Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск

Дисциплина "Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем" входит в базовую часть общенаучного цикла занятий учебного плана подготовки магистров по направлению 210400 "Радиотехника".

Преподается на втором семестре первого года обучения магистров (5 курс). Нагрузка составляет 4 академических часа в неделю, 2 из которых - лекции, 1 ч. - практические занятия и 1 ч. - лабораторные работы. Всего 144 часа, из которых половина, 72, - на самостоятельную работу.

Учебный план не предполагает курсовых проектов, но включает расчетное задание и экзамен по дисциплине.

По дисциплине подготовлен электронный учебно-методический комплекс.

Содержание

Правила аттестации

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение и защита 4 лабораторных работ и расчетного задания.

Лабораторные работы выполняются на территории университета после получения соответствующего допуска, который основывается на наличии теоретических знаний по работе и выполнении домашней подготовки.

При пропуске лабораторной работы по причине недопуска или неявки деканатом назначается отработка во время зачетной недели. При наличии предварительной договоренности с преподавателем до начала лабораторной работы отработка может быть выполнена до зачетной недели.

Календарным планом предусмотрено проведение 8 практических занятий. В рамках практических занятий будут развиваться навыки моделирования, решаться разнообразные задачи с индивидуальной фиксацией результатов. Выполнение этих задач является необходимым условием для получения на экзамене оценок "хорошо" и "отлично".

В качестве расчетного задания выступает выполнение моделирования по собственной теме магистерской диссертации. Для получения оценки "удовлетворительно" необходимо подготовить постановку задачи моделирования и предложить тестовые воздействия. Пример такого технического задания доступен тут. Для получения более высоких оценок за РЗ необходимо выполнить полный цикл моделирования: в дополнение к вышесказанному составить математическую модель, компьютерную модель, отработать её на тестовых воздействиях, проверить адекватность результатов, выполнить основной объем моделирования и подготовить полный отчет.

Календарный план

Неделя Дата Лекция Практика Лабораторная
1 06.02-12.02 1. Методологические основы моделирования
2. Основы использования MATLAB
2 13.02-19.02 1. Системы контроля версий. Моделирование RC-цепи.
3 20.02-26.02 3. Основы использования MATLAB
4. Основы использования MATLAB
1. Моделирование электрических цепей методом несущей
4 27.02-05.03 2. Доплеровский сдвиг навигационного сигнала.
5 06.03-12.03 5. Представление процессов в частотной области
6 13.03-19.03 3. Описание сигналов антенной решетки.
7 20.03-26.03 6. Математические модели радиоустройств и систем
Моделирование сигналов
7. Метод несущей при моделировании радиосистем
Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем
2. Диаграмма направленности антенной решетки
8 27.03-02.04 4. Быстрое преобразование Фурье. Режектор узкополосных помех.
9 03.04-09.04 8. Моделирование линейных звеньев
Проектирование цифровых фильтров
9. Моделирование нелинейных звеньев
10 10.04-16.04 5. Моделирование линейных звеньев


11 17.04-23.04 10. Метод статистических эквивалентов при моделировании радиосистем
Метод информационного параметра при моделировании радиосистем
11. Формирование реализаций случайных величин
3. Моделирование системы поиска сигнала методом статистических эквивалентов
12 24.04-30.04 6. Проектирование цифрового фильтра
13 01.05-07.05 12. Формирование реализаций случайных процессов
13. Обработка результатов статистических экспериментов
14 08.05-14.05 7. Статистический эквивалент коррелятора
15 15.05-21.05 14. Моделирование движения космических аппаратов
15. Моделирование движения космических аппаратов
4. Моделирование следящей системы методом информационного параметра
16 22.05-28.05 8. Формирование реализаций случайных величин
17 29.05-04.06 16. Моделирование движения объектов
17. Моделирование движения объектов
18 05.06-11.06

Журнал успеваемости.

Вопросы к экзамену

В каждый экзаменационный билет входят два вопроса из следующего списка:

  1. Методология и процедура компьютерного моделирования на примере моделирования в рамках магистерской работы.
  2. Радиосистемы. Типы радиотехнических систем и их обобщенные схемы.
  3. Формальное описание РТС и структура её компьютерной модели.
  4. Классификация методов моделирования по форме описания сигналов.
  5. Описание и моделирование выходного сигнала АЦП.
  6. Представление сигналов в частотной области. Дискретное преобразование Фурье. Нормировка и интерпретация результатов дискретного преобразования Фурье. Примеры в MATLAB/Octave.
  7. Представление сигналов в частотной области. Теорема Парсеваля. "Утечка спектра". Оконная обработка. Примеры в MATLAB/Octave.
  8. Метод несущей (мгновенных значений) при моделировании радиосистем. Примеры в MATLAB/Octave.
  9. Передаточная функция аналогового и цифрового звена. Построение АЧХ, ФЧХ звена в MATLAB/Octave.
  10. Импульсная характеристика аналогового и цифрового звена. Связь импульсной характеристики и передаточной функции, построение импульсной характеристики, дискретная свертка в MATLAB/Octave.
  11. Моделирование линейного аналогового звена: постановка задачи, билинейное преобразование. Пример в MATLAB/Octave.
  12. Моделирование линейного аналогового звена: постановка задачи, метод инвариантности импульсной характеристики. Пример в MATLAB/Octave.
  13. Моделирование линейного аналогового звена: метод замены дифференциалов. Пример в MATLAB/Octave.
  14. Постановка задачи проектирования цифрового фильтра. Проектирование фильтра по аналоговому прототипу. Пример в MATLAB/Octave.
  15. Постановка задачи проектирования цифрового фильтра. Оптимальный и субоптимальный синтез фильтра. Пример в MATLAB/Octave.
  16. Моделирование безынерционных нелинейных звеньев. Поиск корней системы нелинейных уравнений. Поиск минимума функции. Примеры в MATLAB/Octave.
  17. Моделирование инерционных нелинейных звеньев: моделирование замкнутых звеньев. Пример в MATLAB/Octave.
  18. Моделирование инерционных нелинейных звеньев: решение системы нелинейных дифференциальных уравнений. Пример в MATLAB/Octave.
  19. Преобразование Гильберта. Аналитический сигнал. Примеры в MATLAB/Octave.
  20. Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем. Базис функциональных элементов по методу комплексных амплитуд. Примеры в MATLAB/Octave.
  21. Метод статистических эквивалентов. Статистический эквивалент коррелятора. Статистические эквиваленты дискриминаторов. Примеры в MATLAB/Octave.
  22. Формирование реализаций случайных величин с равномерным законом распределения, нормальным законом распределения, распределением Рэлея-Райса. Примеры в MATLAB/Octave.
  23. Формирование реализаций случайных величин по методу обратных функций и методу отказов. Примеры в MATLAB/Octave.
  24. Многомерная нормальная случайная величина, её описание, формирование реализаций. Пример в MATLAB/Octave.
  25. Математическое описание и формирование реализацией случайных процессов: гауссовские процессы, белый гауссовский шум, марковские случайные процессы, марковские гауссовские случайные процессы, винеровский случайный процесс, экспоненциально-коррелированный случайный процесс. Примеры в MATLAB/Octave.
  26. Формирование случайных процессов по методу формирующего фильтра и обратного преобразования Фурье. Примеры в MATLAB/Octave.
  27. Свойства оценок обработки результатов статистических экспериментов. Оценка эмпирического закона распределения и эмпирической функции распределения. Примеры в MATLAB/Octave.
  28. Проверка статистических гипотез по критерию Пирсона. Пример в MATLAB/Octave.
  29. Оценка моментов распределения. Оценка корреляционной функции и спектральной плотности мощности случайного процесса. Примеры в MATLAB/Octave.

Заметки по проведению занятий в 2016 году

Лекции 1-4

Т.к. в этом году студентов не много (20+8), да и лекции стоят первой парой понедельника, то место их проведения перенесено в лабораторию. По статистике первых занятий посещает их около трети студентов. Наличие доступа к компьютерам позволило расширить вторую лекцию "Основы использования MATLAB" до трех занятий. Такой формат представляется продуктивным, т.к. позволяет попробовать студентам описываемые в лекции функции, приемы и методики непосредственно на лекции. В балансе лекций имеем -2.

Лекция 5

Лекция "Представление сигналов в частотной области" проведена сразу после знакомства с Матлабом. Некоторые выкладки и примеры тут же были опробованы в Матлабе. Тема была раскрыта до описания способов моделирования сигналов, что теперь выглядит вполне логичным - теперь проще будет рассказывать о дискретизации при методе несущей. В лекциях отсутствует слайд с интерпретацией БПФа как набора фильтров типа sinc - проще было бы описывать утечку спектра.

Лекция 6

Есть мысль, что лекции "Радиотехнические системы", "Моделирование сигналов", "Моделирование сигналов методом несущей" следует разбить на две (баланс +1):

  • Сигналы в радиосистемах (перечисление различных систем, их структурных схем, обобщенная схема, 4 идеи представления сигналов)
  • Моделирование движения объектов (системы координат, поступательное, вращательное движение, вектор вращения, матрица вращения, кватернионы, уравнение Пуассона, сила Кориолиса, центростремительная сила)

Темы "Радиотехнические системы", "Моделирование сигналов", пройденные галопом, как раз заняли 1 пару. В следующий раз следует подробнее расписать про квантование сигнала в MATLAB (fi, quantize и т.п.). Можно рассказать про SINAD, сопроводить реальными выборками.

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты
Печать/экспорт