Рабочая программа учебной дисциплины «устройства приема и преобразования сигналов» Цикл

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)
___________________________________________________________________________________________________________

Направление специалитета: 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы

Специализация подготовки: Радиолокационные системы и комплексы

Квалификация (степень) выпускника: специалист

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ»

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	базовая
№ дисциплины по учебному плану:	ИРЭ; С3.1.20
Часов (всего) по учебному плану:	360
Трудоемкость в зачетных единицах:	10	8 семестр – 2 9 семестр – 8
Лекции	30 час. 36 час.	8 семестр 9 семестр
Практические занятия	14 час. 18 час.	8 семестр 9 семестр
Лабораторные работы	16 час. 18 час.	8 семестр 9 семестр
Расчетные задания, рефераты	4 час. самостоят. работы	8 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	228 час.
Экзамены		9 семестр
Курсовые проекты (работы)	Курсовой проект учебным планом не предусмотрен

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение принципов построения, характеристик и методов расчета и проектирования устройств приема и обработки радиосигналов.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК 2);
использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК 10);
учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК 3);
собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК 6);
разрабатывать структурные и функциональные схемы радиоэлектронных систем и комплексов, а также принципиальные схемы радиоэлектронных устройств (ПК 9);
изучать и использовать специальную литературу и другую научно-техническую информацию, отражающую достижения отечественной и зарубежной науки и техники в области радиотехники (ПК-15).

Задачами дисциплины являются

познакомить обучающихся с принципами построения, характеристиками и методами расчета устройств приема и обработки радиосигналов, а также их основных функциональных блоков;
дать информацию о схемных решениях, применяемых при практической реализации устройств приема и обработки радиосигналов;
научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при проектировании устройств приема и обработки радиосигналов.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла С.3 основной образовательной программы подготовки специалистов по специализации «Радиолокационные системы и комплексы» направления 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Радиотехнические цепи и сигналы», «Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС», «Схемотехника аналоговых электронных устройств», «Цифровая и микропроцессорная техника».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы изучении дисциплин «Основы теории радиолокационных систем и комплексов», «Основы теории систем и комплексов радиоэлектронной борьбы», а также при выполнении выпускной квалификационной работы по направлению «Радиоэлектронные системы и комплексы».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные принципы построения и структурные схемы устройств приема и обработки радиосигналов (ОК-10, ПК-9);
основные характеристики устройств приема и обработки радиосигналов (ПК-9);
современные схемные решения, применяемые при практической реализации устройств приема и обработки радиосигналов, и тенденции их развития (ПК-3, ПК-9);
источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по методам расчета и проектирования устройств приема и обработки радиосигналов (ПК-6, ПК-9).

Уметь:

выполнять расчеты характеристик устройств приема и обработки радиосигналов (ПК-9);
осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые схемные решения блоков и узлов устройств приема и обработки радиосигналов (ПК-6, ПК-15);
проводить моделирование и экспериментальное исследование блоков и узлов устройств приема и обработки радиосигналов (ОК 10, ПК-9).

Владеть:

терминологией в области проектирования и применения устройств приема и обработки радиосигналов (ОК-2);
навыками поиска и анализа информации о параметрах и характеристиках устройств приема и обработки радиосигналов, а также их основных функциональных блоков (ПК 6, ПК-15);
навыками применения полученной информации при проектировании устройств приема и обработки радиосигналов, а также их основных функциональных блоков (ПК-9).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 360 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
№ п/п		Всего часов на раздел	Семестр	лк	пр	лаб	сам.	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Общие сведения об устройствах приема и обработки радиосигналов	7	8	2	2	2	1	Тест: Структурные схемы и показатели качества устройств приема и обработки радиосигналов
2	Шумовая чувствительность радиоприемных устройств	10	8	4	2	2	2	Контрольная работа: Расчет шумовой чувствительности радиоприемных устройств
3	Входные цепи и устройства	9	8	4	2	2	1	Проверка типового расчета (ч. 1): Расчет входной цепи
4	Малошумящие усилители радиочастоты	9	8	4	2	2	1	Проверка типового расчета (ч. 2): Расчет усилителя радиочастоты
5	Преобразователи частоты	11	8	5	2	2	2	Контрольная работа: Расчет преобразователя частоты
6	Усилители промежуточной частоты	10	8	5	2	2	1	Тест: Характеристики УПЧ
7	Демодуляторы сигналов	14	8	6	2	4	2	Тест: Характеристики демодуляторов сигналов
	Зачет	2	8	--	--	--	2	Защита типового расчета
8	Прохождение сигнала и шума через блок высокой частоты радиоприемника	30	9	4	2	4	20	Контрольная работа: Расчет статистических характеристик шума на выходе БВЧ
9	Анализ помехоустойчивости приемника АМ сигнала	30	9	4	2	4	20	Тест: Статистические характеристики шума на выходе АД
10	Анализ помехоустойчивости приемника ЧМ сигнала	32	9	6	2	4	20	Контрольная работа: Расчет статистических характеристик шума на выходе АД и ЧД
11	Основы синтеза оптимальных приемников	28	9	4	2	2	20	Тест: Принципы синтеза оптимальных приемников

1	2	3	4	5	6	7	8	9
12	Оптимальный корреляционный приёмник для измерения задержки сигнала	28	9	4	2	2	20	Тест: Характеристики оптимального корреляционного приемника
13	Оптимальное обнаружение и различение сигналов	48	9	4	4	2	38	Контрольная работа: Характеристики оптимального приемника при обнаружении и различении сигналов
14	Оптимальный прием сигналов с использованием согласованных фильтров	28	9	6	2	-	20	Контрольная работа: Характеристики согласованных фильтров
15	Системы автоматического регулирования в устройствах приема и обработки радиосигналов	26	9	4	2	-	20	Тест: Принципы построения систем автоматической регулировки усиления и подстройки частоты
	Зачет	2	9	--	--	--	2	Зачетное задание
	Экзамен	36	9	--	--	--	36	Письменный экзамен
	Итого:	360		66	32	34	228

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

8 семестр

1. Общие сведения об устройствах приема и обработки радиосигналов

Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов (радиоприемных устройствах (РПУ)). Типовые структурные схемы РПУ. Назначение и основные свойства блоков РПУ; состав и основные характеристики приёмника прямого усиления и с преобразованием частоты (супергетеродинного, инфрадинного, гомодинного); побочные каналы приёма. Прием сигналов с подавленной несущей и с одной боковой полосой. Основные электрические показатели качества РПУ (динамический диапазон, чувствительность, селективность, помехоустойчивость). Односигнальная и многосигнальная избирательность.

2. Шумовая чувствительность радиоприемных устройств

Статистические характеристики собственного шума РПУ. Номинальная мощность двухполюсника, коэффициент передачи номинальной мощности и коэффициент передачи проходной мощности четырёхполюсника, эквивалентная шумовая полоса пропускания четырёхполюсника. Тепловой шум активной проводимости, формула Найквиста, номинальная мощность теплового шума. Коэффициент шума и шумовая температура активного четырёхполюсника. Коэффициент шума и шумовая температура пассивного четырёхполюсника. Коэффициент шума и шумовая температура каскадно-соединённых четырёхполюсников. Эквивалентная шумовая температура антенны. Расчёт шумовой чувствительности РПУ.

3. Входные цепи и устройства

Назначение, состав и основные характеристики входных цепей (ВЦ) и устройств. Эквивалентная схема и основные характеристики ВЦ: коэффициенты включения, эквивалентные проводимости, коэффициент передачи и полоса пропускания ВЦ, коэффициент расширения полосы. Характеристики ВЦ при согласовании с антенной; влияние рассогласования с антенной. Широкополосные согласующие ВЦ.

4. Малошумящие усилители радиочастоты

Общие сведения о малошумящих усилителях радиочастоты (УРЧ) и их характеристики. Примеры типовых схем транзисторных УРЧ. Обобщённая эквивалентная схема каскада УРЧ и его характеристики: резонансный коэффициент усиления, полоса пропускания, коэффициент расширения полосы. Устойчивость работы УРЧ: причины неустойчивой работы, коэффициент устойчивости, коэффициент устойчивого усиления. Основные режимы работы УРЧ: коэффициенты включения, резонансный коэффициент усиления. Шумовые характеристики УРЧ. Методы повышения устойчивости и снижения коэффициента шума УРЧ. Динамический диапазон УРЧ.

5. Преобразователи частоты

Общие сведения о преобразователях частоты (ПЧ): принцип действия, структурная схема. Характеристики ПЧ: крутизна преобразования, коэффициент передачи, входная проводимость. Краткая теория ПЧ: эквивалентные Y-параметры в режиме преобразования частоты. ПЧ на биполярных и полевых транзисторах и в интегральном исполнении. Диодные ПЧ. Балансные и кольцевые ПЧ. ПЧ с фазовым подавлением зеркального канала. Амплитудно-частотная характеристика ПЧ. Динамический диапазон и шумовые характеристики ПЧ. Формирование квадратурных составляющих сигнала.

6. Усилители промежуточной частоты

Назначение и классификация усилителей промежуточной частоты (УПЧ), основные характеристики. УПЧ с распределённой и сосредоточенной избирательностью. Общая характеристика свойств УПЧ с распределённой избирательностью. УПЧ с сосредоточенной избирательностью: структурная схема, варианты реализации фильтра сосредоточенной избирательности (LC-фильтры, пьезоэлектрические фильтры, активные фильтры). Линейные искажения АМ, ЧМ и импульсных сигналов в УПЧ. Нелинейные искажения демодулированных АМ и ЧМ сигналов, требования к форме АЧХ и ФЧХ УПЧ.

7.Демодуляторы сигналов

Назначение и основные характеристики диодного амплитудного демодулятора (АД): схема, процессы в переходном и установившемся режимах, характеристики. Нелинейные искажения в АД, методы их уменьшения. Синхронный АД. Назначение и основные характеристики фазового демодулятора (ФД). ФД коммутационного типа на логических элементах. Диодный балансный ФД векторомерного типа. Назначение, принцип действия, основные характеристики частотного демодулятора (ЧД). Балансный ЧД с преобразованием частотных отклонений в амплитудные. ЧД с преобразованием частотных отклонений в фазовые. Балансный ЧД с двумя связанными колебательными контурами. Цифровые демодуляторы, использующие низкочастотные квадратурные составляющие сигнала: алгоритмы работы и характеристики цифрового АД, цифрового ФД, цифрового ЧД. Влияние частоты дискретизации на характеристики цифровых демодуляторов.

9 семестр

8. Прохождение сигнала и шума через блок высокой частоты радиоприемника

Энергетический спектр и автокорреляционная функция квазигармонического шума на выходе блока высокой часты (БВЧ). Статистические характеристики огибающей узкополосного шума на выходе БВЧ: плотность вероятности (распределение Релея), математическое ожидание, среднеквадратическое отклонение, автокорреляционная функция. Статистические характеристики огибающей суммы гармонического сигнала и узкополосного шума: плотность вероятности (распределение Райса), математическое ожидание, среднеквадратическое отклонение, автокорреляционная функция.

9. Анализ помехоустойчивости приемника АМ сигнала

Анализ прохождения сигнала и шума через линейный амплитудный детектор (АД). Энергетический спектр шума на выходе АД. Воздействие шума на квадратичный АД: плотность вероятности напряжения на выходе АД. Расчёт отношения сигнала к шуму на выходе линейного АД: а) случай малого отношения сигнал-шум; б) случай большого отношения сигнал-шум. Измерение коэффициента шума четырёхполюсника с помощью генератора сигналов.

10. Анализ помехоустойчивости приемника ЧМ сигнала

Статистические характеристики мгновенной частоты суммы гармонического сигнала и узкополосного шума. Автокорреляционная функция и энергетический спектр мгновенной частоты (случай большого отношения сигнал-шум). Анализ прохождения сигнала и шума через частотный детектор. Расчёт отношения сигнала к шуму на выходе приёмника ЧМ сигналов. Пороговый эффект при приёме ЧМ сигналов. Методы повышения качества приёма ЧМ сигналов (предыскажение, регенерация несущей, приём с обратной связью по частоте). Сравнение помехоустойчивости приёмников АМ сигналов и ЧМ сигналов при большом отношении сигнал-шум.

11. Основы синтеза оптимальных приемников

Априорное и апостериорное распределения вероятностей измеряемого параметра, функция правдоподобия параметра, критерий максимума апостериорной вероятности. Функция правдоподобия параметра при приёме сигнала на фоне нормального белого шума, логарифм апостериорной плотности вероятности. Структурная схема приёмника, оптимального по критерию максимума апостериорной вероятности: а) в общем случае; б) в случае измерения неэнергетического параметра с равномерным априорным распределением вероятностей.

12. Оптимальный корреляционный приёмник для измерения задержки сигнала

Корреляционный приёмник для измерения задержки полностью известного сигнала. Максимальное отношение сигнала к шуму на выходе коррелятора. Оптимальный приём сигналов со случайной начальной фазой (усреднение по начальной фазе).

13. Оптимальное обнаружение и различение сигналов

Оптимальное обнаружение полностью известного сигнала. Характеристики оптимального обнаружителя: вероятность обнаружения, вероятность ложной тревоги. Оптимальное обнаружение сигнала со случайной начальной фазой. Оптимальное различение двух полностью известных сигналов. Вероятность ошибки при оптимальном различении двух равновероятных сигналов с одинаковой энергией, вероятность ошибки при различении противоположных и ортогональных сигналов.

14. Оптимальный прием сигналов с использованием согласованных фильтров

Согласованные линейные фильтры: импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ) комплексная частотная характеристика, отклик СФ на сигнал. Максимальное отношение сигнала к шуму на выходе СФ. Структура оптимального приёмника с согласованными фильтрами. Структурная схема оптимального приёмника с СФ для обнаружения сигнала со случайной начальной фазой. Структурная схема оптимального приёмника с согласованными фильтрами для различения двух сигналов со случайной начальной фазой. Оптимальный приёмник сигнала с частотной манипуляцией (схема с квадратурными каналами). Методика расчёта чувствительности радиолокационного радиоприёмника с СФ в режиме обнаружения. Реализация согласованных фильтров для основных типов сигналов. Оптимальная фильтрация сигнала при действии «небелого» шума.

15. Системы автоматического регулирования в устройствах
приема и обработки радиосигналов

Назначение и структурная схема системы частотной автоподстройки (ЧАП). Математическая модель и характеристики линеаризованной системы ЧАП в установившемся режиме. Характеристики линеаризованной системы ЧАП в переходном режиме. Устойчивость системы ЧАП. Математическая модель нелинейной системы ЧАП в установившемся режиме. Методика построения характеристики регулирования системы ЧАП. Влияние системы ЧАП на приём сигналов с ЧМ. Назначение и структурная схема системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Характеристики приемника с системой АРУ, влияние системы АРУ на приём сигналов с АМ. Методика построения статической амплитудной характеристики усилителя с системой АРУ.

4.2.2. Практические занятия

8 семестр

№ 1. Селективность и динамический диапазон РПУ

№ 2. Чувствительность РПУ

№ 3. Входные цепи РПУ

№ 4. Усилители радиочастоты

№ 5. Преобразователи частоты

№ 6. Усилители промежуточной частоты

№ 7. Демодуляторы сигналов

9 семестр

№ 1. Прохождение сигнала и шума через блок высокой частоты радиоприемника

№ 2. Анализ помехоустойчивости приемника АМ сигнала

№ 3. Анализ помехоустойчивости приемника ЧМ сигнала

№ 4. Основы синтеза оптимальных приемников

№ 5. Оптимальное измерение задержки сигнала

№ 6. Оптимальное обнаружение сигналов

№ 7. Оптимальное различение сигналов

№ 8. Характеристики согласованных фильтров

№ 9. Системы автоматического регулирования в устройствах приема и обработки сигналов

4.3. Лабораторные работы

8 семестр

№ 1. Определение основных показателей качества супергетеродинного радиоприемника

№ 2. Исследование блока высокой частоты супергетеродинного радиоприемника

№ 3. Демодуляторы радиосигналов

9 семестр

№ 1. Анализ статистических характеристик шума на выходе БВЧ

№ 2. Анализ статистических характеристик шума в приемнике АМ сигналов

№ 3. Анализ статистических характеристик шума в приемнике ЧМ сигналов

№ 4. Характеристики оптимального корреляционного приемника

4.4. Расчетные задания

8 семестр

Расчет преселектора супергетеродинного радиоприемника

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием раздаточных материалов и презентаций. Презентации лекций содержат большое количество графиков и схем.

Практические и лабораторные занятия включают обсуждение основных понятий и определений, разбор типовых расчетных методик, решение задач, проведение экспериментальных исследований и компьютерных симуляций с последующим обсуждением полученных результатов, выполнение тестов и контрольных работ с последующим разбором результатов, консультации по выполнению типового расчета.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, контрольным и лабораторным работам, выполнение домашних заданий и типового расчета, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, выборочная проверка домашних заданий, устный опрос, защита лабораторных работ, защита типового расчета.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 9 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

Конспект лекций по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» / Электронное издание «Устройства приема и обработки сигналов: учебно-методический комплекс». – М.: МЭИ, 2006 (Номер госрегистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320601339).
Методические указания к типовому расчету по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» / Электронное издание «Устройства приема и обработки сигналов: учебно-методический комплекс». – М.: МЭИ, 2006 (Номер госрегистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320601339).
Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов: Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 456 с.
Лишак М.Ю. Исследование прохождения сигнала и квазигармонического шума через амплитудный детектор. Лабораторная работа № К-1: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009
Лишак М.Ю. Исследование прохождения сигнала и квазигармонического шума через частотный детектор. Лабораторная работа № К-2: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

б) дополнительная литература:

Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; под ред. Н.Н.Фомина. – М.: Радио и связь, 2007. - 520 с.
Антонов-Антипов Ю.Н., Лишак М.Ю. Исследование на ЭВМ прохождения радиосигналов через типовой приёмный тракт. Сборник описаний лабораторных работ на ЭВМ: методическое пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2000.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

пакет программ схемотехнического моделирования Micro-Cap 10 Evaluation Version фирмы Spectrum Software (свободно распространяемая демо-версия на www.spectrum-soft.com).

б) другие:

Устройства приема и обработки сигналов: учебно-методический комплекс [Электронный образовательный ресурс]. – М.: МЭИ, 2007

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций, компьютерных классов для проведения практических занятий с использованием моделирующих программ, учебной лаборатории, оснащенной специализированными макетами и измерительными приборами, для проведения лабораторных работ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы» по специализации «Радиолокационные системы и комплексы».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Лишак М.Ю.

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ

к.т.н. профессор Замолодчиков В.Н.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

д.т.н., профессор Гребенко Ю.А.

Blog

Рабочая программа учебной дисциплины «устройства приема и преобразования сигналов» Цикл

Содержание

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ