Аналоговая обработка сигналов

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с формированием и преобразованием сигналов в нелинейных цепях систем передачи информации, приведены материалы для выполнения студентами индивидуальных заданий.

Авторами исследована задача определения состояния информационной безопасности объектов с использованием информации сигналов наводок электромагнитных излучений отдельных элементов устройств киберфизических систем. Рассмотрены основные побочные каналы, с помощью которых представляется возможным произвести мониторинг состояния системы и анализ программно-аппаратной среды. Подобные «независимые» способы мониторинга позволяют проанализировать состояние системы на основе внешних поведенческих характеристик в рамках концептуальных моделей автономных агентов. В статье рассмотрены статистические характеристики сигналов, позволяющих идентифицировать изменения состояния локальных устройств систем. Проведен эксперимент, направленный на получение статистической информации о работе отдельных элементов киберфизических систем. Исследована эффективность подхода на основе нейронных сетей для решения описанной задачи классификации, в частности, двухслойных нейронных сетей прямого распространения с сигмоидальной передаточной функцией в скрытых слоях. Результаты экспериментов показали, что предложенный подход превосходит по качеству детектирования аномальных состояний классификацию на основе внутренних показателей функционирования системы. При минимальном времени накопления статистической информации с использованием предложенного подхода на основе нейронных сетей становится возможным выявить требуемое состояние системы с вероятностью близкой к 0,85. Предложенный подход к анализу статистических данных на основе нейронных сетей может быть использован в качестве дополнительного независимого элемента для определения состояний информационной безопасности автономных устройств киберфизических систем.

Учебное пособие посвящено моделированию и обработке сигналов в программах Matlab 9.6 и Mathcad 14. Рассмотрены наиболее часто применяемые в гидроакустике сигналы для активной и пассивной гидролокации. Подробно описаны свойства гармонических сигналов, случайных сигналов простых и сложных видео- и радиоимпульсов. Также подробно рассмотрены и описаны примеры моделирования и обработки этих сигналов в Matlab 9.6 и Mathcad 14. Все примеры сопровождаются практическими заданиями для самостоятельного выполнения. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 12.03.01 «Приборостроение», 17.03.01 «Корабельное вооружение» и специальности 26.05.04 «Применение и эксплуатация технических систем надводных кораблей и подводных лодок», а также научных работников по специальностям 01.04.06 «Акустика» и 05.11.06 «Акустические приборы и системы».

Излагаются физические основы такого современного бурно развивающегося направления науки и техники, как функциональная микроэлектроника в части магнитоэлектроники и обработка сигналов с помощью спиновых волн, распространяющихся в магнитодиэлектрических кристаллах. Показано, что развитие магнито-электроники связано с разработкой сверхминиатюрных устройств, предназначенных для формирования, фильтрации и аналоговой математической обработки сигналов. Несмотря на то, что возможность и целесообразность использования спиновых волн для обработки сигналов обусловлено их низкой скоростью по сравнению со скоростью света, большинство вопросов, подробно рассмотренных в данном пособии, ранее в учебной литературе не рассматривались и освещались лишь в периодических изданиях и трудах научных конференций, которые были практически недоступны студентам. Целесообразность издания настоящего пособия, имеющего междисциплинарный характер, обусловлена необходимостью обеспечения учебного процесса по образовательным программам бакалавриата и специалитета по дисциплинам: «Электроника» и «Специальные радиоэлектронные устройства». Пособие предназначено для студентов специальности 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы» и студентов направления подготовки 11.05.02 «Инфокоммуникационные технологии».

В книге известного английского автора поставлена задача научить читателя теории и практике построения высококачественных ламповых усилителей звуковой частоты класса качества High-End. Поскольку на сегодняшний день «ламповый звук» становится все более популярным, причем не только среди меломанов и аудиофилов, но и среди рядовых слушателей музыки, интерес к подобной технике в последние годы сильно возрос. В книге популярным языком изложены, как теория работы ламповых схем (начиная с простейших электрических цепей и заканчивая сложными схемами различных узлов реальной звукоусилительной аппаратуры), так и практические рекомендации по разработке высококачественных аудиоусилителей в любительских условиях, что позволяет существенно снизить затраты на высококачественную бытовую технику. Книга предназначена в первую очередь для радиолюбителей, но она, безусловно будет полезна также инженерам – разработчикам звукоусилительной техники, а также студентам, изучающим аналоговую схемотехнику и усилительные устройства.

Рассмотрены методы построения отдельных функциональных узлов измерительных и диагностических систем. Приведены варианты построения узлов и законченные блоки, предназначенные для обработки аналоговых сигналов. Приведена информация о современных, инновационных узлах обработки и преобразования сигналов. Предназначено для использования студентами приборостроительных специальностей высших учебных заведений.

Излагаются сведения о методах и приемах, используемых для построения точных электронных измерительных устройств. Приведены инновационные материалы о способах построения высокоэффективных преобразователей электрических величин. Предназначено для студентов приборостроительных специальностей высших учебных заведений.

Изложены основы аналоговой электроники. Рассмотрены базовые элементы электронных устройств: полупроводники, диоды, биполярные и полевые транзисторы. Даны основы усилительной техники на биполярных и полевых транзисторах, операционных усилителей, генераторов гармонических и импульсных сигналов, активных фильтров и вторичных источников питания. Для студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана, обучающихся по программам бакалавриата (направление подготовки «Наноинженерия») и специалитета (специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы», «Системы управления летательными аппаратами») и изучающих дисциплину «Электроника».

Излагаются сведения о методах и приемах, используемых для построения точных электронных измерительных устройств. Приведены инновационные материалы о способах построения высокоэффективных преобразователей электрических величин. Предназначено для студентов приборостроительных специальностей высших учебных заведений.

Рассмотрены методы построения отдельных функциональных узлов измерительных и диагностических систем. Приведены варианты построения узлов и законченные блоки, предназначенные для обработки аналоговых сигналов. Приведена информация о современных, инновационных узлах обработки и преобразования сигналов. Предназначено для использования студентами приборостроительных специальностей высших учебных заведений.

Учебное пособие содержит краткий обзор задач оптимального приема сигналов. Основная часть посвящена изложению байесовского принципа обнаружения и различения сигналов в радиотехнических системах. Настоящее издание предназначено для студентов II курса факультета радиотехники и электроники, обучающихся по направлениям подготовки магистратуры 11.04.01 – «Радиотехника» и 11.04.02 – «Инфо-коммуникационные технологии и системы связи». Оно может быть также использовано студентами близких специальностей.

Явление динамического хаоса, открытое в последней трети двадцатого века, широко распространено в природе и искусственных системах. Его необычные свойства буквально перевернули обычные представления о том, что малые возмущения или события могут приводить лишь к незначительным изменениям в будущем. Оказалось, что все может быть с точностью до наоборот («эффект бабочки»). Подобно тому, как лазеры являются эффективными источниками узкополосного света, генераторы хаотических колебаний являются эффективными источниками широкополосных аналоговых шумоподобных колебаний. Излагаются теория генерации динамического хаоса в радио– и микроволновом диапазонах частот, принципы построения источников хаоса и их реализация в виде твердотельных устройств с сосредоточенными параметрами.

Представлен материал, необходимый для изучения операционных усилителей: структура, элементы схемотехники, основные характеристики и параметры. Рассмотрены вопросы построения аналоговых устройств на операционных усилителях с резистивной и комплексной обратной связью. Приводятся справочные данные по параметрам отечественных и зарубежных ОУ (прил. 1–4).

В учебном пособии, состоящем из двух частей, рассматриваются схемотехника аналого-цифровых преобразователей электрических величин для систем сбора данных и схемотехника аналого-цифровых преобразователей перемещений (преобразователи линейных и угловых перемещений, построенные на различных физических принципах) для информационно-управляющих систем. Пособие может быть рекомендовано при изучении смежных дисциплин в области промышленной автоматики, робототехники, приборостроения, электротехники и радиоэлектроники. Книга может быть полезна не только студентам и аспирантам, но и специалистам, так как она соответствует современному уроню развития техники.

Устройства управления амплитудой электрических сигналов используются во многих радиотехнических системах, например, в радиолокации, в радиосвязи, в передатчиках теле– и радиовещания. Чаще они являются частью схем автоматической регулировки усиления. Известные устройства управления не позволяют осуществлять управление мощными сигналами. Поэтому их устанавливают в маломощных цепях рассматриваемых систем, что приводит к усложнению этих систем и большой величине времени задержки сигнала управления. Указанные обстоятельства являются причиной малой надежности радиотехнических систем при их работе в нештатных ситуациях. Использование рассматриваемых в книге схемных решений построения устройств управления амплитудой мощных сигналов и методик проектирования указанных устройств позволяет значительно упростить функциональные схемы радиотехнических систем различного назначения, повысить их технические характеристики, надежность и срок эксплуатации. Книга может быть полезна разработчикам устройств и систем различного назначения, том числе устройств генерирования гармонических и импульсных сигналов, систем сверхширокополосной радиолокации, полосовых усилителей систем связи и теле– и радиовещания, возбудителей импульсных СВЧ-генераторов. Книга написана по результатам исследований, проводимых по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. Для разработчиков радиоаппаратуры, радиолюбителей, а также студентов и аспирантов.

Приведены постановки и решения ряда новых задач теории разрешения и обработки широкополосных и сверхширокополосных сигналов в радиолокационных системах (РЛС). Применительно к классическим РЛС одноканального построения и к пространственно многоканальным РЛС типа MIMO получены и исследованы обобщенные функции неопределенности для скалярных и векторных сверхширокополосных зондирующих сигналов различных видов. Рассмотрены видеоимпульсные, многочастотные и шумовые сигналы. Введено понятие обобщенных многочастотных пачечных сигналов, для которых проанализированы равномерные и неравномерные расстановки частот на основе теоретико-числовых распределений по Голомбу и Костасу. Исследованы методы обработки широкополосных и сверхширокополосных сигналов в классических РЛС и в РЛС типа MIMO на основе аддитивных и мультипликативных системных сигнальных функций, в том числе при наблюдении подвижных целей на фоне отражений от местных предметов. Изложены основы теории шумовых РЛС и методов обработки шумовых сигналов. Для научных работников, аспирантов и студентов старших курсов технических университетов.

Впервые последовательно, в форме, доступной читателю, далекому от актуальных задач гидроакустики, и вместе с тем на достаточно высоком научном уровне излагается один из интереснейших подходов к регистрации акустических полей, получивший в России название «векторно-фазовые методы». Текст книги представляет собой расширенный вариант курса лекций, читаемого автором на физическом факультете МГУ. Для студентов, аспирантов, а также специалистов, желающих получить достаточно полное представление о возможностях векторно-фазовых методов при решении самых разнообразных акустических задач: обнаружение слабых источников сигнала на фоне шумов, задачи биоакустики, экологии, предсказание землетрясений. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 06-02-30002

Книга посвящена применению программ Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies (Канада) и VisSim корпорации Visual Solution Inc. (США) для моделирования элементов телекоммуникационных и цифровых систем: модуляторов/демодуляторов, кодеков, каналов связи, аналоговых и цифровых фильтров, логических элементов, триггеров, счетчиков, регистров, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, устройств синхронизации, отдельных функциональных узлов, устройств беспроводной связи (Wireless) IEEE 802.11, Bluetooth и др. Книга может быть использована в качестве учебного пособия при проведении лабораторных работ по указанным элементам и в этом качестве будет полезной для преподавателей и учащихся средних и высших учебных заведений, а также для инженеров-разработчиков и радиолюбителей. (Компакт-диск прилагается только к печатному изданию.)

Книга посвящена применению программы Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies (Канада) для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств различного назначения, представленных большим количеством практических схем, что делает книгу своеобразным «живым» справочным пособием. Она может быть использована в технических учебных заведениях при проведении лабораторных работ по основам электротехники, электроники, вычислительной техники и автоматики. Книга может быть полезной для радиолюбителей, инженеров-разработчиков и студентов вузов. В этом издании книги учтены критические замечания и пожелания читателей и преподавателей ряда московских вузов, а также исправлены ошибки и неточности, выявленные в результате ее использования в качестве учебного пособия в Российском университете дружбы народов (РУДН) по курсам «Технические средства систем управления», «Электромеханические системы», «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника и электроника». Кроме того, издание дополнено материалами по испытаниям новых схем как в среде EWB 4.1, 5.xx, так и в среде Multisim (EWB 6.xx и 7.0), а также результатами применения программного комплекса MATLAB+Simulink для задач лабораторного практикума, решение которых средствами EWB затруднительно или невозможно. Схемные файлы программ EWB и MATLAB, включая и использованные в книге (см. Приложение 1), находятся в архиве PICS-1.zip на сайте www.solon-press.ru. Необходимость в таких файлах объясняется тем, что они содержат все необходимые настройки, обеспечивающие успешное функционирование описанных в книге моделей. (Компакт-диск прилагается только к печатному изданию.)