Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(Korogodin переименовал страницу Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем в [[Математическое моделирование радио…)
 
(→‎Календарный план)
 
(не показаны 10 промежуточных версий 1 участника)
Строка 1: Строка 1:
−
#перенаправление [[Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем (2016)]]
+
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 || 13.02-19.02
 +
|
 +
| 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]] <br> [[media:ММРТиС_Лк10.pdf|Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем]]
 +
|
 +
| 2. [[media:ММРУиС_ЛР2.pdf|Диаграмма направленности антенной решетки]]
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 8 || 27.03-02.04
 +
|
 +
| 4. [[Задание 4 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Быстрое преобразование Фурье. Режектор узкополосных помех.]]
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 9 || 03.04-09.04
 +
| 8. [[media:ММРТиС_Лк7.pdf|Моделирование линейных звеньев]] <br> [[media:ММРТиС_Лк8.pdf|Проектирование цифровых фильтров]] <br> 9. [[media:ММРТиС_Лк9.pdf|Моделирование нелинейных звеньев]] 
 +
|
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 10 || 10.04-16.04
 +
|
 +
| 5. [[Задание 5 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Моделирование линейных звеньев]]
 +
|
 +
 
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 11 || 17.04-23.04
 +
| 10. [[media:ММРТиС_Лк11.pdf|Метод статистических эквивалентов при моделировании радиосистем]] <br> Метод информационного параметра при моделировании радиосистем <br> 11. [[media:ММРТиС_Лк12.pdf|Формирование реализаций случайных величин]]
 +
|
 +
| 3. [[media:ММРУиС_ЛР3.pdf|Моделирование системы поиска сигнала методом статистических эквивалентов]]
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 12 || 24.04-30.04
 +
|
 +
| 6. [[Задание 6 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Проектирование цифрового фильтра]]
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 13 || 01.05-07.05
 +
| 12. [[media:ММРТиС_Лк13.pdf|Формирование реализаций случайных процессов]] <br> 13. [[media:ММРТиС_Лк14.pdf|Обработка результатов статистических экспериментов]]
 +
|
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 14 || 08.05-14.05
 +
|
 +
| 7. [[Задание 7 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Статистический эквивалент коррелятора]]
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 15 || 15.05-21.05
 +
| 14. Моделирование движения космических аппаратов <br> 15. Моделирование движения космических аппаратов
 +
|
 +
| 4. [[media:ММРУиС_ЛР4.pdf|Моделирование следящей системы методом информационного параметра]]
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 16 || 22.05-28.05
 +
|
 +
| 8. [[Задание 8 к практическим занятиям (ММ РУиС)|Формирование реализаций случайных величин]]
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 17 || 29.05-04.06
 +
| 16. Моделирование движения объектов <br> 17. Моделирование движения объектов
 +
|
 +
|
 +
 
 +
|- align=center
 +
| 18 || 05.06-11.06
 +
|
 +
|
 +
|
 +
 
 +
|}
 +
 
 +
[[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)]]

Текущая версия на 14:56, 30 января 2017

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

[править] 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.

[править] 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.

[править] 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.

[править] Заметки по проведению занятий в 2016 году

[править] 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.

[править] 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.

[править] 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.

Источник — «https://2fwww.srns.ru/index.php?title=Математическое_моделирование_радиотехнических_устройств_и_систем&oldid=19159»
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты