05.12.04 – радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 14 июля 2010 г. № 167
 

Введение

Цель программы-минимум:

  • подготовка аспирантов (адъюнктов) к проведению самостоятельных исследований по научным задачам теории и практики радиотехнических систем.

Задачи программы-минимум:

  • привитие обучаемым умения постановки научных задач в области радиотехники, их формулировки и разработки методологии исследований;
  • формирование у обучаемых навыков исследователя, аналитика, способного организовать исследование по конкретной научной задаче в данной предметной области с использованием современных математических методов и разработать на его основе практические предложения;
  • обучение методам моделирования сложных радиотехнических систем и оценки качества их функционирования.

Требования к уровню знаний экзаменуемого

Адъюнкты должны иметь четкое представление об основах следующих дисциплин, положенных в программу - минимум: «Электронные, сверхвысокочастотные и квантовые приборы», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Импульсные и цифровые устройства», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Антенны и устройства сверхвысоких частот», «Радиопередающие устройства», «Радиоприемные устройства», «Статистическая радиотехника», «Радиосистемы передачи информации», «Телевидение и отображение информации», «Теория кодирования» «Цифровая обработка сигналов».

I. Теоретические основы радиотехники

1. Математическое описание и методы анализа сигналов и помех

Дискретные сигналы и их анализ. Дискретное преобразование Фурье и Гильберта и их свойства. Решетчатые функции. Z-преобразование.

Интегральные представления сигналов. Преобразования Фурье, Лапласа Гильберта и другие интегральные преобразования. Свойства данных преобразований.

Разложение сигнала по заданной системе функций. Гармонический анализ сигналов. Спектры периодических и непериодических сигналов. Теорема отсчетов Котельникова в частотной области.

Радиосигналы. Радиосигналы с амплитудной и угловой (частотной и фазовой) модуляцией и их спектры. Радиосигналы со сложной (смешанной) модуляцией и их спектры. Огибающая, фаза и частота узкополосного сигнала. Аналитические сигналы.

Шумы, сигналы и помехи, как случайные процессы. Плотности распределения вероятностей, характеристические функции и функции распределения случайных процессов. Энергетические характеристики случайных процессов. Моментные и корреляционные функции. Спектральная плотность. Свойства корреляционных функций. Теорема Винера-Хинчина. Стационарность и эргодичность случайных процессов. Автокорреляционные и взаимные корреляционные функции. Непрерывность и дифференцируемость случайных процессов. Интегрирование случайных процессов. Гауссовский случайный процесс и его характеристики. Марковские процессы. Узкополосные случайные процессы. Статистические характеристики огибающей, фазы и их производных для суммы сигнала и узкополосного шума. Совместные плотности распределения дискретных значений случайных процессов. Выбросы случайных процессов.

2. Модели радиотехнических цепей и устройств

Линейные и нелинейные цепи и устройства. Методы анализа стационарных и переходных режимов в радиотехнических цепях, устройствах и динамических системах. Методы исследования устойчивости радиоустройств и динамических систем.

Линейные цепи и устройства с постоянными параметрами. Активные линейные цепи. Усилители и их характеристики. Прохождение сигналов и помех (детерминированных и случайных колебаний) через линейные цепи с постоянными параметрами.

Нелинейные цепи и устройства. Методы анализа нелинейных цепей. Умножители частоты. Амплитудные ограничители. Детекторы. Преобразователи частоты колебаний. Генераторы колебаний. Автоколебательные системы. Модуляторы колебаний. Цепи и устройства с переменными параметрами. Параметрическое усиление, преобразование и генерирование колебаний.

Воздействие случайных процессов на нелинейные и параметрические цепи и устройства. Статистические характеристики процессов на выходе нелинейных устройств и методы их нахождения.

Дискретные линейные системы. Методы анализа и синтеза дискретных радиотехнических устройств и систем. Физическая осуществимость и устойчивость дискретных устройств и систем.

Следящие радиотехнические системы. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. Структурные схемы следящих систем. Структуры и статистические характеристики дискриминаторов. І Формирующие фильтры, включая фильтры Винера и Калмана. Методы анализа динамических систем с переменными и случайными параметрами. Статистическая динамика непрерывных, дискретных и импульсных следящих радиосистем.

3. Излучение и прием радиоволн, распространение электромагнитных волн

Распространение радиоволн в природных условиях. Явления дифракции и интерференции.

Канализация радиоволн. Волноводы и фидеры. Теория цепей СВЧ. Электромагнитные резонаторы. Взаимные и невзаимные устройства СВЧ.

Основы теории антенн. Типы направляющих систем. Элементарные излучатели. Ближняя и дальняя зоны. Приемная и передающая антенны, их параметры и характеристики. Особенности технической реализации антенн различных диапазонов радиоволн для целей радиосвязи и телевидения.

II. Статистическая обработка сигналов на фоне помех

1. Модели сигналов и помех

Математические модели полезных сигналов и помех. Основные характеристики полезных сигналов и помех (корреляционные функции, энергетический спектр, средняя мощность). Дискретное представление полезных сигналов и помех во времени и пространстве. Многомерные плотности вероятности комплексных огибающих полезных сигналов и помех во времени и пространстве.

2. Обработка сигналов на фоне помех

Пространственно-временная структура сигнала. Условие разделения пространственной и временной структур.

Временная обработка одиночных сигналов и их последовательностей. Задача оптимального обнаружения и методика ее решения. Отношение правдоподобия для сигнала известной формы. Алгоритм обработки. Корреляционный интеграл. Корреляционный обнаружитель сигналов известной формы. Фильтровой обнаружитель сигналов известной формы. Когерентная компенсация помех и способы реализации. Когерентное накопление сигнала и способы реализации. Отношение сигнал/помеха. Некогерентное накопление. Статистические показатели качества обнаружения сигналов на фоне помех.

Пространственная обработка сигналов. Пространственные сигналы и их спектры. Системы пространственной обработки и их характеристики. Принципы пространственной обработки сигналов на фоне помех. Пространственная когерентная компенсация мешающих излучений. Пространственное когерентное накопление сигнала. Показатели эффективности пространственной обработки.

3. Измерение параметров сигналов на фоне помех .

Классификация измерителей. Критерий оптимальности измерителя. Структура оптимального измерителя. Дискриминаторы сигнала ошибки автоматических следящих измерителей. Эквивалентная спектральная плотность возмущающего воздействия измерителей и флуктуационная ошибка единичных оценок параметра. Формирующие фильтры. Фильтрация и экстраполяция во времени задающих воздействий измерителей. Фильтры Винера и Калмана. Синтез цифровых фильтров воспроизведения задающих воздействий по их аналоговым прототипам. Ошибки фильтрации и экстраполяции параметров.

4. Различение сигналов и распознавание объектов на фоне помех

Задача различения (распознавания). Основные категории различения (распознавания). Решающее правило различения (распознавания). Структура устройства различения (распознавания). Показатели качества различения (распознавания). Закон распределения и статистические характеристики случайной величины, лежащей в основе принятия решения. Статистические характеристики различения (распознавания).

5. Цифровые методы обработки сигналов

Дискретизация сигналов по времени и квантование по уровню. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и выбор параметров кода. Методы синтеза алгоритмов и устройств цифровой обработки сигналов. Цифровая фильтрация и цифровые фильтры. Рекурсивные и нерекурсивные цифровые фильтры. Импульсные характеристики цифровых фильтров. Ошибки квантования и округления. Методы расчета цифровых фильтров. Коэффициент передачи и импульсная характеристика цифровых фильтров. Цифровая фильтрация во временной и частотной областях. Цифровой спектральный анализ. Быстрые преобразования Фурье. Обобщенное дискретное преобразование Фурье. Двумерные и многомерные сигналы. Многомерное дискретное преобразование Фурье. Непрерывные и дискретные вейвлет-преобразования. Цифровая обработка многомерных сигналов и изображений. Спектральный анализ с помощью дискретного и быстрого преобразования Фурье, вейвлет-преобразований.

Дискретная свертка и корреляция. Построение цифровых фильтров. Согласованный и оптимальный цифровой фильтр. Адаптивная обработка дискретных сигналов.

III. Радиотехнические и телевизионные системы

1. Радиотехнические системы в задачах радиолокации (радионавигации)

Классификация, структуры и основные характеристики радиотехнических систем извлечения информации в приложении к задачам, локации (обнаружение, измерение, распознавание) и навигации. Классификация, структуры и основные характеристики радиотехнических систем извлечения информации. Классификация, структуры и основные характеристики радиотехнических систем разрушения информации.

2. Системы телевидения

Физические принципы, используемые для формирования, передачи, приема и консервации изображений. Диапазоны радиоволн, используемые в телевидении. Методы разложения изображений на элементы. Принцип последовательной передачи элементов изображения. Кадр, строки и элементы изображения. Слитность изображения. Синхронизация смены кадров и начала развертки строк. Формат телевизионного сигнала. Стандарты телевизионных сигналов.

Особенности построения телевизионных передатчиков. Передача радиосигнала изображения. Передача звукового сопровождения. Формирование и передача сигналов синхронизации и кода цветности сигнала. Преобразование оптического изображения в электрический сигнал в передающей телевизионной камере (ПТК). Оптическая система ПТК. Передающие телевизионные трубки. Мощные широкополосные усилители с корректирующими цепями. Методы стабилизации частоты в телевизионных передатчиках.

Особенности передающих и приемных телевизионных антенн метровых, дециметровых и сантиметровых волн. Особенности телевизионных приемников. Селектор каналов, преобразователь частоты, УПЧ, видеоусилитель и декодер цветности. Устройство выделения синхроимпульсов для синхронизации развертки изображения приемной телевизионной трубки. Генераторы строчной и кадровой развертки. Методы запоминания, сжатия и хранения изображений

Цифровое телевидение. Спутниковые телевизионные системы. Телевизионные системы обзора и наблюдения (в том числе и скрытного). Телевизионные визиры. Телевизионные системы наведения и прицеливания. Охранные телевизионные системы. Системы предупреждения столкновения.

3. Радиоэлектронные системы разрушения и защиты информации

Радиотехническая разведка. Определение параметров радиосигналов' систем различного назначения средствами радиотехнической разведки. Методы определения местоположения систем передачи информации. Определение и анализ характеристик излучаемых ими сигналов. Эффективность средств радиотехнической разведки.

Методы и средства радиоэлектронного противодействия. Генераторы активных помех. Виды активных помех.

Задачи радиоэлектронной защиты. Методы и средства радиоэлектронной защиты. Скрытность работы радиоэлектронной аппаратуры и сохранения ее работоспособности при воздействии радиопомех. Адаптивные методы защиты от специально организованных радиопомех. Контрадиоэлектронное противодействие.

4. Использование различных физических полей для решения задач

Радиотехники

Полезные сигналы (излученные и отраженные) и помехи различных физических полей (электромагнитного, акустического, сейсмического и др.).

Преобразование электрических, акустических, сейсмических, гидроакустических волн и волн других физических полей в электрические сигналы. Математическая модель канала распространения акустических, сейсмических, гидроакустических волн и волн других физических полей. Пространственный прием электрических, акустических, сейсмических, гидроакустических волн и волн других физических полей. Устройства пространственного приема и преобразования волн различных физических полей в электрические сигналы.

IV. Радиотехнические устройства

1. Устройства генерирования и формирования сигналов

Генераторы и автогенераторы. Режимы самовозбуждения, их особенности. Стабильность частоты и методы ее повышения. Стабилизация с помощью высокодобротных колебательных систем (резонаторов). Кварцевые генераторы. Квантовые эталоны частоты. Умножители частоты. Синтезаторы частоты. Факторы, ограничивающие мощность генераторов. Суммирование мощностей генераторов.

Управление колебаниями (модуляция). Основы теории линейной и нелинейной модуляции (манипуляции).

Генерация и усиление колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ). Основные типы генераторов и усилителей СВЧ.

Радиопередающие устройства (РПУ). Основные и побочные радиоизлучения в РПУ.

2. Устройства приема и преобразования сигналов

Структуры и особенности построения радиоприемных трактов (РПрТ). Основные характеристики и параметры РПрТ. Чувствительность, коэффициент шума, верность воспроизведения сообщения, односигнальная и многосигнальная частотная избирательность, линейные и нелинейные искажения сигналов, эффективная частотная избирательность, динамический диапазон.

Действие сосредоточенных помех на РПрТ. Нелинейные эффекты и их классификация. Блокирование, перекрестная модуляция, интермодуляция, обратное преобразование шумов гетеродина.

Действие флуктуационных помех на РПрТ. Источники флуктуационных помех. Шумы приемных антенн, пассивных и активных элементов РПрТ. Эквивалентные шумовые схемы.

Действие импульсных помех на РПрТ и способы уменьшения их влияния. Особенности борьбы с промышленными помехами.

Входные цепи РПрТ умеренно высоких частот и диапазона СВЧ. Типовые схемы, параметры, характеристики.

Основы теории устройств радиочастоты (УРЧ) с сосредоточенными и распределенными параметрами. Типовые схемы УРЧ умеренно высоких частот, параметры, характеристики. Типовые схемы УРЧ СВЧ диапазона, параметры, характеристики.

Основы теории преобразователей частоты (ПЧ). Типовые схемы ПЧ на биполярных и полевых транзисторах, диодные ПЧ, параметры и характеристики. Типовые схемы ПЧ СВЧ диапазона, параметры, характеристики.

Принципы построения и основы теории усилителей промежуточной частоты (УПЧ). Типовые схемы УПЧ, параметры, характеристики.

Детекторы (назначение и классификация, режимы работы). Типовые схемы амплитудных, синхронных, фазовых и частотных детекторов. Линейные и нелинейные искажения сигналов в детекторах. Действие гармонических и флуктуационных помех при приеме амшштудно-модулированных, фазомодулированных и частотно-модулированных сигналов.

Автоматическая регулировка усиления и автоматическая регулировка чувствительности в РПрТ, типовые схемы, параметры и характеристики.

Фазовые детекторы (назначение, принцип действия, основные характеристики). Типовые схемы фазовых детекторов. Прием фазомодулированных сигналов. Действие гармонических и флуктуационных помех при приеме фазомодулированных сигналов.

Частотные детекторы (назначение, принцип действия, основные характеристики). Типовые схемы частных детекторов. Прием частотно-модулированных сигналов. Действие гармонических и флуктуационных помех при приеме частотно-модулированных сигналов. Методы подавления порогового эффекта в приемниках частотно-модулированных сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1994.
  2. Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2000.
  3. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991.
  4. Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых В.В. Случайные процессы. Примеры и задачи. Т. 1-3. Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2004.
  5. Лепендин Л.Ф. Акустика: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1978.
  6. Красильников В.А. Звуковые волны в воздухе, воде и твердых телах. 2-е из., перераб. - М.: Гос. издат. технико-теоретической литературы, 1954.
  7. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику: Учеб. пособие для вузов. - М.: Наука, 1984.
  8. Аки А., Ричарде П. Количественная сейсмология. Теория и методы. В 2-х томах/ Пер. с англ. - М.: Мир, 1983.
  9. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1980.
  10. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ. под ред. С.Я. Шаца. - М.: Связь, 1979.
  11. Уидроу Б. Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов/ Пер.с англ.-М.: Радио и связь, 1989.
  12. Применение цифровой обработки сигналов/ Под ред. Э.Оппенгейма/ Пер. с англ. под ред. A.M. Рязанцева. - М.: Мир, 1980.
  13. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов/ Пер. с англ. под ред А.А.Бритова. - М.: Бином, 2006.
  14. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций/Авторы: А.И. Солонина, Д.А. Улахович, СМ. Арбузо, Е.Б. Соловьева, И.И. Гук. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003.
  15. Доджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных
    сигналов/ Пер с англ.- М.: Мир, 1988.
  16. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов/ Пер. с
    англ.-М.: Мир, 1989.
  17. Залманзон Л.А. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. - М.: Наука, 1989.
  18. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для вузов/ Под ред. Д.И. Воскресенского. М: Изд-во МАИ, 1999.
  19. Охрименко А. Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба.
    Часть 1. Основы радиолокации. - М.: Воениздат, 1983.
  20. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993.
  21. Гришин Ю. П., Ипатов В. П., Казаринов Ю. М., Коломенский Ю. Д.
    Радиотехнические системы. -М.: Высш. шк., 1990.
  22. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы. - Мн.: Выш. школа,1988.
  23. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория:
    Справочник/ Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: ЗАО «МАКВИС», 1998.
  24. Шебшаевич B.C. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные
    системы. - М.: Радио и связь, 1993.
  25. Апорович А.Ф. Проектирование радиотехнических систем: Учебное пособие для вузов по специальности «Радиотехника». - Мн.: специальности «Радиотехника».- Высш.шк., 1988.
  26. Радиотехнические системы передачи информации/ Под ред. В.В. Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990.
  27. Спутниковая связь и вещание: Справочное издание / Под ред. Л.Я. Кантора. М.: Радио и связь, 1997.
  28. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации
    фазоманипулированными сигналами. - М.: Радио и связь, 1991.
  29. Устройства генерирования и формирования радиосигналов/ Под ред. Г.М. Уткина, М.В. Благовещенского, В.Н. Кулешова. - М.: Радио и связь, 1994.
  30. Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства. - Мн.: Выш. шк., 1991.
  31. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина. - М.: Радио и связь, 2003.
  32. Румянцев К.Е. Прием и обработка сигналов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004.
  33. Телевидение: Учебник для вузов /Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Радио и связь, 2000.
  34. Ткаченко А.П. Цветное телевидение. - Мн.: Беларусь, 1981.
  35. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионнойаппаратуры: Учебное пособие для вузов/Под ред. СВ. Новаковского.- М.:Радио и связь, 1994.
  36. Вернер М. Основы кодирования. Учебник для ВУЗов. - М.:Техносфера, 2006.
  37. Волков Л.Н., Немировский М. С, Шинаков Ю. С. Системы цифровойсвязи: базовые методы и
  38. Комарович В. Ф., Симонов М. В. , Фролов В. Ю. Основырадиоэлектронной борьбы, радиоэлектронной защиты и безопасности связи иавтоматизированных систем управления. - Л.: ВАС, 1989.