Просмотр исходного текста страницы Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем

Дисциплина "Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем" входит в базовую часть общенаучного цикла занятий [http://beta.mpei.ru/Education/educationalprograms/rt/Pages/default.aspx 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 [[ЭУМК ММ РТУиС|электронный учебно-методический комплекс]].

== 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 [[media:ММРУиС_ТЗ.doc|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 ==


{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Дата || Лекция || Практика || Лабораторная 

|- align=center
| 1 || 06.02-12.02  
| 1. [[media:ММРТиС_Лк1.pdf|Методологические основы моделирования]] <br> 2. [[media:ММРТиС_Лк2.pdf|Основы использования MATLAB]] 
|
| 

|- align=center
| 2 || 12.02-19.02 
| 
| 1. [[Задание 1 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Системы контроля версий. Моделирование RC-цепи.]]
|

|- align=center
| 3 || 20.02-26.02 
| 3. [[media:ММРТиС_Лк2.pdf|Основы использования MATLAB]]  <br> 4. [[media:ММРТиС_Лк2.pdf|Основы использования MATLAB]] 
| 
| 1. [[media:ММРУиС_ЛР1.pdf|Моделирование электрических цепей методом несущей]]

|- align=center
| 4 || 27.02-05.03 
| 
| 2. [[Задание 2 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Доплеровский сдвиг навигационного сигнала.]]
|

|- align=center
| 5 || 06.03-12.03
| 5. [[media:ММРТиС_Лк5.pdf|Представление процессов в частотной области]] 
| 
| 

|- align=center
| 6 || 13.03-19.03 
| 
| 3. [[Задание 3 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Описание сигналов антенной решетки.]] 
|

|- align=center
| 7 || 20.03-26.03
| 6. [[media:ММРТиС_Лк3.pdf|Математические модели радиоустройств и систем]] <br> [[media:ММРТиС_Лк4.pdf|Моделирование сигналов]] <br> 7. [[media:ММРТиС_Лк6.pdf|Метод несущей при моделировании радиосистем]]
| 
| 2. [[media:ММРУиС_ЛР2.pdf|Диаграмма направленности антенной решетки]]



|- align=center
| 7 || 21.03 || 6. [[media:ММРТиС_Лк6.pdf|Метод несущей при моделировании радиосистем]]
| 4. [[Задание 4 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Быстрое преобразование Фурье. Режектор узкополосных помех.]] 
| 

|-align=center
| 8 || 22.03 || 7. [[media:ММРТиС_Лк7.pdf|Моделирование линейных звеньев]]
| 
|

|- align=center
| 9 || 04.04 || 8. [[media:ММРТиС_Лк8.pdf|Проектирование цифровых фильтров]]   
| 5. [[Задание 5 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Моделирование линейных звеньев]]
|

|- align=center
| 10 || 05.04 || 9. [[media:ММРТиС_Лк9.pdf|Моделирование нелинейных звеньев]] 
|   
|

|- align=center
| 11 || 18.04 || 10. [[media:ММРТиС_Лк10.pdf|Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем]] 
| 6. [[Задание 6 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Проектирование цифрового фильтра]]
| 3. [[media:ММРУиС_ЛР3.pdf|Моделирование системы обнаружения сигнала методом статистических эквивалентов]]

|- align=center
| 12 || 19.04 || 11. [[media:ММРТиС_Лк11.pdf|Метод статистических эквивалентов при моделировании радиосистем]] 
| 
|

|- align=center
| 13 || 02.05 || 12. [[media:ММРТиС_Лк12.pdf|Формирование реализаций случайных величин]] 
| 7. [[Задание 7 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Статистический эквивалент коррелятора]]
|

|- align=center
| 14 || 03.05 ||  
|
|

|- align=center
| 15 || 16.05 || 
| 8. [[Задание 8 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Формирование реализаций случайных величин]]  
| 4. [[media:ММРУиС_ЛР4.pdf|Моделирование следящей системы методом информационного параметра]]

|- align=center
| 16 || 17.05 || 13. [[media:ММРТиС_Лк13.pdf|Формирование реализаций случайных процессов]] 
| 
|

|- align=center
| 17 || 30.05 || 14. [[media:ММРТиС_Лк14.pdf|Обработка результатов статистических экспериментов]]
| 
| 

|- align=center
| 18 || 31.05 || 15. Метод информационного параметра при моделировании радиосистем 
| 
|

|- align=center
| 19 || - || 16. Специализированные средства моделирования и проектирования   
|
|

|}


{| class="wikitable"
|-
! Неделя || Дата || Лекция || Практика || Лабораторная 

|- align=center
| 1 || 07.02 || 1. [[media:ММРТиС_Лк1.pdf|Методологические основы моделирования]]
| 1. [[Задание 1 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Системы контроля версий. Моделирование RC-цепи.]]
| 

|- align=center
| 2 || 08.02 || 2. [[media:ММРТиС_Лк2.pdf|Основы использования MATLAB]] 
|
|

|- align=center
| 3 || 21.02 || 3. [[media:ММРТиС_Лк3.pdf|Математические модели радиоустройств и систем]]
| 2. [[Задание 2 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Доплеровский сдвиг навигационного сигнала.]]
| 1. [[media:ММРУиС_ЛР1.pdf|Моделирование электрических цепей методом несущей]]

|- align=center
| 4 || 22.02 || 4. [[media:ММРТиС_Лк4.pdf|Моделирование сигналов]]
|
|

|- align=center
| 5 || 07.03 || 5. [[media:ММРТиС_Лк5.pdf|Представление процессов в частотной области]]  
| 3. [[Задание 3 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Описание сигналов антенной решетки.]] 
|

|- align=center
| 6 || 08.03 ||  
|
|

|- align=center
| 7 || 21.03 || 6. [[media:ММРТиС_Лк6.pdf|Метод несущей при моделировании радиосистем]]
| 4. [[Задание 4 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Быстрое преобразование Фурье. Режектор узкополосных помех.]] 
| 2. [[media:ММРУиС_ЛР2.pdf|Диаграмма направленности антенной решетки]]

|-align=center
| 8 || 22.03 || 7. [[media:ММРТиС_Лк7.pdf|Моделирование линейных звеньев]]
| 
|

|- align=center
| 9 || 04.04 || 8. [[media:ММРТиС_Лк8.pdf|Проектирование цифровых фильтров]]   
| 5. [[Задание 5 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Моделирование линейных звеньев]]
|

|- align=center
| 10 || 05.04 || 9. [[media:ММРТиС_Лк9.pdf|Моделирование нелинейных звеньев]] 
|   
|

|- align=center
| 11 || 18.04 || 10. [[media:ММРТиС_Лк10.pdf|Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем]] 
| 6. [[Задание 6 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Проектирование цифрового фильтра]]
| 3. [[media:ММРУиС_ЛР3.pdf|Моделирование системы обнаружения сигнала методом статистических эквивалентов]]

|- align=center
| 12 || 19.04 || 11. [[media:ММРТиС_Лк11.pdf|Метод статистических эквивалентов при моделировании радиосистем]] 
| 
|

|- align=center
| 13 || 02.05 || 12. [[media:ММРТиС_Лк12.pdf|Формирование реализаций случайных величин]] 
| 7. [[Задание 7 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Статистический эквивалент коррелятора]]
|

|- align=center
| 14 || 03.05 ||  
|
|

|- align=center
| 15 || 16.05 || 
| 8. [[Задание 8 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Формирование реализаций случайных величин]]  
| 4. [[media:ММРУиС_ЛР4.pdf|Моделирование следящей системы методом информационного параметра]]

|- align=center
| 16 || 17.05 || 13. [[media:ММРТиС_Лк13.pdf|Формирование реализаций случайных процессов]] 
| 
|

|- align=center
| 17 || 30.05 || 14. [[media:ММРТиС_Лк14.pdf|Обработка результатов статистических экспериментов]]
| 
| 

|- align=center
| 18 || 31.05 || 15. Метод информационного параметра при моделировании радиосистем 
| 
|

|- align=center
| 19 || - || 16. Специализированные средства моделирования и проектирования   
|
|

|}

[[media:ММРТиС_2017_Списки.ods|Журнал успеваемости]].

== Вопросы к экзамену ==

В каждый экзаменационный билет входят два вопроса из следующего списка:
# Методология и процедура компьютерного моделирования на примере моделирования в рамках магистерской работы.
# Радиосистемы. Типы радиотехнических систем и их обобщенные схемы.
# Формальное описание РТС и структура её компьютерной модели. 
# Классификация методов моделирования по форме описания сигналов.
# Описание и моделирование выходного сигнала АЦП.
#Представление сигналов в частотной области. Дискретное преобразование Фурье.  Нормировка и интерпретация результатов дискретного преобразования Фурье. Примеры в MATLAB/Octave.
# Представление сигналов в частотной области. Теорема Парсеваля. "Утечка спектра". Оконная обработка. Примеры в MATLAB/Octave.
# Метод несущей (мгновенных значений) при моделировании радиосистем. Примеры в MATLAB/Octave.
# Передаточная функция аналогового и цифрового звена. Построение АЧХ, ФЧХ звена в MATLAB/Octave. 
# Импульсная характеристика аналогового и цифрового звена. Связь импульсной характеристики и передаточной функции, построение импульсной характеристики, дискретная свертка в MATLAB/Octave.
# Моделирование линейного аналогового звена: постановка задачи, билинейное преобразование. Пример в MATLAB/Octave.
# Моделирование линейного аналогового звена: постановка задачи, метод инвариантности импульсной характеристики. Пример в MATLAB/Octave.
# Моделирование линейного аналогового звена: метод замены дифференциалов. Пример в MATLAB/Octave.
# Постановка задачи проектирования цифрового фильтра. Проектирование фильтра по аналоговому прототипу. Пример в MATLAB/Octave.
# Постановка задачи проектирования цифрового фильтра. Оптимальный и субоптимальный синтез фильтра. Пример в MATLAB/Octave.
# Моделирование безынерционных нелинейных звеньев. Поиск корней системы нелинейных уравнений. Поиск минимума функции. Примеры в MATLAB/Octave.
# Моделирование инерционных нелинейных звеньев: моделирование замкнутых звеньев. Пример в MATLAB/Octave.
# Моделирование инерционных нелинейных звеньев: решение системы нелинейных дифференциальных уравнений. Пример в MATLAB/Octave.
# Преобразование Гильберта. Аналитический сигнал. Примеры в MATLAB/Octave.
# Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем. Базис функциональных элементов по методу комплексных амплитуд. Примеры в MATLAB/Octave.
# Метод статистических эквивалентов. Статистический эквивалент коррелятора. Статистические эквиваленты дискриминаторов. Примеры в MATLAB/Octave.
# Формирование реализаций случайных величин с равномерным законом распределения, нормальным законом распределения, распределением Рэлея-Райса. Примеры в MATLAB/Octave.
# Формирование реализаций случайных величин по методу обратных функций и методу отказов. Примеры в MATLAB/Octave.
# Многомерная нормальная случайная величина, её описание, формирование реализаций. Пример в MATLAB/Octave.
# 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. 
# Формирование случайных процессов по методу формирующего фильтра и обратного преобразования Фурье. Примеры в MATLAB/Octave.
# Свойства оценок обработки результатов статистических экспериментов. Оценка эмпирического закона распределения и эмпирической функции распределения. Примеры в MATLAB/Octave.
# Проверка статистических гипотез по критерию Пирсона. Пример в MATLAB/Octave.
# 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. 

[[Категория:ММ РУиС (дисциплина)]]