Введение в специальность
| Вид материала | Пояснительная записка |
- Е. В. Арляпова введение в специальность «реклама», 1668.44kb.
- А. К. Мазуров введение в специальность, 3019.75kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины «введение в специальность» для специальности, 107.59kb.
- Анализ и планирование трудовых показателей Аудит и контроллинг персонала Введение, 12.45kb.
- Рабочая программа дисциплины Введение в специальность специальность 032001 Документоведение, 55.23kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины Введение в литературоведение Специальность, 711.32kb.
- Учебно методический комплекс по дисциплине «Введение в специальность» Специальность, 2682.27kb.
- Курс Комплексный экзамен по циклам опд, сд и дисциплинам специализации: «Введение, 469.08kb.
- В г. Орске Специальность: 021100 «Юриспруденция» Дисциплина: Уголовное право Курсовая, 432.15kb.
- Введение в специальность, 1423.7kb.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-008/ тип.
^ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 01 Радиотехника
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
Э.М. Карпушкин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра телекоммуникаций Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 6 от 19.02.2003 г.);
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 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.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Радиотехнические системы» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02.100.5.108-98 для специальности I-39 01 01 Радиотехника высших учебных заведений.
Основная цель дисциплины – на базе знаний и умений, полученных в предшествующих и смежных дисциплинах, вооружить будущих радиоинженеров современными методами статистического анализа и синтеза оптимальных и квазиоптимальных устройств обработки радиосигналов в РТС; научить их по заданным тактико-техническим характеристикам системы рационально выбрать форму сигнала, структуру построения, эффективным методам оценки рабочих параметров; привить системный подход к проектированию радиоэлектронных средств.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- основные методы анализа и синтеза устройств обнаружения, различения и разрешения, оценки и фильтрации радиосигналов;
- принципы определения координат и параметров движения объектов; основы теории информации и методы повышения помехоустойчивости при передаче информации;
- принципы и структуры построения систем управления подвижными объектами и организации командно-измерительных комплексов; методы борьбы с помехами;
уметь:
- синтезировать структуры оптимальных устройств обработки сигналов;
- оценивать потенциальные характеристики таких устройств и эффективность системы в целом;
- составлять блок-схему алгоритма решения поставленной задачи средствами вычислительной техники;
- пользоваться стандартами и справочниками при проектировании РТС;
иметь представление:
- о системах с пространственно-временной обработкой сигналов;
- адаптивных системах;
- методах приема и обработки радиосигнала при неполной информации.
Программа рассчитана на общий объем 250 учебных часов, в том числе аудиторных - 170.
^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Предмет дисциплины и ее задачи. РТС как система передачи, извлечения и разрушения информации. Тактические и технические характеристики РТС. Классификация РТС и области их применения.
Краткая история развития радиолокации, радионавигации, РТС передачи информации и радиоуправления. Передовая роль отечественных ученых в этом развитии. Народнохозяйственное значение радиолокации, радионавигации, РТС передачи информации и радиоуправления.
Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами учебного плана и роль в подготовке современного радиоинженера.
Раздел 1. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОСИСТЕМАХ
^
Тема 1.1. СИГНАЛЫ И ПОЛЯ – ПЕРЕНОСЧИКИ ИНФОРМАЦИИ
Разновидности сигналов и полей. Формы представления сигналов. Основные характеристики сигналов. Корреляционные функции и функции неопределенности сигналов.
^ Тема 1. 2. СЛОЖНЫЕ СИГНАЛЫ В РАДИОСИСТЕМАХ
Разновидности сложных сигналов и их характеристики. ЛЧМ-сигналы. Псевдослучайные (ПС) сигналы с дискретной ФМ и ЧМ. Основные характеристики, формирование ансамблей М-последовательностей и четверично-кодированных последовательностей. Формирование и характеристики сигналов с дискретной частотной модуляцией (ДЧМ).
^ Тема 1.3. ПОМЕХИ В РАДИОСИСТЕМАХ
Разновидности помех, их описание. Вероятностное описание аддитивной флуктуационной помехи. Нормальный случайный процесс, белый шум, узкополосная случайная помеха, импульсная случайная помеха.
^
Раздел 2. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ РАДИОСИГНАЛОВ
Тема 2.1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ В РАДИОСИСТЕМАХ
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 2.2. ОПТИМАЛЬНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ФИЛЬТРЫ
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 2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ
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.
Структуры обнаружителей на согласованных фильтрах.
Обнаружение пакетов радиоимпульсов. Синтез структур. Структуры обнаружителей когерентного и некогерентного пакетов радиоимпульсов. Характеристики обнаружителя.
Обнаружение случайного сигнала. Синтез структуры и характеристики обнаружения.
^ Тема 2.4. РАЗЛИЧЕНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ
Оптимальное различение двух детерминированных сигналов. Синтез структуры различителя и потенциальная оценка качества различения. Оптимальное различение n 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 2.5. ОЦЕНКА НЕИЗВЕСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ
Понятие о критериях качества оценки и параметров с заданной априорной статистикой. Энергетические и неэнергетические параметры сигналов.
Оценка энергетических параметров радиоимпульса. Структура устройства и ее оптимальные характеристики.
Оценка неэнергетических параметров радиосигналов. Обобщенная структура выделения неэнергетического параметра и ее потенциальные характеристики.
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 2.6. ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СООБЩЕНИЙ
Общая формулировка задачи фильтрации. Линейная и нелинейная фильтрация. Уравнения фильтрации.
Линейные фильтры Винера и Калмана–Бьюси. Нелинейные фильтры. Фильтрация фазы узкополосного радиосигнала.
^ Тема 2.7. РАЗРЕШЕНИЕ СИГНАЛОВ
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.
^
Раздел 3. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ
И РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Тема 3.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ (РЛС) И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ (РНС) СИСТЕМ
Физические основы радиолокации и радионавигации. Радиолокационные цели и характеристики отраженных сигналов. Классификация объектов как источников вторичного излучения. Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) объектов и методы ее оценки.
Дальность действия радиосистем. Дальность действия радиолокации с активным и пассивным ответом. Основное и обобщенное уравнение дальности радиолокационного наблюдения в свободном пространстве. Влияние условия распространения на дальность действия радиосистем.
Методы местоопределения объектов на поверхности и в пространстве. Дальномерные, разностно-дальномерные и угломерные системы. Точность определения местоположения. Влияние условий распространения электромагнитных волн на точность измерения. РЛС кругового обзора, ее структура и характеристика.
Тема 3.2. ДАЛЬНОМЕРНЫЕ И ДОПЛЕРОВСКИЕ СИСТЕМЫ
РАДИОЛОКАЦИИ И РАДИОНАВИГАЦИИ
^
Точность и разрешающая способность при измерении дальности и скорости. Минимальное значение ошибки измерения
Дальномерные и разностно-дальномерные системы. Основные методы измерения дальности.
Построение измерителей при импульсном сигнале. Функциональная схема и потенциальные оценки.
Измерение дальности при использовании сложных сигналов. Аналоговые методы обработки сложных сигналов. Фильтры с использованием поверхностных акустических волн. Цифровые методы обработки сложных сигналов.
Следящие измерители дальности. Оценка точности сопровождения по дальности.
Фазовые дальномерные и разностно-дальномерные системы. Особенности фазового метода измерения дальности. Разрешение и неоднозначность отсчета при фазовом методе измерения, потенциальная точность измерения.
Частотный метод измерения дальности. Принцип построения и основные характеристики частотных дальномеров. Потенциальная точность измерителя. Измерение радиальной скорости объекта.
Доплеровские измерители скорости и угла сноса (ДИСС). Анализ точностных характеристик однолучевых и многолучевых ДИСС. Особенности построения ДИСС с частотной и импульсной модуляцией.
^ Тема 3.3. БОРЬБА С ПОМЕХАМИ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Классификация методов защиты от помех в РЛС. Активные и пассивные помехи.
Основные мероприятия по защите РЛС от активных помех. Борьба с пассивной помехой.
Выделение сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех. Системы СДЦ с внутренней и внешней когерентностью. Методы повышения эффективности систем селекции движущихся целей.
^ Тема 3.4. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ
Методы измерения угловых координат: амплитудный, фазовый, амплитудно-фазовый и частотный (доплеровский). Следящий измеритель угловых координат (метод конического сканирования).
Многоканальные РЛС.
Моноимпульсный метод измерения угловых координат. Амплитудный и фазовый, разностные и суммарно-разностные измерители. Точность измерения угловых координат. Угловая разрешающая способность.
Фазированные антенные решетки (ФАР) в системах измерения угловых координат.
Пространственно-временная обработка радиосигнала. Пространственно-фазовая модуляция и сжатие диаграммы направленности.
Повышение угловой разрешающей способности методом бокового обзора. Синтез диаграммы направленности антенны.
^ Тема 3.5. РАДИОТЕПЛОЛОКАЦИЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЛОКАЦИЯ
Физические основы пассивной радиолокации. Радиотеплопеленгация, измерение дальности и скорости в пассивной радиолокации.
Лазерная локация, приемопередающие устройства оптических локаторов и методы обработки сигналов.
^
Раздел 4. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Тема 4.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Обобщенная структурная схема РТС ПИ. Модели дискретных и непрерывных каналов.
Информационные характеристики системы передачи сообщений. Мера количества информации в передаваемом сообщении. Информационные характеристики источника дискретных сообщений. Энтропия и ее свойства. Скорость передачи дискретной информации и пропускная способность канала.
Кодирование дискретных и аналоговых сообщений. Теорема кодирования для источника. Оптимальное (эффективное) кодирование.
Информационные характеристики источника непрерывных сообщений.
Дифференциальная энтропия и ее свойства.
Энтропия случайных процессов.
Пропускная способность простейших каналов связи. Скорость стационарного двоичного симметричного гауссовского канала без памяти. Основная теорема для канала с помехой.
^ Тема 4.2. ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
Когерентный и некогерентный методы приема информационных сигналов в каналах с постоянными параметрами.
Оптимальный прием простых цифровых сигналов.
Некогерентный прием цифровых сигналов с АМ и ЧМ. Оценка помехоустойчивости приема.
Прием простых цифровых сигналов с ФМ.
Разновидность синхронных детекторов, их характеристика.
Применение относительной фазовой модуляции при передаче дискретных сообщений для борьбы с обратной работой.
Когерентный и некогерентный методы приема простых цифровых сигналов с относительной ФМ.
Повышение помехоустойчивости систем передачи дискретной информации.
^ Тема. 4.3. ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РТСПИ
Классификация корректирующих кодов, их основные характеристики и свойства.
Линейные блоковые коды. Способы задания, методы кодирования и декодирования линейных кодов. Важнейшие блоковые коды.
Сверточные коды. Методы кодирования и декодирования сверточных кодов, способы задания.
Помехоустойчивость приема при использовании корректирующих кодов.
Тема 4.4. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
^ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫМИ СИГНАЛАМИ
Общая характеристика РТС ПИ с псевдослучайными сигналами
(ПС-сигналами). Виды информационной модуляции в системах передачи цифровой информации с ПС-сигналами. Проблема синхронизации в РТС ПИ с ПС-сигналами.
Когерентный и некогерентный методы приема ПС-сигналов в системах передачи цифровой информации. Эффективность систем с ПС-сигналами.
^ Тема 4.5. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ СООБЩЕНИЙ В КАНАЛАХ СО СЛУЧАЙНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Характеристика реальных каналов связи. Одиночный и разнесенный прием в каналах с замиранием. Прием многолучевого сигнала. Использование сложных сигналов в каналах с многолучевостью и замиранием.
^ Тема 4.6. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ И МНОГОСТАНЦИОННЫЕ РТС ПИ
Основы теории линейного разделения канальных сигналов. Общая структурная схема многоканальной РТС ПИ. Классификация многоканальных систем по способу разделения каналов. Многоканальная система с частотным разделением каналов. Общая функциональная схема, виды модуляции, перекрестные искажения, особенности.
Многоканальные системы с временным разделением каналов (ВРК). Общая функциональная схема, способы модуляции и демодуляции, перекрестные искажения, особенности.
Функциональная схема системы с импульсно-кодовой модуляцией. Особенности системы.
Синхронизация в системах с ВРК. Виды синхронизации в системах с ВРК и требования к точности синхронизации. Синхронизирующие сигналы и способы их выделения. Использование фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для синхронизации систем с ВРК. Самосинхронизирующие коды.
Многоканальные системы с разделением каналов по форме сигналов. Общая функциональная схема, выбор канальных сигналов, особенности.
Многоканальные системы с нелинейным уплотнением канальных сигналов. Функциональная схема системы с комбинационным (блочным) уплотнением канальных сигналов.
Функциональная схема системы с мажоритарным уплотнением канальных сигналов.
Многостанционные системы, классификация и особенности построения.
Асинхронные адресные станции РТС ПИ. Области применения асинхронных адресных систем передачи информации. Виды сигналов, способы кодирования и декодирования, взаимные помехи, разновидности структур.
Особенности спутниковых систем связи.
^
Раздел 5. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Тема 5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОУПРАВЛЕНИИ
И УПРАВЛЯЕМЫХ ОБЪЕКТАХ
Задачи, решаемые системами радиоуправления. Методы управления подвижными объектами. Функциональная схема командного телеуправления и наведения по лучу. Структурная схема системы самонаведения.
Тема 5.2. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ И
^ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Системы дальней навигации. Спутниковые навигационные системы «Навстар» и «Глонасс». Общая характеристика космических командно-измерительных радиотехнических комплексов. Определение параметров траектории по результатам измерений. Система единого времени и ее роль в управлении движением. Совмещенные радиотехнические системы.
Социальные и экономические факторы, определяющие развитие РТС. Заключение.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Основные характеристики радиосигналов.
2. Сложные сигналы в РТС.
3. Синтез согласованных фильтров.
4. Прохождение сигналов через корреляционно-фильтровые узлы.
5. Обнаружение радиосигналов.
6. Различение радиосигналов.
7. Оценка неизвестных параметров радиосигналов.
8. Фильтрация параметров радиосигналов.
9. Разрешение радиосигналов.
10. Энергетический расчет РЛС.
11. Передача дискретных сообщений.
12. Передача непрерывных сообщений.
13. Когерентная обработка радиосигналов.
14. Некогерентная обработка радиосигналов.
15. Системы с ПС-сигналами.
16. Энергетический расчет РТС ПИ.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование импульсного метода измерения дальности.
2. Исследование частотного метода измерения дальности.
3. Исследование угломерных радиосистем ближней навигации и самолета.
4. Исследование следящего измерителя направления.
5. Исследование радиодальномерной системы с активным ответом.
6. Исследование доплеровской РТС для измерения путевой скорости и угла сноса.
7. Исследование импульсных видов модуляции, применяемых в РТС ПИ.
8. Исследование РТС ПИ с ВРК.
9. Исследование системы передачи информации с применением сверточных кодов.
10. Исследование фильтрового обнаружителя импульсных сигналов.
11. Исследование системы автоматического радиопеленгования.
12. Исследование доплеровской системы СДЦ.
13. Исследование эффективности сверточных кодов.
14. Исследование влияния хаотической импульсной помехи на точность передачи информации в линиях связи с ВИМ.
^ КУРСОВАЯ РАБОТА
Курсовая работа проводится в 9 семестре. Цель работы – научиться самостоятельно осуществлять энергетический расчет РТС, производить структурный синтез устройств обработки сигналов и оценивать их эффективность, составлять и обосновывать функциональную схему системы.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
- Радиолокационная система обнаружения воздушных объектов с когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
- Радиолокационная система обнаружения надводных объектов с когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
- Радиолокационная система обнаружения спутниковых объектов с когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
- Радиосистема передачи цифровой информации с когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
- Аппаратура пользователя спутниковой глобальной навигационной системы.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
- Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учеб. пособие. – Мн.: Выш. шк., 1988.
- Радиотехнические системы / Под ред. Ю.М. Казаринова . –М.: Высш. шк., 1990.
- Радиотехнические системы передачи информации/Под ред.В.В. Калмыкова. – М.: Радио и связь, 1990.
- Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации. Ч.1,2,3. –Мн.: БГУИР, 1994, 1995.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
- Теоретические основы радиолокации/Под ред. В.Е. Дулевич– М.: Сов. радио, 1978.
- Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. – М.: Радио и связь, 1986.
- Дымова А.И. и др. Радиотехнические системы. – М.: Сов. радио, 1978.
- Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. – М.: Радио и связь, 1986.
- Тепляков И.М. и др. Радиосистемы передачи информации. – М.: Радио и связь, 1982.
- Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. – М.: Сов.радио, 1966.
- Гришин Ю.П. и др. Микропроцессоры в радиотехнических системах. – М.: Радио и связь, 1982.
- Пестряков В.Б., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы. – М.: Радио и связь, 1985.
- Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. – М.: Радио и связь, 1983.
- Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. В.Б. Пестрякова. – М.: Сов. радио, 1973.
- Карпушкин Э.М. Основы теории радиотехнических систем. Ч.1– Мн.:МРТИ, 1993.