выходным каскадам. Виды выходных каскадов. Однотактные
выходные каскады. Построение нагрузочных характеристик. Гармонический
анализ выходного сигнала по динамическим характеристикам. Двухтактные
выходные каскады. Особенности работы и свойства двухтактных каскадов.
Энергетические показатели и диаграммы мощности двухтактного каскада в
режиме В. Методы стабилизации режима по постоянному току в двухтактных
каскадах при работе с отсечкой тока. Выходные каскады с повышенным КПД.
Работа в режиме D с широтно-импульсной модуляцией.
Раздел 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
Широкополосные усилители (ШУ) с коррекцией частотных и переходных
характеристик. Методы коррекции характеристик. Дифференциальные
усилители (ДУ) на биполярных и полевых транзисторах. Принцип действия,
181
параметры в режиме малого сигнала. Улучшение параметров ДУ применением
ГСТ и токового зеркала. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля.
Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа характеристик.
Усилители постоянного тока прямого действия. Усилители постоянного тока с
преобразованием. Особенности усилительных каскадов с трансформаторной и
дроссельной связью. Усилительные каскады с динамической нагрузкой.
Каскодный усилитель. Магнитные усилители. Емкостные усилители.
Усилители с распределенной нагрузкой.
Раздел 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В АЭУ
Основные показатели операционных усилителей (ОУ), предъявляемые к
ним требования. Типовые структуры и каскады современных ОУ. Макромодели
ОУ. Принципы анализа схем на ОУ. Инвертирующее и неинвертирующее
включение ОУ. Линейные преобразователи сигналов и на ОУ. Масштабное
преобразование. Суммирование и вычитание сигналов. Преобразователи токнапряжение и напряжение-ток. Дифференциаторы и интеграторы сигналов.
Активные фильтры. Нелинейные преобразователи.
Логарифматоры и
антилогарифматоры. Перемножители сигналов.
Раздел 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Распределение частотных, фазовых и переходных искажений в
многокаскадном усилителе. Использование обратной связи в многокаскадном
усилителе. Устойчивость усилителей с обратной связью. Критерий
устойчивости Найквиста. Обеспечение устойчивости многокаскадных
усилителей с обратной связью. Паразитные обратные связи и борьба с ними.
Обратная связь через источник питания.
Раздел 10. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ
Устройства, обеспечивающие регулировку усиления. Регулировка
частотных характеристик и полосы пропускания. Пассивные и активные
регулировки тембра.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции и перспективы развития АЭУ.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Целью практических занятий является закрепление теоретических
знаний, полученных из лекционного курса, и оказание помощи студентам при
работе над курсовым проектом.
1. Основные параметры и характеристики АЭУ.
182
2.
Обратные связи в АЭУ, оценка вида, определение глубины ООС, влияние
на параметры устройства. Применение обратной связи в АЭУ.
3. Расчет цепей питания биполярных и полевых транзисторов в каскадах
АЭУ.
4. Проектирование каскадов предварительного усиления.
5. Расчет выходных каскадов.
6. Расчет широкополосных и дифференциальных усилителей.
7. Анализ схем многокаскадных АЭУ.
8. Расчет аналоговых устройств на ОУ
9. Проектирование
устройств
аналоговой
обработки
сигналов
с
использованием операционных усилителей.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Методы измерения основных характеристик и параметров АЭУ.
Исследование резисторного каскада на биполярном транзисторе.
Исследование резисторного каскада на полевых транзисторах.
Исследование методов коррекции частотных характеристик.
Исследование эмиттерного и истокового повторителей.
Исследование дифференциального каскада.
Исследование бестрансформаторного усилителя мощности.
Исследование многокаскадного усилителя с цепями обратной связи.
Исследование усилителей и различных АЭУ на ОУ.
Примечание. Отдельные работы могут выполняться с помощью
компьютерного моделирования. Для этого желательно использовать
современные программы схемотехнического моделирования (например
MicroCap 6 и выше).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В качестве тематики для курсового проектирования могут быть выбраны
различные вариации универсальных усилителей сигналов звуковой частоты.
Разработка такого усилителя затрагивает большинство тем, изучаемых в курсе.
Подобная тематика позволяет студенту приложить свои усилия в направлении
формирования частотных характеристик, их коррекции, получения заданной
чувствительности, стабильности характеристик, в приобретении сознательных
навыков использования обратных связей для получения заданных параметров,
анализа и обеспечения температурного режима работы устройства, дает
возможность сравнить разработанное устройство с известными аналогичными.
При разработке такого усилителя могут использоваться каскады в дискретном и
интегральном исполнении. Обязательным является применение методов
машинного расчета для определения общих характеристик разрабатываемого
устройства.
183
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1983.
2. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных
устройств: Учебник для вузов. -М.: Радио и связь, 1997.
3. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов./ Под ред.
О.В.Головина. -М.: Радио и связь, 1994.
4. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.:
Радио и связь, 1989.
5. Гусев В.Т., Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высш. шк., 1991.
6. Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и
упражнений: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Г.В.Войшвилло.- М.:Радио и
связь, 1986.
7. Кубицкий А.А. Задачи и упражнения по электронным усилителям. - М.:
Радио и связь, 1986.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Методическое пособие по
проведению курсового проектирования по курсу «Аналоговые электронные
устройства». - Мн.: БГУИР, 1997.
2. Попов Э.Г. Аналоговые электронные устройства: Метод. пособие. В 5 ч. Мн.: БГУИР, 2002.
3. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Лабораторный практикум по курсу
«Аналоговые электронные устройства». - Мн.: БГУИР, 1997.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1992.
5. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. - М.: Мир, 1991.
6. Бейтон А., Волш В. Аналоговая электроника на операционных
усилителях.- М.: Бином, 1994.
7. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике.
- М.: Энергоатомиздат, 1987.
8. Расчет электронных схем/ Под ред. Г.И.Изъюровой. М.: Высш. шк., 1987.
9. Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности: Справочник. М.: Радио и связь, 1984.
10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2 т. Т.1.: Пер. с англ. Изд.
3-е, стереотип.-М.: Мир, 1986.
11. Кауфман М.,Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам в
электронике: Справочник. В 2 т. Т.1: Пер. с англ.- М.:Энергоатомиздат, 1991.
12. Расчет электронных схем/ Г.И.Изъюрова и др. -М.: Высш. шк., 1987.
13. Сапаров В.Е.,Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и
радиоэлектронике. -М.: Радио и связь, 1985.
14. Усатенко С.Т. и др. Выполнение электрических схем по ЕСКД.
Справочник. -М.: Изд. стандартов, 1989.
15. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА:
Справочное пособие/ Э.Т.Романычева и др. -М.: Радио и связь, 1984.
184
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 29 » октября 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-065/тип.
ЦИФРОВЫЕ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям:
I-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
I-45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций,
I-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения,
I-45 01 03 Сети телекоммуникаций
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 25 » октября 2004 г.
185
Составители:
В.Н. Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук;
Р.Г. Ходасевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 3 от 20.10.2004 г.);
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 3 от 08.10 .2004 г.);
Кафедрой защиты информации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 3
от 12.10 .2004 г.)
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 18.10.2004 г.);
Научно-методическим советом по направлению I-45 Телекоммуникации УМО
вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 18.10.2004 г.)
Действует до утверждения oбразовательного стандарта по специальностям.
186
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Цифровые и микропроцессорные устройства» разработана
для студентов специальностей I-39 01 02
Радиоэлектронные системы,
I-45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций, I-45 01 02 Системы
радиосвязи, радиовещания и телевидения, I-45 01 03 Сети телекоммуникаций.
Цель изучения дисциплины - дать студентам знания по фундаментальным
основам цифровой и вычислительной техники, а также по вопросам проектирования микропроцессорных устройств, реализующих цифровые методы управления, формирования и обработки сигналов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
-основные типы импульсных и цифровых устройств, их назначение, принципы
работы, параметры и характеристики, схемотехнические методы построения,
булеву алгебру, методы лингвистического описания логических схем;
-арифметические и логические основы вычислительной техники, формы представления информации в электронных цифровых вычислительных устройствах,
принципы организации и работы запоминающих устройств, архитектуру и
функционирование микропроцессора и микрокомпьютера;
уметь характеризовать:
-физические процессы, происходящие в цифровых и микропроцессорных
устройствах;
уметь анализировать:
-импульсные устройства, используя расчетные соотношения, связывающие характеристики устройств с параметрами радиоэлектронных компонентов;
-цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных
автоматов;
приобрести навыки:
-анализа и синтеза комбинационных и последовательностных устройств;
-составления алгоритмов и программ на Ассемблере, реализующих типовые
процедуры формирования сигналов, арифметические и логические преобразования, а также ввод и вывод информации.
Исследования импульсных и цифровых схем в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить методом компьютерного
моделирования с помощью пакета программ WORKBENCH ELECTRONIC.
Исследования принципов функционирования микропроцессорного
вычислителя, а также отладку программ для него в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить на компьютерах в
интегрированной среде MPLAB.
Программа рассчитана на объем 220 часов, в том числе 170 аудиторных.
Программа состоит из двух частей. Распределение времени между
частями – равное. Дисциплина должна изучаться в двух соседних семестрах.
Итоговый контроль знаний обеспечивается проведением экзаменов по каждой
части.
187
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ЧАСТЬ 1. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
ВВЕДЕНИЕ
Основные задачи дисциплины. Характеристики импульсного процесса.
Виды импульсных сигналов. Параметры электрических импульсов. Элементная база импульсной техники: пассивные линейные цепи, нелинейные элементы, ключевые устройства, операционные усилители, функциональные импульсные устройства. Типы и общая характеристика импульсных и цифровых
устройств. Основные исторические вехи в развитии импульсных и цифровых
устройств. Место дисциплины в ряду других дисциплин специальности.
Раздел 1. ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
Преобразование импульсных сигналов RC-цепями. Укорачивание и удлинение импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных элементов и импеданса нагрузки на форму выходных сигналов RC-цепей. Применение операционных усилителей с обратными связями для улучшения формы выходных
сигналов. Формирование импульсных сигналов с помощью длинных и искусственных линий задержки.
Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилителиограничители на операционных усилителях и логических элементах. Фиксация
начального уровня импульсных сигналов. Усилители-формирователи укороченных импульсов.
Раздел 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ
Алгебра логики: основные понятия. Логические переменные. Простейшие
логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение.
Логические функции. Способы задания логических функций. Основные законы
и правила алгебры логики. Преобразование булевых выражений. Тождественные преобразования. Дизъюнктивные нормальные формы логических выражений, отрицание выражений. Минимизация логических функций. Аналитические и табличные методы минимизации. Минимизация не полностью определенных логических функций. Логические схемы. Логический базис. Построение логических схем по логическим уравнениям. Операция неравнозначности,
реализация ее в различных базисах. Комбинационные схемы. Синтез комбинационных схем. Примеры синтеза двоичного сумматора и преобразователя кодов.
188
Раздел 3. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Характеристики электронных ключей. Диодные ключи.
Ключи на биполярных транзисторах. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики насыщенного транзисторного ключа с
общим эмиттером. Методы повышения быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с отрицательной нелинейной обратной связью.
Ключевые схемы на МДП (МОП) -транзисторах.
Логические элементы. Основные параметры и характеристики логических
элементов. Общая характеристика серий цифровых интегральных микросхем.
Условные обозначения цифровых микросхем. Параметры, характеристики и
особенности схемотехнического построения базовых логических элементов:
диодно-транзисторной логики (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логики
(ТТЛ), транзисторно-транзисторной логики с диодами Шотки (ТТЛШ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), инжекционно-интегральной логики (ИИЛ),
элементов на МДП (МОП), КМДП (КМОП)- структурах. Многовходовые и
многоступенчатые интегральные ключевые схемы.
Типы выходных каскадов цифровых элементов: логический выход, элемент с тремя устойчивыми состояниями выхода, выход с открытым коллектором (стоком), выход с открытым эмиттером (истоком). Типовые ситуации при
построении узлов и устройств на стандартных ИС: режим неиспользуемых входов, режим неиспользуемых элементов, наращивание числа входов.
Раздел 4. ТРИГГЕРЫ
Общие понятия о последовательных автоматах. Триггеры. Классификация триггеров, условные обозначения. Симметричные статические триггеры на
потенциальных логических элементах. Асинхронный RS-триггер. Синхронный
RS-триггер. Синхронный RS-триггер с динамическим управлением записью.
Синхронный двухступенчатый RS-триггер (МS-триггер). D-триггеры. Ттриггеры. JK-триггеры. Реализация D- и T-триггеров на JK-триггере. Комбинированные триггеры.
Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), принцип действия, назначение, условия работоспособности, основные характеристики, реализация на различных компонентах.
Триггер на операционном усилителе.
Раздел 5. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Регистры: параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры
сдвига), параллельно-последовательные, реверсивные, специализированные.
Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с последовательным, параллельным и сквозным переносами. Двоично-десятичные
счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета.
189
Шифраторы и дешифраторы. Наращивание размерности приоритетного
шифратора. Наращивание размерности дешифратора. Применение дешифраторов для реализации произвольных логических функций. Мультиплексоры и демультиплексоры. Наращивание размерности мультиплексора.
Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.
Раздел 6. ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Общие сведения о генераторах прямоугольных импульсов.
Мультивибраторы. Основные характеристики и режимы работы мультивибраторов.
Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах: принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики.
Мультивибратор на триггере Шмитта: принцип действия, основные характеристики.
Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и
ждущем режимах: принцип действия и основные характеристики.
Интегральные таймеры. Мультивибраторы на интегральных таймерах:
принцип действия, варианты схемной реализации, характеристики.
Раздел 7. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Основные характеристики и области применения генераторов линейно
изменяющегося напряжения (ГЛИН). Принцип действия и основные характеристики ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью. Методы улучшения линейности ГЛИН: ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником; ГЛИН с компенсирующей ЭДС; ГЛИН с емкостной обратной связью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные направления и перспективы развития импульсных и цифровых
устройств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Минимизация логических функций аналитическим и табличным методами.
2. Анализ и синтез комбинационных схем на логических элементах.
3. Реализация логических выражений и устройств на мультиплексорах.
4. Анализ и синтез триггеров и счетчиков.
190
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Моделирование работы импульсных и цифровых устройств в среде «WORKBENCH ELEСTRONIC».
2. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах.
3. Исследование интегральных ключевых схем.
4. Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.
5. Исследование триггерных схем.
6. Исследование регистров и двоичных счетчиков.
7. Исследование мультивибраторов.
8. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.
ЧАСТЬ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
ВВЕДЕНИЕ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ
Краткие исторические сведения по развитию и применению электронных
цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ). Типовая структура микрокомпьютера, назначение его отдельных функциональных блоков, общие сведения о
его функционировании. Основные термины, используемые в вычислительной и
микропроцессорной технике. Применение микропроцессоров - новый этап в
развитии радиоэлектронных устройств и систем.
Раздел 1. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЭЦВУ
Системы счисления, используемые в ЭЦВУ: двоичная, восьмеричная,
шестнадцатеричная, двоично-десятичная. Преобразование записи чисел из одной системы счисления в другую. Представление чисел в ЭЦВУ с фиксированной и плавающей точками. Представление символьной информации в ЭЦВУ.
Специальные машинные коды: прямой, обратный, дополнительный.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. ЦАП с взвешенными резисторами.
ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R. ЦАП на основе широтно-импульсной
модуляции.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. АЦП параллельного действия.
АЦП с ЦАП в цепи обратной связи следящего типа, последовательного типа и
последовательного приближения. АЦП на основе двойного интегрирования.
Раздел 2. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЦВУ
Поразрядные операции над числами. Операции сдвига. Сложение и вычитание целых двоичных чисел. Сложение и вычитание действительных чисел.
Сложение и вычитание чисел в двоично-кодированной десятичной системе
счисления. Умножение и деление двоичных чисел с фиксированной запятой.
191
Умножение и деление двоичных чисел с плавающей запятой. Точность выполнения арифметических операций, округления. Табличные методы выполнения
арифметических операций.
Раздел 3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТЫ
Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Выполнение логических операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия
теории конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время. Способы задания функционирования автомата: таблица переходов и
выходов, граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы
Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Автоматы на основе
микропрограммного управления. Сравнение по быстродействию автоматов с
жесткой и программируемой логикой.
Раздел 4. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭЦВУ
Типы запоминающих устройств (ЗУ) и их назначение. Классификация и
основные характеристики полупроводниковых ЗУ. Статические ЗУ. Динамические ЗУ. ЗУ на приборах с зарядовой связью. ЗУ на цилиндрических магнитных
доменах. Функциональные схемы оперативных ЗУ. Функциональные схемы постоянных ЗУ и перепрограммируемых постоянных ЗУ. Организация многокристальной памяти. Программирование постоянных ЗУ. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Реализация логических функций на ПЛМ. Программируемые матрицы логики (ПМЛ). ПМЛ с программируемым выходным буфером. ПМЛ с разделяемыми конъюнкторами. Типовые САПР цифровых
устройств на ПЛИС.
Раздел 5. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЯ
Понятие об архитектуре микропроцессора.
Типовая структура универсального микропроцессора. Назначение функциональных блоков микропроцессора: арифметико-логического устройства,
операционных регистров, управляющих регистров, регистра флагов, дешифратора команд, устройства управления. Назначение и состав шин данных, адреса
и управления. Назначение сигнальных линий шины управления. Взаимодействие функциональных блоков микропроцессора. Организация чтения/записи,
ввода/вывода байтов информации в микропроцессоре. Циклы работы микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора. Организация вычислителя на
универсальном микропроцессоре.
Структура команд. Форматы команд. Классификация операций: арифметические, логические, пересылочные, управления, ввода/вывода. Основные
192
способы адресации: прямая, непосредственная, неявная, косвенная, регистровая, стековая, автоинкрементная, автодекрементная.
Система команд универсального микропроцессора.
Раздел 6. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Понятие алгоритма. Этапы программирования. Составление схем алгоритмов. Программирование в мнемокодах. Программирование типовых процедур: организация счетчика циклов, определение модуля числа, формирование
временной задержки, сложение чисел, умножение чисел, ввод и вывод данных.
Особенности составления программ на Ассемблере. Псевдокоманды Ассемблера. Использование средств макроопределения. Подпрограммы. Компиляция. Загрузка программ. Занесение программ в ПЗУ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные тенденции развития микропроцессорных устройств. Повышение удельного веса цифровых устройств в общем объеме оборудования радиоэлектронных средств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Методы представления информации в ЭЦВУ. Системы счисления. Алгоритмы сложения и вычитания двоичных чисел.
2. Алгоритмы умножения и деления двоичных чисел. Двоично-кодированные
десятичные числа, сложение и вычитание в двоично-десятичной системе счисления.
3. Последовательностные цифровые автоматы. Минимизация абстрактного автомата.
4. Структурный синтез цифрового автомата.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование методов цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов.
2. Архитектура микропроцессорного вычислителя, программирование на Ассемблере. Инструментальные средства отладки программ для микропроцессорного вычислителя.
3. Методы и алгоритмы формирования импульсных сигналов на микропроцессорном вычислителе.
4. Программирование и исследование процедур отображения цифровой информации в микропроцессорных устройствах.
5. Программирование и исследование процедур ввода информации с клавиатуры в микропроцессорных устройствах.
193
6. Программирование и исследование процедур арифметических и логических
преобразований информации в микропроцессорном вычислителе.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Цель работы: развитие навыков практического проектирования специализированных вычислителей, устройств управления, устройств формирования и
обработки сигналов на базе микропроцессоров и микроконтроллеров. Задачей
курсового проекта является разработка функционально законченного устройства.
Примерная тематика работ:
1. Генератор стандартного сигнала с цифровым управлением и индикацией параметров.
2. Генератор сигнала специальной формы с цифровым управлением и индикацией параметров.
3. Цифровой измеритель параметров сигнала.
4. Цифровой измеритель параметров физического процесса.
5. Микропроцессорное устройство функционального контроля интегральных
микросхем.
6. Таймер с цифровым управлением и индикацией.
7. Контроллер аппарата или прибора.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.:Радио и связь, 1992.
2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш.
шк., 1989.
3. Зельдин Е.А. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь,
1991.
4. Лихтциндер П.Я., Кузнецов В.Н. Микропроцессоры и вычислительные
устройства в радиотехнике. - Киев: Вища шк., 1988.
5. Сергеев Н.Р., Вашкевич Н.Р. Основы вычислительной техники: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.
6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие
для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
7. Богданович М.Н. и др. Цифровые интегральные микросхемы. -Мн.:Беларусь,
1996.
8. Левкович В.Н. Архитектура и основы программирования однокристальных
микроконтроллеров PIC16F84. - Мн.:БГУИР, 2002.
9. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных
микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
10. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.-СПб: БХВ, 2001.
194
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства: Учебник для радиотехнических
специальностей вузов. М.:Радио и связь, 1981.
2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. – М.: Гелиос АРВ, 2002.
3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.
4. Казаринов Ю.М. и др. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах. Учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов. - М.: Высш.
шк., 1988.
5. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров: Справ.
пособие. - Мн.: Выш. шк., 1989. - 352 с.
6. Токхайм Р. Микропроцессоры: Курс и упражнения: Пер. с англ./ Под ред.
В.Н. Грасевича. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
7. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16c8x: Пер. с англ./Под
ред. А.Н. Владимирова. – Рига.:ORMIX, 1996.
8. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. - М.: Мир, 2001.
9. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/ Е.К. Александров,
Р.И. Грушвицкий и др.; Под общ. ред. Д.В. Пузанкова.-СПб.: Политехника,
2002.
10.Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на
микросхемах программируемой логики.-СПб.: БХВ, 2002.
195
СОДЕРЖАНИЕ
Введение в специальность……………………………………………………..……3
Системы радиолокации……………………………………………………………..9
Радиосистемы передачи информации…………………………………………….17
Оптическая обработка сигналов…………………………………………………...25
Теория радиосистем………………………………………………………………..31
Телевидение и отображение информации………………………………………..41
Основы проектирования и эксплуатации
радиоэлектронных систем………………………………………………………....53
Системы радионавигации………………………………………………………….61
Системы радиоуправления………………………………………………………...67
Вычислительные и коммуникационные
средства радиосистем…………………………………………….………………..75
Основы цифровой и микропроцессорной техники………………………………81
Теория кодирования и защита информации……………………………………...93
Антенны и устройства СВЧ………………………………………………………105
Конструирование и технология производства
радиоэлектронных средств……………………………………………………….119
Радиопередающие устройства……………………………………………………127
Цифровая обработка сигналов…………………………………………………...135
Радиоавтоматика…………………………………………………………………..145
Электромагнитная совместимость……………………………………………….153
Радиоприемные устройства………………………………………………………159
Аналоговые электронные устройства……………………………………………177
Цифровые и микропроцессорные устройства…………………………………..185
196
Учебное издание
СБОРНИК
ТИПОВЫХ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ
ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ -39 01 02
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Ответственный за выпуск Ц.С. Шикова
Редакторы Е.Н. Батурчик, Т.Н. Крюкова
Подписано в печать 29.12.2004.
Гарнитура «Таймс».
Уч.-изд. л. 7,3.
Формат 60х84 1/16.
Печать ризографическая.
Тираж 65 экз.
Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 11,63.
Заказ 752.
Издатель и полиграфическое исполнение: Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Лицензия на осуществление издательской деятельности №02330/0056964 от 01.04.2004.
Лицензия на осуществление полиграфической деятельности №02330/0133108 от 30.04.2004.
220013, Минск, П. Бровки, 6
197
198