И.А.Оболонин

Моделирование и проектирование в инфокоммуникационных технологиях

2013 г.

УДК 621.38:004

Оболонин И.А. Проектирование в инфокоммуникационных технологиях: Учебник СибГУТИ. Новосибирск,2013, 324 стр.

В учебнике изложены основы теории моделирования систем, необходимые для формирования мировоззренческого и практического подходов к проектированию телекоммуникационных устройств и систем. Даны основы использования программной среды MathCAD и приведены практические примеры применения ее в инженерных расчетах в области телекоммуникаций.

Учебник рассчитан на студентов различных направлений и профилей, в области информатики, телекоммуникаций и медиаиндустрии, а также может быть полезн специалистам, работающим в области инфокоммуникационных технологий и медиаиндустрии.

Кафедра систем автоматизированного проектирования

Илл. 178, табл. 9, список лит. 6 наимен.

Рецензенты: д.т.н., проф. Фроловский В.Д.

д.т.н., проф. Киселев

210700, 210400 « Инфокоммуникационные технологии и системы связи »

Утверждено редакционно – издательским советом ФГОБУ ВПО « СибГУТИ » в качестве учебника

ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», 2013.

Оглавление

Введение 8

Глава 1. Основные понятия, определения, классификация 9

1.1 Понятия системы, модели и моделирования 9

1.2 Классификация радиотехнических устройств 10

1.3 Основные типы задач в радиотехнике 12

1.4 Развитие понятия модели 14

1.4.1 Модель как философская категория 14

1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности 15

1.4.3 Познавательные и прагматические модели 15

1.4.4 Статические и динамические модели 16

1.5 Способы воплощения моделей 17

1.5.1 Абстрактные модели и роль языков 17

1.5.2 Материальные модели и виды подобия 17

1.5.3 Условия реализации свойств моделей 18

1.6 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте различия 19

1.6.1 Конечность моделей 19

1.6.2 Упрощенность моделей 19

1.6.3 Приближенность моделей 20

1.6.4 Адекватность моделей 20

1.7 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте сходство 21

1.7.1 Истинность моделей 21

1.7.2 О сочетании истинного и ложного в модели 21

1.7.3 Сложности алгоритмизации моделирования 22

1.8 Основные типы моделей 23

1.8.1 Понятие проблемной ситуации при создании системы 23

1.8.2 Основные типы формальных моделей 24

1.8.3 Математическое представление модели «черного ящика» 28

1.9 Взаимосвязи моделирования и проектирования 32

1.10 Точность моделирования 33

Глава 2. Классификация методов моделирования 37

2.1 Реальное моделирование 37

2.2 Мысленное моделирование 38

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 40

3.1 Этапы создания математических моделей 43

З.2 Компонентные и топологические уравнения моделируемого объекта 46

3.3 Компонентные и топологические уравнения электрической цепи 46

Глава 4. Особенности компьютерных моделей 50

4.1 Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент 51

4.2 Программные средства компьютерного моделирования 52

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РАДИОСИСТЕМЫ КАК ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ МЕТОДАМИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ 57

5.1 Классы радиосистем 57

5.2 Формальное описание радиосистем 58

Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ MATHCAD ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ 64

6.1 Основные сведения об универсальном математическом пакете программ MathCAD 64

6.2 Основы языка MathCAD 65

6.2.1 Тип входного языкаMathCAD 66

6.2.2 Описание текстового окна MathCAD 67

6.2.3 Курсор ввода 68

6.2.4 Содержание командных меню (2-ая строка) 68

6.2.5 Управление элементами интерфейса 70

6.2.6 Выделение областей 71

6.2.7 Изменение масштаба документа 71

6.2.8 Обновление экрана 72

6.2.9 Содержание инструментальных панелей подменю «МАТЕМАТИКА» 72

6.3 Основные правила работы в среде «MathCAD» 79

6.3.1 Удаление математических выражений 79

6.3.2 Копирование математических выражений 80

6.3.3 Перенос математических выражений 80

6.3.4 Вписывание в программу текстовых комментариев 80

6.4 Построение графиков 81

6.4.1 Построение графиков в декартовой системе координат 81

6.4.2 Построение графиков в полярной системе координат 83

6.4.3 Изменение формата графиков 85

6.4.4 Правила трассировки графиков 85

6.4.5 Правила просмотра участков двумерных графиков 86

6.5 Правила вычислений в среде «MathCAD» 87

6.6 Анализ линейных устройств 93

6.6.1 Передаточная функция, коэффициент передачи, временные и частотные характеристики 94

6.6.2 Коэффициент передачи K(jω) 95

6.6.3 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) 96

6.6.4 Определение переходной и импульсной характеристик 98

6.7 Методы решения в среде «MathCAD» алгебраических и трансцендентных уравнений и организация вычислений по циклу 101

6.7.1 Определение корней алгеброических уравнений 101

6.7.2 Определение корней трансцендентных уравнений 103

6.7.3 Вычисления по циклу 106

6.8 Обработка данных 108

6.8.1 Кусочно-линейная интерполяция 108

6.8.2 Сплайн-интерполяция 110

6.8.3 Экстраполяция 112

6.9 Символьные вычисления 115

6.10 Оптимизация в расчетах РЭА 124

6.10.1 Стратегии одномерной оптимизации 124

6.10.2 Локальные и глобальные экстремумы 126

6.10.3 Методы включения интервалов неопределенности 127

6.10.4 Критерии оптимизации 135

6.10.6 Пример записи целевой функции при синтезе фильтров 141

6.11 Анимация графического материала в среде MathCAD 148

6.11.1 Подготовка к анимации 149

6.11.2 Пример анимации графика 149

6.11.3 Вызов проигрывателя анимации графиков и видео файлов 151

6.12 Установка связи MathCAD с другими программными средами 153