Физические основы получения информации

ПРОГРАММА

 

Государственного экзамена

 

для бакалавров по направлению

 

200100.62 – «Приборостроение»

 

Факультет Информационно-измерительных и биотехнических систем

Выпускающие кафедры: Информационно-измерительных систем и технологий

                                      Лазерных измерительных и навигационных систем

                                      Электроакустики и ультразвуковой техники

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

Программа государственного экзамена составлена в соответствии с ГОС ВПО и утвержденной в вузе ООП подготовки бакалавров по направлению 200100 – «Приборостроение», а также на основании «Положения об итоговой государственной аттестации выпускников СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

 

1. В основу программы положены следующие программы базовой и вариативной частей математического и естественнонаучного, а также профессионального циклов подготовки бакалавров по направлению 200100 – «Приборостроение».

Модуль дисциплин направления

       ЕН

       Физические основы получения информации

           

       ОПД

Метрология, стандартизация и сертификация

Основы проектирования приборов и систем

Компьютерные технологии в приборостроении

 

СД

Основы теории сигналов

Методы анализа и обработки сигналов

 

2. Выпускники должны:

Знать принципы построения средств приборостроения, методы измерения и преобразования различных физических величин;

Уметь использовать современные компьютерные технологии для расчета и проектирования элементов и узлов приборов и систем.

 

3. Программа включает в себя следующие основные разделы дисциплин:

Метрология, стандартизация и сертификация

1. Классификация измерений

2. Классификация средств измерений

3. Характеристики средств измерений

4. Способы выражения и нормирования пределов допускаемых погрешностей

5. Погрешности измерений и обработка результатов измерений

6. Электромеханические приборы

7. Мосты и компенсаторы

8. Электронный осциллограф

9. Цифровые приборы. Классификация, погрешности.

10. Времяимпульсный цифровой вольтметр

11. Цифровой вольтметр сравнения и вычитания

12. Интегрирующий цифровой вольтметр

13. Параметрические измерительные преобразователи

14. Генераторные измерительные преобразователи

15. Измерение магнитных величин.

 

Основы проектирования приборов и систем

1. Определение первичного преобразователя приборов и систем.

2.  Теорема Хинчина-Винера.

3.  Горячее резервирование аппаратуры.

4.  Статические и динамические характеристики приборов.

5.  Стационарность случайных процессов.

6.  Предварительный расчет надежности.

7.  Этапы проектирования технической документации.

8.  Динамическая погрешность.

9.  Фазометр с перекрытием.

10. Эргодичность и стационарность случайных процессов.

11. Разрешающая способность усилителя постоянного тока (УПТ).

12. Триггерный фазометр.

13. Классификация измерительных сигналов.

14. Основные характеристики надежности (теории надежности).

15. Гальванические развязки сигнальных цепей.

16. Шумы усилителей МДМ.

17. Преобразование продольной помехи в поперечную.

18. Дисперсия динамической погрешности.

19. Методы борьбы с помехами и шумами.

20. Классификация погрешностей.

21. Модели сигналов. Соотношение сигнал/шум.

22. Оценка вклада влияющих факторов на величину суммарной погрешности системы.

23. Спектральные плотности сигналов, шумов, погрешностей.

24. Принципы построения следящих фазометров.

25. Общие правила проектирования принципиальных схем.

26. Порог чувствительности (разрешающая способность) УПТ.

27. Основные характеристики случайных процессов.

28. Интенсивность отказа аппаратуры.

29. Минимизация суммарной погрешности системы.

30. Корреляционная функция и спектральная плотность векторного случайного процесса.

31. Применение аналоговой и цифровой фильтрации.

32. Окончательный расчет надежности аппаратуры.

33. Основные характеристики стационарных случайных процессов.

34. Холодное резервирование аппаратуры.

35. Согласование импедансов в тракте преобразования сигналов (по напряжению и по мощности).

36. Моделирование как этап проектирования приборов и систем.

37. Свойства случайных процессов.

38. Минимизация суммарной погрешности.

39. Архитектура современных приборов и систем.

40. Критерии качества проектируемых приборов и систем.

 

 

Основы теории сигналов

1.Аналитический сигнал.

2.Частотное представление сигналов.

3.Основные модели сигналов.

3.1.Монохроматический сигнал (“несущая”).

3.2.Амплитудно-модулированный сигнал.

3.3.Сигналы с угловой модуляцией.

3.4.Импульсные сигналы с высокочастотным заполнением.

4.Эхо-сигналы.

5.Функция неопределенности.

6.Свойства функции неопределенности.

7.Тело неопределенности.

8.Равномерная выборка. Теорема Котельникова.

9.Моментные функции случайных процессов.

10.Стационарные и нестационарные случайные процессы.

11.Эргодические и неэргодические стационарные процессы.

12.Связанные и комплексные случайные процессы.

13.Свойства корреляционной и взаимной корреляционной функций.

14.Дифференцирование и интегрирование случайных процессов.

15.Гауссовские случайные процессы.

16.Спектральная плотность стационарного случайного процесса. Теорема Хинчина-Винера.

17.Свойства спектральной плотности.

18.Белый шум.

19.Узкополосные случайные процессы.

20.Корреляционная функция узкополосного процесса.

21.Характеристики случайного процесса на выходе произвольной линейной динамической системы с постоянными параметрами.

22.Плотность распределения вероятностей процесса на выходе нелинейной системы.

23.Определение моментных функций на выходе нелинейной системы.

24.Выбросы случайных процессов.

25.Анализ спектров ([1], п.4.4).

26.Анализ распределения вероятностей ([1], п.4.5).

27.Количество информации.

28.Энтропия источника сообщений. Свойства энтропии.

29.Энтропия источника непрерывных сообщений.

30.Энтропия объединения. Условная энтропия.

31.Пропускная способность канала связи при наличии помех. Непрерывный канал связи.

 

 

       Методы анализа и обработки сигналов

1.Виды помех. Шумовая помеха.

2.Реверберационная помеха. Статистические характеристики реверберации.

3.Оптимальные фильтры устройств обнаружения.

4.Согласованные фильтры.

5.Физически возможные фильтры. Квазиоптимальные фильтры.

6.Синтез оптимальных фильтров..

7.Оптимальная фильтрация сигналов по критерию минимума среднеквадратичной ошибки (сглаживающие и прогнозирующие фильтры).

8.Метод статистических решений. Возможные решения при обнаружении сигнала. Критерии оптимального обнаружения.

9.Простейший обнаружитель Неймана-Пирсона.

10.Бинарное обнаружение полностью известного сигнала.

11.Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой.

12.Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой.

13.Корреляционные обнаружители сигналов со случайным временем прихода.

14.Особенности обнаружения изменений параметров сигнала.

15.Обнаружение пачек сигналов. Обнаружение пачки некоррелированных импульсов.

16.Обнаружение сигналов с двоичным накоплением.

17.Последовательный обнаружитель.([1], [2]).

18.Обнаружение коррелированных сигналов.

19.Достоверность результатов обнаружения.

20.Понятие об оценке параметров принимаемых сигналов.

21.Качество оценок и критерии оптимальности измерения параметров.

22.Основные положения байесовской теории измерений.

23.Максимально правдоподобная оценка.

24.Потенциальная точность определения параметра. Потенциальная точность определения момента прихода сигнала и доплеровского сдвига частоты.

25.Пространственно-временной сигнал.

26.Случайные пространственно-временные сигналы.

27.Случайные поля и пространственные фильтры.

28.Модели дискретных сигналов.

29.Дискретизация периодических сигналов.

30.Основы гомоморфной обработки сигналов.

31.Гомоморфная обработка мультипликативного сигнала.

32.Гомоморфная обработка свернутого сигнала.

33.Кепстральный анализ сигналов.

 

 

Литература

К дисциплине «Физические основы получения информации»

ПРОГРАММА

 

Государственного экзамена

 

для бакалавров по направлению

 

200100.62 – «Приборостроение»

 

Факультет Информационно-измерительных и биотехнических систем

Выпускающие кафедры: Информационно-измерительных систем и технологий

                                      Лазерных измерительных и навигационных систем

                                      Электроакустики и ультразвуковой техники

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

Программа государственного экзамена составлена в соответствии с ГОС ВПО и утвержденной в вузе ООП подготовки бакалавров по направлению 200100 – «Приборостроение», а также на основании «Положения об итоговой государственной аттестации выпускников СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

 

1. В основу программы положены следующие программы базовой и вариативной частей математического и естественнонаучного, а также профессионального циклов подготовки бакалавров по направлению 200100 – «Приборостроение».

Модуль дисциплин направления

       ЕН

       Физические основы получения информации

           

       ОПД

Метрология, стандартизация и сертификация

Основы проектирования приборов и систем

Компьютерные технологии в приборостроении

 

СД

Основы теории сигналов

Методы анализа и обработки сигналов

 

2. Выпускники должны:

Знать принципы построения средств приборостроения, методы измерения и преобразования различных физических величин;

Уметь использовать современные компьютерные технологии для расчета и проектирования элементов и узлов приборов и систем.

 

3. Программа включает в себя следующие основные разделы дисциплин:

Физические основы получения информации

1. Информация. Информационный обмен. Основные термины и определения.

2. Фазы обращения информации.

3. Виды информации

4. Структурные преобразования информации

5. Измерение информации. Геометрическая мера.

6. Комбинаторная мера информации.

7. Аддитивная мера информации. Мера Хартли.

8. Системы счисления. Числовые последовательности.

9. Статистическая мера информации

 

10. Оценка качества измерений и контроля

11. Семантическая мера информации.

12. Механические информационные каналы.

13. Акустические информационные каналы.

14. Оптические информационные каналы.

15. Электрические информационные каналы.

16. Информационные радиоканалы.

17. Информационные телеканалы.

18. Концептуальная модель восприятия информации оператором.

19. Свойства сенсоров визуальной информации

20. Линейные характеристики звукового поля.

21. Уравнение движения сплошной среды при передаче звука.

22. Характеристики полей плоских волн.

23. Волновое уравнение. Диссипация энергии.

24. Волны с криволинейными фронтами.

25. Преломление плоских упругих волн на границе раздела двух сред.

26. Эффект полного внутреннего отражения.

27. Модели и свойства слухового восприятия.

28 Строение и свойства слуховых сенсоров.

29. Слух и восприятие звуковых сигналов.

30. Эффект Доплера для упругих волн. Частные случаи.

31. Интегральные формулы Кирхгофа и Гюйгенса.
32.Уравнения Максвелла. Волновое уравнение.

33.Плоская монохроматическая волна. Основные свойства.

34.Поляризация электромагнитных волн.

35.Фазовая и групповая скорости распространения электромагнитных волн.

36.Классическая теория дисперсии.

37.Отражение и преломление электромагнитных волн. Формулы Френеля.

38.Отражение и преломление электромагнитных волн. Угол Брюстера.

39.Полное внутреннее отражение.

40.Двойное лучепреломление.

41.Построения Гюйгенса.

42.Искусственное двойное лучепреломление. Эффекты Керра и Поккельса.

43.Волоконно-оптические системы передачи информации

44. Интерференция  двух  плоских  монохроматических  волн.  Ширина

интерференционной полосы.

45.Интерференция квазимонохроматического света.

46.Временная когерентность и ее связь с формой линии излучения.

4,7.Интерферометр Майкельсона.

48.Интерференционные измерительные преобразователи линейных перемещений.

49.Интерферометр Фабри-Перо.

50.Интерференционный фильтр.

51.Принцип Гюйгенса-Френеля и его математическое обобщение в виде интеграла

Кирхгофа.

52.Зоны Френеля. Зонная пластинка Френеля.

53.Дифракция Френеля на круглом отверстии.

54.Основные отличия дифракции Френеля и дифракции Фраунгофера.

55.Дифракции Фраунгофера на щели.

56.Дифракция на правильной структуре. Дифракционные решетки.

57.Дифракционные измерительные преобразователи линейных перемещений.

58.Влияние дифракции на разрешение оптических инструментов.

59.Принципы голографии.

60.Основные положения специальной теории относительности.

61.Эффект Доплера для электромагнитных волн.

62.Эффект Саньяка. Опыт Гейля-Майкельсона.

63.Измерительные преобразователи угловых перемещений.