Математическое моделирование радиотехнических устройств и систем (2016)

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 выполнение расчетных заданий и курсовых проектов, но включает экзамен по дисциплине.

По дисциплине подготовлен электронный учебно-методический комплекс.

Правила аттестации

Обязательным условием для получения допуска к экзамену является выполнение и защита 4 лабораторных работ.

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 в системе контроля версий. Выполнение этих задач является необходимым условием для получения на экзамене оценок "хорошо" и "отлично".

Черный список

Есть некоторое количество студентов, 10 человек, которые допустились, но неудовлетворительно выполнили 3 лабораторную работу. Для ликвидации текущей академической задолженности они могут предпринять два действия, на свой выбор:

1. Получить в деканате на зачетной неделе соответствующий допуск, договориться с преподавателем о времени ликвидации задолжности, выполнить лабораторную работу №3.
2. Выступить во время лекционных занятий с докладом.

Минимальное время доклада - 7 минут. Формат презентации - ppt, pdf или видео.

В докладе рассматривается альтернативный MATLAB'у пакет или набор инструментов. Доклад должен охватывать вопросы:

• Условия использования, способ покупки/получения
• Типы данных, форматы представления данных: массивы, словари, списки, структуры, классы, ячейки и т.п.
• Как поэлементно перемножить два массива (вектора, списка и т.п.)?
• Как построить график функции sin(w * t)?
• Преимущества и недостатки по сравнению с MATLAB

Тема и дата доклада:

ФИО	Дата	Тема (инструмент)
Долженко Алексей Витальевич	13.05	R
Матвеев Радомир Алексеевич	13.05	Python + matplotlib + numpy
Пауткин Максим Викторович	13.05	Maple
Сергеев Никита Игоревич	20.05	Wolfram Mathematica
Сизоненко Александр Юрьевич	20.05	C + gnuplot
Сулейманов Ильяс Ризаевич	20.05	SciLab
Ананьев Алексей Максимович	20.05	C + qwtplot
Колганов Алексей Валерьевич	27.05	Wolfram Alpha
Овчинников Сергей Александрович	27.05	wxMaxima
Шабалин Ульян Александрович	27.05	Octave

Календарный план

Неделя	Дата	Лекция	Практика	Лабораторная
1	04.02	1. Методологические основы моделирования	1. Системы контроля версий. Моделирование RC-цепи.	1. Моделирование электрических цепей методом несущей
2	11.02	2. Основы использования MATLAB
3	18.02	3. Математические модели радиоустройств и систем	2. Доплеровский сдвиг навигационного сигнала.
4	25.02	4. Моделирование сигналов
5	04.03	5. Представление процессов в частотной области	3. Описание сигналов антенной решетки.
6	11.03	6. Метод несущей при моделировании радиосистем		2. Диаграмма направленности антенной решетки
7	18.03	7. Моделирование линейных звеньев	4. Быстрое преобразование Фурье. Режектор узкополосных помех.
8	25.03	8. Проектирование цифровых фильтров
9	01.04	9. Моделирование нелинейных звеньев	5. Моделирование линейных звеньев
10	08.04	10. Метод комплексных амплитуд при моделировании радиосистем		3. Моделирование системы обнаружения сигнала методом статистических эквивалентов
11	15.04	11. Метод статистических эквивалентов при моделировании радиосистем	6. Проектирование цифрового фильтра
12	22.04	12. Формирование реализаций случайных величин
13	29.05	13. Формирование реализаций случайных процессов	7. Статистический эквивалент коррелятора
14	06.05	14. Обработка результатов статистических экспериментов		4. Моделирование следящей системы методом информационного параметра
15	13.05	15. Метод информационного параметра при моделировании радиосистем	8. Формирование реализаций случайных величин
16	20.05	16. Специализированные средства моделирования и проектирования
17	27.05
18	03.06

Журнал успеваемости.

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.