Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое объединение вузов по образованию в области информационной безопасности сборник примерных программ учебных дисциплин по направлению подготовки (специальности)
Вид материала | Документы |
- Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое, 3299.35kb.
- Ступности (государственной, воинской, транснациональной и иной) мы будем, 86.46kb.
- Лекция по теме № Условия конкретного преступления, 298.33kb.
- Расписание занятий на цикле сертификационного усовершенствования для интернов, 88.88kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 653.58kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 657.68kb.
- Общая характеристика работы Актуальность темы, 398.26kb.
- Рекомендации по организации профилактической работы, направленной на предупреждение, 1352.37kb.
- История исторической науки, 496.22kb.
- Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации Государственное, 408.11kb.
7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовой проект (работа) не предусмотрен.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
8.1. Основные нормативные правовые акты и литература
- Основы микропроцессорной техники: учеб. Пособие в 2-х т./ Новожилов О.П.-М.:ИП Радиософт, 2007.
- Шалимов И.А. Специализированные микропроцессоры телекоммуникационных систем. Курс лекций и лабораторный практикум. М. Академия ФСБ России. 2003.
8.2. Дополнительные нормативные правовые акты и литература
- Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов. Справочник. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Н., Иванова В.Е., Матвиенко Н.И., Усов Д.И. - СПб: «ФОРТ», 2000. – 752 с.
- Корнеев В., Киселев А. Современные микропроцессоры. СПб.:БВХ-Петербург, 2003.-433 с.
- Солонина А., Улахович Д., Яковлев Л. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов.- СПб: БХВ-Санкт-Петербург, 2001.
- Фергусон Дж., Макари Л., Уилльямз П. Обслуживание микропроцессорных систем. М: Мир: 1989.
- Шагурин И.И., Современные микроконтроллеры и микропроцессоры МОТОRОLА: Справочник.: М.: Горячая линия – Телеком, 2004, - 952 с.
- Руководство пользователя по сигнальным микропроцессорам семейства ADSP-2100, Пер. с англ. О.В. Луневой; Под ред. А.Д. Викторова; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет. – Санкт-Петербург, 1997. – 520 с.
8.3. Программное обеспечение
- Программа моделирования работы коммутационного узла связи model_k.exe,
- Программа моделирования работы микропроцессора tmsc320c25.exe,
- Программное обеспечение для программирования в среде VisualDCP++.
8.4. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Не требуется.
9. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины
Компьютерные классы, оборудованные ПЭВМ класса не ниже Intel Pentium, 256M RAM, 10G HDD c установленным программным обеспечением: Windows 9X/2000/XP/Vista. Из расчета одна ПЭВМ на одного человека.
10. Методические рекомендации по организации изучения учебной дисциплины
Примерным учебным планом на изучение дисциплины отводится 6 семестр. В конце 6 семестра предусмотрен экзамен. На подготовку и сдачу экзамена в соответствии с ФГОС ВПО, примерным учебным планом и данной примерной программой дисциплины выделяется дополнительно 36 часов. В течение семестра изучения дисциплины студенты выполняют 3 лабораторных работы.
Программа дисциплины «Микропроцессорные системы» содержит 6 тем. Дисциплина призвана обеспечить теоретическую и инженерную подготовку студентов в области в области основ вычислительной техники, построения телекоммуникационных контроллеров и цифровых процессоров обработки сигналов на базе микропроцессоров и микропроцессорных систем, сформировать у студентов знания, умения и навыки, необходимые для практического использования микропроцессорных систем в телекоммуникационных системах.
В связи с этим, при преподавании дисциплины «Микропроцессорные системы» необходимо уделить внимание как теоретическим основам построения микропроцессорных систем, так и особенностям применения специализированных микропроцессоров на практике.
При чтении курса лекций следует акцентировать внимание на следующих вопросах.
Тема 1. Целесообразно рассмотреть перспективы микроэлектронного производства и номенклатуру современных и перспективных типов универсальных и специализированных микропроцессоров, мультитредовых микропроцессоров, транспьютеров и нейропроцессоров.
Тема 2. Уделить особое внимание архитектуре микропроцессора как цифрового устройства обработки информации, архитектурным особенностям универсальных микропроцессоров различных производителей и перспективам развития архитектур микропроцессоров.
Тема 3. Обратить внимание на системы прерываний в микропроцессорных системах, рассмотреть универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик и программируемый контроллер прямого доступа к памяти.
Тема 4. Следует рассмотреть элементы архитектуры микроконтроллера: процессорные ядра, коммуникационные модули, таймерные модули, модули системной интеграции, а также провести обзор актуального состояния рынка коммуникационных микроконтроллеров.
Тема 5. Провести обзор актуального состояния рынка сигнальных микропроцессоров, уделить особое внимание средствам отладки программ: симуляторам и эмуляторам, трансляторам с языков высокого уровня. Основополагающим является обучение основам программирования ЦПОС в среде VisualDCP++.
Разработчики: УМО ИБ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ОБРАЗОВАНИЮ
В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРОЕКТ
ПРИМЕРНАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины
«Цифровая обработка сигналов»
Рекомендуется для направления подготовки (специальности)
090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Квалификация (степень) выпускника
«Специалист»
МОСКВА 2011
- Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Цифровая обработка сигналов» имеет целью обучить студентов основам теории цифровой обработки сигналов, методам решения задач синтеза и анализа дискретных цепей, преобразования дискретных сигналов. Основными задачами дисциплины являются: формирование у студентов необходимого минимума теоретических и практических знаний, которые обеспечили бы им возможность понимать и анализировать процессы, происходящие в дискретных цепях, особенности обработки дискретных сигналов по сравнению с аналоговыми.
В результате изучения курса у студентов должен быть сформирован базис знаний и навыков, позволяющий им успешно осваивать в дальнейшем специальные дисциплины радиотехнического профиля.
Задачи дисциплины:
- формирование необходимого минимума теоретических и практических знаний, которые обеспечили бы им возможность синтезировать и анализировать дискретные цепи, преобразовывать дискретные сигналы;
- формирование знаний об особенностях обработки дискретных сигналов по сравнению с аналоговыми;
- Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Цифровая обработка сигналов» относится к числу дисциплин базовой части профессионального цикла.
Для успешного усвоения данной дисциплины необходимо, чтобы студент владел знаниями, умениями и навыками, сформированными в процессе изучения дисциплин:
«Теория электрических цепей» – основные методы анализа электрических цепей;
«Теория радиотехнических сигналов» – виды сигналов, основные преобразования;
«Математический анализ» – основы дифференциального и интегрального исчисления, теория функций комплексной переменной, дифференциальные уравнения;
Дисциплина «Цифровая обработка сигналов» является предшествующей для изучения следующих базовых дисциплин: «Аппаратные средства телекоммуникационных систем», «Измерения в телекоммуникационных системах», «Техническая защита информации» и «Проектирование защищенных ТКС».
- Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
общекультурные (ОК):
- способностью к логически-правильному мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению информации, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их решения на основании принципов научного познания (ОК-9);
- способностью самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности, развития социальных и профессиональных компетенций, изменения вида своей профессиональной деятельности (ОК-10);
профессиональные (ПК):
общепрофессиональные:
- способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
- способностью применять математический аппарат, в том числе с использованием вычислительной техники, для решения профессиональных задач (ПК-2);
- способностью применять методологию научных исследований в профессиональной деятельности, в том числе в работе над междисциплинарными и инновационными проектами (ПК-5);
научно-исследовательская деятельность:
- способностью применять современные методы исследования с использованием компьютерной техники (ПК-12);
- способностью проводить математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований (ПК-13);
- способностью формулировать задачи и проводить исследования телекоммуникационных систем и оценивать их эффективность (ПК-15);
- способностью оценивать технические возможности и вырабатывать рекомендации по построению систем и сетей передачи информации общего и специального назначения (ПК-17)
эксплуатационная деятельность:
- способностью определять технические характеристики телекоммуникационных систем (ПК-34).
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- общие основы теории цифровой обработки сигналов как теоретической базы для изучения специальных дисциплин, для разработки и исследования устройств и систем обработки, приема и передачи информации;
- основные типы дискретных ортогональных преобразований, взаимосвязь дискретных и непрерывных преобразований;
уметь:
- рассчитывать цифровые фильтры различных типов и структур;
- использовать типовые пакеты прикладных программ для анализа систем ЦОС;
- использовать теорию цифровой обработки сигнала в решении практических задач;
владеть:
- прикладными пакетами цифровой обработки.
- навыками использования персонального компьютера для реализации алгоритмов цифровой обработки;
- Объём дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
7 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 54 | 54 |
В том числе: | | |
Лекции | 30 | 30 |
Практические занятия (ПЗ) | 12 | 12 |
Семинары (С) | - | - |
Лабораторные работы (ЛР) | 10 | 10 |
Контрольные работы (КР) | 2 | 2 |
Самостоятельная работа (всего) | 54 | 54 |
В том числе: | | |
Курсовой проект (работа) | - | - |
Расчетно-графические работы | - | - |
Коллоквиум | - | - |
Реферат | - | - |
Домашнее задание | 20 | 20 |
Другие виды самостоятельной работы (подготовка к занятиям, зачету) | 34 | 34 |
Вид промежуточной аттестации и его трудоемкость | Экзамен 36 | экзамен 36 |
Общая трудоемкость часов зачетных единиц | 144 | 144 |
4 | 4 |
- Содержание дисциплины
- Содержание разделов (тем) дисциплины
- Содержание разделов (тем) дисциплины
Тема 1. Дискретные сигналы и системы
Дискретные сигналы и их типы. Дискретные системы и их типы. Линейные инвариантные к сдвигу системы. Представление сигналов и систем в частотной области. Физическая реализуемость и устойчивость дискретных систем обработки.
Тема 2. Преобразование Фурье
Разложение в ряд Фурье и его свойства. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Свойства дискретного преобразования Фурье. Искажения сигналов при ДПФ. Теорема Котельникова В.А. Быстрое преобразование Фурье.
Тема 3. Корреляция и свертка
Корреляционная функция. Взаимная корреляционная функция. Автокорреляционная функция, ее свойства. Связь между корреляционными функциями и спектрами сигналов. Линейная свертка конечных последовательностей. Алгоритмы реализации свертки.
Тема 4. Z-преобразование
Дискретное преобразование Лапласа. Z-преобразование. Z-преобразования некоторых последовательностей. Свойства Z-преобразования: линейность, задержка, свертка последовательностей, перемножение последовательностей, задержка физически реализуемых последовательностей.
Тема 5. Ортогональные преобразования сигналов
Класс ортогональных функций. Дискретное преобразование Гильберта. Свойства преобразования Гильберта. Вейвлет-преобразование. Виды вейвлет-преобразования, ортонормированные базисы вейвлетов.
Тема 6. Цифровая фильтрация
Системы, описываемые разностными уравнениями. Импульсная характеристика. Передаточная функция. Частотная характеристика. Связь между характеристиками. Фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой. Структурные схемы фильтров. Устойчивость цифровых фильтров.
Тема 7. Методы синтеза цифровых фильтров
Методы синтеза КИХ-фильтров. Синтез фильтров по методу окна. Весовые функции в методе окна. Фильтры на основе частотной выборки. Синтез оптимального фильтра. Основные методы синтеза БИХ-фильтров. Аналоговые фильтры, их типы и характеристики. Методы аппроксимации аналоговых фильтров.
Тема 8. Приложения ЦОС
Изменение частоты дискретизации сигнала. Постановка задачи интерполяции. Способы интерполяция. Множественная фильтрация. Модуляция и демодуляция сигналов. Цифровой спектральный анализ.
- Разделы (темы) дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | №№ разделов (тем) данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Аппаратные средства телекоммуникационных систем | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Измерения в телекоммуникационных системах | + | + | | | | + | | + |
| Техническая защита информации | | + | + | | + | + | | + |
| Проектирование защищенных ТКС | | | | | | + | + | + |
- Разделы (темы) дисциплины и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела (темы) дисциплины | Лекции, час. | ПЗ, час. | ЛР, час. | С, час. | СРС, час. | Всего, час. |
| Дискретные сигналы и системы | 2 | | | 1 | 3 | 2 |
| Преобразование Фурье | 4 | 2 | | 3 | 9 | 4 |
| Корреляция и сверткА | 2 | | 2 | 5 | 9 | 2 |
| Z-преобразование | 2 | 2 | | 3 | 7 | 2 |
| Ортогональные преобразования сигналов | 4 | 2 | 2 | 5 | 13 | 4 |
| Цифровая фильтрация | 4 | 2 | | 3 | 9 | 4 |
| Методы синтеза цифровых фильтров | 6 | 2 | 4 | 6 | 18 | 6 |
| Приложения ЦОС | 6 | 2 | 2 | 6 | 16 | 6 |
- Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела (темы) дисциплины | Наименование лабораторной работы | Трудоемкость, час. |
1. | Тема 3 | Анализ автокорреляционной функции сигнала | 2 |
2. | Тема 5 | Анализ ортогонального разложения сигнала | 2 |
3. | Тема 7 | Расчет и исследование цифрового КИХ фильтра | 2 |
4. | Тема 7 | Расчет и исследование цифрового БИХ фильтра | 2 |
5. | Тема 8 | Изменение частоты дискретизации сигнала. Выбеливание шума. | 2 |
- Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовой проект (работа) не предусмотрен.
- Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
- Основная литература
- Основная литература
- Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов. Пер. с англ. – М.: Бином, 2006. – 654 с.
- Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2003. – 608 с.
- Сато Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство. – М.: ДОДЭКА, 2002. – 174 с.
- Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 464 с.
- Солонина А. И., Улахович Д. А., Арбузов С. М., Соловьева Е. Б., Гук И. И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций. СПб.: БХВ Петербург, 2003. 608 с.
- Дополнительная литература
- Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.
- Каппелини В. и др. Цифровые фильтры и их применение.: Пер с англ./ В. Каппелини, А. Дж. Константинидис., П. Эмилиани. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 360 с.
- Голд Б., Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов. М: Мир, 1973. – 368 с.
- Оппенгеймер А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. М.: Связь, 1979. – 416 с.
- Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. М.: Мир,1990.
- Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигна-лов. М.: Связь, 1980. – 248 с.
- Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ. М.: Мир, 1990. – 584 с.
- Программное обеспечение
ОС Windows XP/7, пакеты программ MS Office XP, Adobe Audition, MatLab, QED.
- Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Не требуются.
- Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерные классы ЦОС, оборудованные ПК класса не ниже Intel Pentium Core2 Duo, 2Гб. RAM, 1Тб HDD c установленным программным обеспечением: Windows XP/7, MS Office XP, Adobe Audition, MatLab, QED из расчета один ПК на одного человека. Видеопроектор и электронная доска.
- Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Цель обучения достигается сочетанием применения классических и инновационных педагогических технологий.
При проведении лекционных занятий целесообразно широко применять такую форму как лекция-визуализация, сопровождая изложение теоретического материала презентациями, при этом желательно заблаговременно обеспечить студентов раздаточным материалом.
Основной упор в методике проведения практических занятий и лабораторных работ должен быть сделан на отработке и закреплении учебного материала в процессе выполнения заданий, на формирование навыков анализа и обработки цифровых сигналов, использования для этих целей средств вычислительной техники и специального программного обеспечения. Целесообразно уделять внимание обеспечению опережающей самостоятельной работы студентов.
При преподавании дисциплины “Цифровая обработка сигналов” необходимо уделить внимание, как теоретическим основам цифровой обработки сигналов, так и особенностям применения результатов теории ЦОС на практике.
В теме 1 особое внимание следует уделить представлению цифровых сигналов и понятию импульсной характеристики линейной инвариантной к сдвигу системы.
В ходе изучения 2-й темы важно раскрыть суть представления по Фурье дискретных сигналов, свойства преобразования Фурье, уделить внимание решению задач.
В 3-й теме целесообразно акцентировать внимание на понятии корреляционной функции и ее свойствах, используемых при ЦОС.
При изучении Z-преобразования в теме 4, следует уделить особое внимание Z-преобразования последовательностей и решению соответствующих задач.
При изучении 5-й темы целесообразно акцентировать внимание обучаемых на понятии ортогонального базиса разложения, выбору базиса при решении конкретной задачи ЦОС.
В теме 6 особое внимание следует уделить связи между различными характеристиками фильтров, понятию устойчивости цифрового фильтра, методике решения задач цифровой фильтрации.
В 7-й теме целесообразно акцентировать внимание на обеспечении заданных характеристик при синтезе цифровых фильтров, на исходных данных для синтеза и форме представления результатов синтеза цифрового фильтра. Важным является проведение занятий с использованием специального программного обеспечения для расчета цифровых фильтров.
Тема 8. Приложения ЦОС
Изменение частоты дискретизации сигнала. Постановка задачи интерполяции. Способы интерполяция. Множественная фильтрация. Модуляция и демодуляция сигналов. Цифровой спектральный анализ.
В теме 8 в соответствии со спецификой вуза методически целесообразно выделить наиболее важные приложения и акцентировать на них внимание обучаемых.
Текущий контроль усвоения знаний осуществляется путем выполнения контрольной работы, подготовки и сдачи отчетов по итогам выполнения лабораторных работ, проверки выполнения домашнего задания, опросов на практических занятиях.
На изучение дисциплины отводится один семестр. Итоговая отчетность по дисциплине – экзамен. Целесообразно осуществлять проведение экзамена в форме устного опроса по билетам.
Примерный перечень вопросов для контрольных работ:
- Оценка устойчивости заданных дискретных систем.
- Расчет дискретного спектра цифровых последовательностей.
- Расчет корреляционной функции и свертки последовательностей.
- Расчет Z-преобразования дискретных последовательностей.
- Переход от предложенного способа задания дискретной системы к любому другому.