Методы анализа и синтеза радиотехнических системx

Реклама
МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Министерство образования и науки российской федерации
Владивостокский государственный университет экономики
и сервиса
МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Учебная программа дисциплины
по направлению подготовки
210400.68 Радиотехника. Методы, системы и комплексы
радиоэлектронной борьбы
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2013
ББК 32.841
Рабочая программа учебной дисциплины «Методы анализа и
синтеза радиотехнических систем» составлена в соответствии с
требованиями ООП
для направлений 210400.68 Радиотехника.
Методы, системы и комплексы радиоэлектронной борьбы на базе
ФГОС ВПО.
Составитель: Левашов Ю.А., доцент кафедры электроники.
.
Утверждена на заседании кафедры электроники от 16.02.2011 г.,
протокол № 5, редакция 2013 г.
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией
Института информатики, инноваций и бизнес систем ВГУЭС.
© Издательство Владивостокский
государственный университет
экономики и сервиса, 2013
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Методы анализа и синтеза радиотехнических
систем» относиться к циклу дисциплин по выбору базовой части
учебного плана магистров по направлению «Радиотехника». Эта
дисциплина обеспечивает научно-исследовательскую работу и
выполнение выпускной квалификационной работы. Может быть
полезна
для
углубленного
изучения
последующих
профессиональных дисциплин: «Системы радиолокации и
радионавигации»,
«Системы
радиоэлектронной
борьбы»,
«Цифровая обработка сигналов в защищённых каналах связи».
Рабочая программа учебной дисциплины «Методы анализа и
синтеза радиотехнических систем » составлена в соответствии с
требованиями ООП
для направлений 210400.68 Радиотехника.
Методы, системы и комплексы радиоэлектронной борьбы на базе
ФГОС ВПО.
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1 Цели освоения учебной дисциплины
Целью преподавания дисциплины является изучение и усвоение
современных методов анализа и синтеза оптимальных и
квазиоптимальных
устройств
обработки
радиосигналов
в
радиотехнических системах, а так же: научить студентов рационально
выбирать форму и структуру построения сигнала по заданным тактикотехническим характеристикам системы; привить системный подход к
проектированию радиоэлектронных средств
1.2 Место учебной дисциплины в структуре ООП (связь
с другими дисциплинами)
Место дисциплины в структуре основной образовательной
программы (ООП) ВПО
ООП
210400.68
Радиотехник
а. Методы,
системы и
комплексы
радиоэлектр
онной
борьбы
Форма
обучения
ОФО
Блок
М.1/Базовая
(общепрофесс
иональная)
часть
Трудоемк
Форма
ость (З.Е.) промежуточн
ого контроля
3
З
Дисциплина тесно связана и опирается на ранее изученные
дисциплины: «Математическое моделирование и проектирование
радиотехнических устройств и систем», «Теория и техника
эксперимента», «Радиотехнические системы передачи информации».
Для освоения дисциплины «Системы и устройства передачи,
приёма и обработки сигналов» студент должен:
знать технологию работы на персональном компьютере в
современных информационных средах, математические модели
основных классов радиотехнических сигналов и устройств для их
обработки, аппаратуру и методы измерения параметров
радиоэлектронных
устройств,
аналоговую
и
цифровую
схемотехнику;
уметь применять математические методы для решения
практических
задач,
использовать
стандартные
пакеты
прикладных программ для решения практических задач,
применять алгоритмы цифровой обработки сигналов;
владеть навыкам решения дифференциальных и разностных
уравнений, дифференциального и интегрального исчисления,
спектральными методами анализа детерминированных и случайных
сигналов и их преобразований в электрических цепях.
Знания, умения и владения, полученные студентами в результате
изучения дисциплины, могут быть использованы для освоения
следующих дисциплин: «Системы радиолокации и радионавигации»,
«Системы радиоэлектронной борьбы», «Спутниковые навигационные
системы», «Цифровая обработка сигналов в защищённых каналах
связи»; прохождения научно-исследовательских практик, подготовки
магистерской
диссертации
и
дальнейшей
профессиональной
деятельности.
1.3 Компетенции обучающегося, формируемые в
результате освоения учебной дисциплины
В результате освоения дисциплины у обучающегося должны быть
сформированы компетенции:
Результаты освоения дисциплины (формируемые компетенции и
ЗУВ)
ООП
Вид компетенций
210400.68
Радиотехника.
Методы, системы и
комплексы
радиоэлектронной
борьбы
Профессиональные
Компетенции
ПК-3 способностью
понимать основные
проблемы в своей
предметной области,
выбирать методы и
средства их решения
ПК-4 способностью
самостоятельно
приобретать и
использовать в
практической
деятельности новые
знания и умения, в том
числе в новых областях
знаний, непосредственно
не связанных со сферой
деятельности
ПК-5 способностью к
профессиональной
эксплуатации
современного
оборудования и
приборов (в
соответствии с целями
магистерской
программы)
ПК-9 способностью
проектировать
радиотехнические
устройства, приборы,
системы и комплексы с
учетом заданных
требований
ПК-18 способностью
разрабатывать и
обеспечивать
программную
реализацию
эффективных
алгоритмов решения
сформулированных
задач с использованием
современных языков
программирования
В результате освоения дисциплины у обучающегося должны быть
сформированы знания, умения, владения:
Формируемые знания, умения, владения
ООП
210400.68
Радиотехника.
Методы, системы
и комплексы
Коды
компетенций
ПК-3
Знания, Умения, Владения
Знания:
методы разделения
каналов, модуляции
и кодирования,
разнесенного приема
радиоэлектронной
борьбы
и синхронизации в
РТС
характеристики
передаваемых
сообщений,
критерии и
предельные
характеристики
качества передачи
информации
ПК-4
ПК-5
Владения:
методами поиска
решения научнотехнической
проблемы на основе
достижений
отечественной и
зарубежной науки,
техники и
технологии
Знания:
принципы работы
систем
автоматического
регулирования в
устройствах приема
и обработки
радиосигналов
Знания:
принципы
построения
радиотехнических
систем (РТС)
передачи
информации
Умения:
применять методы
теории оптимальных
решений при
проектировании
радиосистем
передачи
информации,
радиолокационных и
радионавигационных
ПК-9
систем
ПК-18
Умения:
применять методы
теории оптимальных
решений при
проектировании
радиосистем
передачи
информации,
радиолокационных и
радионавигационных
систем
1.4 Основные виды занятий и особенности их
проведения
Объем и сроки изучения дисциплины:
Общая трудоемкость дисциплин составляет 3 зачетных единицы,
108 часов. Из них 24 часов – аудиторной работы, 84 часов –
самостоятельной работы. Удельный вес занятий, проводимых в
интерактивных формах, составляет 30 процентов аудиторных занятий.
Промежуточная аттестация по курсу – зачет.
Дисциплина «Методы анализа и синтеза радиотехнических
систем» включает в себя:
- лекционные занятия;
- практические занятия;
- консультации;
- самостоятельная работа студентов;
- научные семинары;
- участие в студенческих конференциях;
- встречи с представителями российских и зарубежных компаний.
1.5 Виды контроля и отчетности по дисциплине
Контроль успеваемости студентов осуществляется в соответствии с
рейтинговой системой оценки знаний студентов.
Текущий контроль предполагает:
- проверку уровня самостоятельной подготовки студента при
выполнении индивидуального задания;
- опросы и дискуссии по основным моментам изучаемой темы;
- проведение контрольных работ по блокам изученного материала;
- доклады по индивидуальным темам в форме презентаций.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Темы лекций
Тема 1. Статические алгоритмы Извлечения (Выделения)
информации в РТС. (2 часа)
Основные
задачи
теории
оптимальных
методов
радиоприема. Статистическое описание процедур извлечения
информации: обнаружение и различение сигналов, оценка и
фильтрация неизвестных параметров сигналов, разрешение
сигналов
и
распознавание
образов,
обобщение
на
пространственно временной случай. Понятие об апостериорной
вероятности. Критерии оптимального приема.
Тема 2. Обнаружение радиосигналов. (2 часа)
Простое
и
сложное
обнаружение.
Обнаружение
детерминированного сигнала. Синтез структуры оптимального
обнаружителя
и
характеристики
обнаружения.
Обнаружение
радиосигнала с неизвестной начальной фазой. Синтез структуры
оптимального
обнаружителя
и характеристики
обнаружения.
Обнаружение радиосигнала с неизвестной начальной фазой и
флуктуирующей амплитудой. Синтез структуры оптимального
обнаружителя и характеристики обнаружения.
2.2 Перечень тем практических занятий
Тема 1. Оптимальные линейный фильтры. (4 часа)
Оптимальный линейный фильтр, работающий по критерию
минимума среднеквадратической ошибки. Синтез и анализ
возможностей
фильтра.
Практическая
реализация
фильтра.
Оптимальный согласованный фильтр. Синтез и анализ возможностей
фильтра. Примеры практической реализации согласованных фильтров
для различных сигналов.
Тема 2. Структуры обнаружителей на согласованных
фильтрах. (2 часа)
Обнаружение пакетов радиоимпульсов. Синтез структур.
Структуры обнаружителей когерентного и некогерентного пакетов
радиоимпульсов.
Характеристики
обнаружителя.
Обнаружение
случайного сигнала. Синтез структуры и характеристики обнаружения.
Тема 3. Различия радиосигналов. (4 часа)
Оптимальное различение двух детерминированных сигналов.
Синтез структуры различителя и потенциальная оценка качества
различения. Оптимальное различение детерминированных сигналов.
Структуры
различителей
и
оценка
их
потенциальной
помехоустойчивости.
Оптимальное
различение
сигналов
с
неизвестными фазами. Структуры различителей и оценка их
потенциальной помехоустойчивости. Обнаружение и различение
сигналов с неизвестными параметрами.
Тема 4. Оценка неизвестных параметров радиосигнала (4 часа)
Оценка фазы радиоимпульса. Синтез структурной схемы и ее
потенциальные характеристики. Оценка временного положения
радиосигнала. Синтез структурной схемы и ее оптимальные
характеристики. Оценка смещения частоты радиосигнала, синтез
структурной схемы и ее потенциальные характеристики. Совместная
оценка временного запаздывания и смещения частоты радиосигнала.
Требования к функции неопределенности радиосигнала при совместной
оценке.
Тема 5. Разрешение сигналов. (4 часа)
Разрешение как статистическая задача. Разрешение-обнаружение,
разрешение измерение. Разрешение сигналов по времени и частоте.
Роль принципа неопределенности в задачах разрешения. Понятие о
синтезе сигналов и фильтров, оптимальных по критериям разрешающей
способности. Пространственно-временное разрешение сигналов. Роль
сложных сигналов в задачах разрешения. Распознавание образов.
2.3 Самостоятельная работа студентов
Тема 1. Оптимальные линейный фильтры. (16 часов)
Тема 2. Обнаружение радиосигналов. Структуры обнаружителей
на согласованных фильтрах. (16 часов)
Тема 3. Различия радиосигналов. (18 часов)
Тема 4. Оценка неизвестных параметров радиосигнала (18 часов)
Тема 5. Разрешение сигналов. (16 часов)
3. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При
проведении
занятий
образовательные технологии:
используются
следующие
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с
использованием компьютерных презентаций и видеороликов.
Практические занятия проводятся в интерактивной форме.
Интерактивные методы – дискуссии, ситуационный анализ, который
проходит в виде обсуждения и анализа деловых ситуаций, анализа
вариантов решения проблемы, обоснования выбора оптимального
решения поставленной задачи.
Самостоятельная работа включает в себя подготовку к
контрольным изучение теоретического материала перед выполнением
практической работы, анализ результатов, полученных в ходе
выполнения работы.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
4.1 Перечень и тематика самостоятельных работ
студентов по дисциплине
Тематика самостоятельной работы студентов определяется
содержанием лекционных и практических занятий.
Тема 1. Оптимальные линейные фильтры (ИДЗ)
Тема 2. Структуры обнаружителей на согласованных фильтрах (Эссе)
Тема 3. Различие радиосигналов (Эссе)
Тема 4. Оценка неизвестных параметров радиосигналов (ИДЗ)
Тема 5. Разрешение сигналов (Эссе)
4.2 Контрольные вопросы для самостоятельной оценки
качества освоения учебной дисциплины
1. Укажите основные задачи оптимальной линейной фильтрации?
2. Какие критерии используются для построения оптимальных
фильтров?
3. Объясните основные принципы построения оптимальных фильтров.
В чем их преимущества?
4. Приведите основные частотно временные характеристики
оптимальных фильтров?
5. Чему равно минимальное значение сигнал/помеха на выходе фильтра
и от чего это зависит?
6. Для каких сигналов можно реализовать оптимальный фильтр и
каковы условия его физической реализуемости?
7. Сохраняется ли форма импульса на выходе оптимального фильтра и
какой она имеет вид?
8. Что понимают под задачей обнаружения сигнала и как эта задача
связана с задачей различения сигналов?
9. Как формируется задача обнаружения сигналов в терминах задачи
проверки статических гипотез?
10. В чем суть байесовского подхода к проверке гипотез в задаче
обнаружения сигнала?
11. Из каких соображений нужно выбирать значения коэффициентов
риска при синтезе алгоритма обнаружения сигнала?
12. Что такое отношение правдоподобия и как оно используется в
алгоритмах обнаружения сигналов?
13. Как формируется задача различия сигналов в терминах задаче
проверки статистических гипотез?
14. В чем суть алгоритма максимума апостериорной вероятности в
задаче различия сигналов?
15. В чем отличие задачи когерентного приема от задачи
некогерентного приема?
16. Что такое корреляционный приемник?
17. Что такое квадратурный приемник и где он применяется?
18. Какова схема приемника, оптимального для обнаружения сигнала с
неопределенной фазой и амплитудой?
19. В каком случае оптимален энергетический приемник?
20. Чем отличаются обнаружители когерентного и флуктуирующего
пакетов импульсов?
21. Как реализовать оптимальный приемник для случая аддитивного
гауссовского небелого шума?
22. Какие параметры сигнала называют энергетическими, а какие
неэнергетическими?
23. Какие параметры сигнала называют мешающими?
24.Что такое функция неопределенности сигнала по параметру?
25. Что такое аномальные ошибки в теории оценивания?
26. Что понимают под задачей разрешения сигнала?
27. Что такое разрешающая способность системы по параметру?
28. В чем смысл принципа неопределенности Вудворда?
4.3. Методические рекомендации по организации СРС
Задания для самостоятельного изучения теоретического материала
выдаются ведущим преподавателем на аудиторных занятиях с
указанием источников для работы, возможностью консультации у
ведущего преподавателя и самоконтролем по контрольным вопросам.
Индивидуальные домашние задания закрепляют материал,
пройденный на практических занятиях, выдаются и проверяются на
практических занятиях или на индивидуальных консультациях.
Для допуска к выполнению практической работы студент должен
изучить соответствующий теоретический материал и разобраться в
методике выполнения работы. После выполнения работы студент
предъявляет преподавателю результаты расчётов и получает
разрешение на оформление отчёта. В отчёте студент делает выводы о
результате проделанной работы и по контрольным вопросам готовиться
к защите.
4.4. Рекомендации по работе с литературой
В качестве основного учебника рекомендуются [1], включающий
основные дидактические единицы Государственных образовательных
стандартов по направлению 210400.68 «Радиотехника».
Для углубленного изучения отдельных тем дисциплины и
выполнения самостоятельной работы студентов рекомендуются [2,3].
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1 Основная литература
1. Горячкин, Олег Валерьевич. Лекции по статистической теории
систем радиотехники и связи: учебное пособие для студентов вузов,
обучающихся по специальности 210400 «Телекоммуникации» / О.В .
Горячкин. – М.: Радиотехника, 2008. – 192с.: ил.
5.2 Дополнительная литература
2. Радиотехнические системы: учебник для студ. вузов / [авт. Ю.М.
Казаринов, Ю. А Коломенский, В.М. Кутузов и др.]; под ред. Ю.М.
Казаринова. – М.: Академия, 2008. – 592с.
3. Романюк, Виталий Александрович. Основы радиосвязи: учебное
пособие для студентов вузов / В.А. Романюк; Моск.гос.ин-т
электронной техники. (техн. Ун-т).-М.: Юрайт: ИД Юрайт, 2011.-287с.
(Основы наук)
5.3 Полнотекстовые базы данных
Библиотека ВГУЭС URL: http://lib.vvsu.ru
5.4 Интернет-ресурсы
Библиотека стандартов ГОСТ URL: http://www.gost.ru
Библиотека изобретении, патентов, товарных знаков РФ [сайт]
URL: http://www.fips.ru
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
а) программное обеспечение: Matlab версии 10 и выше
б) техническое и лабораторное обеспечение: Универсальные средства
измерений: вольтметры различных значений (пиковые, квадратичные,
средневыпрямленных значений), цифровые мультиметры, селективные
вольтметры, генераторы синусоидальных, импульсных сигналов и
сигналов специальной формы, цифровые частотометры, анализаторы
спектра, электронные осциллографы. Для ряда практических работ
используются компьютеры с интерфейсным блоком, позволяющим
выполнять все функции.
7. СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
Оптимальный прием сигналов – область радиотехники, в
которой обработка принимаемых сигналов осуществляется на основе
методов математической статистики.
Функция правдоподобия – это совместное распределение
выборки из параметрического распределения, рассматриваемое как
функция параметра.
Метод максимального правдоподобия - этот метод оценивания
неизвестного параметра путем максимизации функции правдоподобия.
Разрешение сигналов – раздельное извлечение информации из
однотипных налагающихся друг на друга сигналов.
Обнаружение сигнала – анализ приятого колебания с целю
установления наличия сигнала в этом колебании на фоне помех.
Различение сигнала – задача нахождения алгоритма или правила
оптимального принятия решения о наличии одного из нескольких
возможных сигналов в приятом колебании.
Когерентный пакет импульсов - импульсы пакета полностью
известны на приемной стороне.
Некогерентный пакет импульсов – импульсы пакета имебт
случайные независимые фазы.
Флуктуирующий пакет импульсов – импульсы пакета имеют
случайные независимые амплитуды и начальные фазы.
Согласованный фильтр – это линейный фильтр, на выводе
которого обеспечивается максимально возможное отношение
сигнал/шум при приеме сигнала известной формы на фоне белого шума.
Оптимальный фильтр – стационарная линейная частотноизбирательная система, выполняющая обработку аддитивной смеси
сигнала и шума наилучшим образом.
Скачать