
- •Основы компьютерного проектирования и моделирования рэс
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные понятия, определения, классификация 9
- •Глава 2. Классификация методов моделирования 37
- •Глава 7. Программирование в среде «mathcad» 159
- •Глава 8. Оценка искажений сигналов при прохождении через нелинейные устройства 178
- •Глава 9. Цифровая фильтрация 186
- •Глава 10. Синтез линейных антенных систем 286
- •Глава 11. О моделировании канала связи 314
- •Введение
- •Глава 1. Основные понятия, определения, классификация
- •1.1 Понятия системы, модели и моделирования
- •1.2 Классификация радиотехнических устройств
- •Отличительные признаки устройств согласно данной классификации
- •Устройства пассивного и активного типа
- •Устройства автономного и неавтономного типа
- •Устройство с элементами сосредоточенного и распределенного типа
- •1.3 Основные типы задач в радиотехнике
- •1.4 Развитие понятия модели
- •1.4.1 Модель как философская категория
- •1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности
- •1.4.3 Познавательные и прагматические модели
- •1.4.4 Статические и динамические модели
- •1.5 Способы воплощения моделей
- •1.5.1 Абстрактные модели и роль языков
- •1.5.2 Материальные модели и виды подобия
- •1.5.3 Условия реализации свойств моделей
- •1.6 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте различия
- •1.6.1 Конечность моделей
- •1.6.2 Упрощенность моделей
- •1.6.3 Приближенность моделей
- •1.6.4 Адекватность моделей
- •1.7 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте сходство
- •1.7.1 Истинность моделей
- •1.7.2 О сочетании истинного и ложного в модели
- •1.7.3 Сложности алгоритмизации моделирования
- •1.8 Основные типы моделей
- •1.8.1 Понятие проблемной ситуации при создании системы
- •1.8.2 Основные типы формальных моделей
- •1.8.3 Математическое представление модели «черного ящика»
- •1.9 Взаимосвязи моделирования и проектирования
- •1.10 Точность моделирования
- •Глава 2. Классификация методов моделирования
- •2.1 Реальное моделирование
- •2.2 Мысленное моделирование
- •Глава 3. Математическое моделирование
- •3.1 Этапы создания математических моделей
- •З.2 Компонентные и топологические уравнения моделируемого объекта
- •3.3 Компонентные и топологические уравнения электрической цепи
- •Глава 4. Особенности компьютерных моделей
- •4.1 Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент
- •4.2 Программные средства компьютерного моделирования
- •Глава 5. Особенности радиосистемы как объекта изучения методами моделирования на эвм
- •5.1 Классы радиосистем
- •5.2 Формальное описание радиосистем
- •Глава 6. Применение пакета прикладных программmathcadдля моделирования телекоммуникационных устройств
- •6.1 Основные сведения об универсальном математическом пакете программMathCad
- •6.2 Основы языкаMathCad
- •3.246Е – 3 – это число 0.003246;
- •6.2.1 Тип входного языкаMathCad
- •6.2.2 Описание текстового окнаMathCad
- •6.2.3 Курсор ввода
- •6.2.4 Содержание командных меню (2-ая строка)
- •6.2.5 Управление элементами интерфейса
- •6.2.6 Выделение областей
- •6.2.7 Изменение масштаба документа
- •6.2.8 Обновление экрана
- •6.2.9 Содержание инструментальных панелей подменю «математика»
- •6.3 Основные правила работы в среде «MathCad»
- •6.3.1 Удаление математических выражений
- •6.3.2 Копирование математических выражений
- •6.3.3 Перенос математических выражений
- •6.3.4 Вписывание в программу текстовых комментариев
- •6.4 Построение графиков
- •6.4.1 Построение графиков в декартовой системе координат
- •6.4.2 Построение графиков в полярной системе координат
- •6.4.3 Изменение формата графиков
- •6.4.4 Правила трассировки графиков
- •6.4.5 Правила просмотра участков двумерных графиков
- •6.5 Правила вычислений в среде «MathCad»
- •6.6 Анализ линейных устройств
- •6.6.1 Передаточная функция, коэффициент передачи, временные и частотные характеристики
- •6.6.2 Коэффициент передачиK(jω)
- •6.6.3 Амплитудно-частотная характеристика (ачх)
- •6.6.4 Определение переходной и импульсной характеристик
- •6.7 Методы решения в среде «MathCad» алгебраических и трансцендентных уравнений и организация вычислений по циклу
- •6.7.1 Определение корней алгеброических уравнений
- •6.7.2 Определение корней трансцендентных уравнений
- •6.7.3 Вычисления по циклу
- •6.8 Обработка данных
- •6.8.1 Кусочно-линейная интерполяция
- •6.8.2 Сплайн-интерполяция
- •6.8.3 Экстраполяция
- •6.9 Символьные вычисления
- •6.10 Оптимизация в расчетах рэа
- •6.10.1 Стратегии одномерной оптимизации
- •6.10.2 Локальные и глобальные экстремумы
- •6.10.3 Методы включения интервалов неопределенности
- •6.10.4 Критерии оптимизации
- •6.10.5 Методы поиска экстремума функции цели
- •6.10.6 Пример записи целевой функции при синтезе фильтров
- •6.11 Анимация графического материала в средеMathCad
- •6.11.1 Подготовка к анимации
- •6.11.2 Пример анимации графика
- •6.11.3 Вызов проигрывателя анимации графиков и видео файлов
- •6.12 Установка связиMathCaDс другими программными средами
- •Глава 7. Программирование в среде «mathcad»
- •7.1 Обзор инструкций
- •7.1.1 Инструкция Add line
- •7.1.2 Оператор внутреннего присваивания
- •7.1.3 Условная инструкция «if»
- •7.2.1 Особенность присвоения значения функции
- •7.2.2 Общие принципы задания операторов
- •7.3 Примеры составления программ
- •7.3.1 Пример задания комплекса условий
- •7.3.2 Пример расчета с заданной точностью
- •7.3.3 Пример расчета различных параметров одной и той же программой
- •7.4 Создание новых функций с помощью программирования
- •7.5 Поиск ошибок в программах
- •Глава 8. Оценка искажений сигналов при прохождении через нелинейные устройства
- •8.1 Оценка нелинейных искажений при компресии и ограничении аудиосигналов на входе цифровых трактов
- •Глава 9. Цифровая фильтрация
- •9.1 Рекурсивные цифровые фильтры
- •9.2 Формы реализации рекурсивных фильтров
- •9.3 Методика синтеза рф по аналоговому прототипу
- •9.3.1 Синтез аналогового фильтра прототипа
- •9.3.2 Расчет числа звеньев и определение полюсов и нулей низкочастотного фильтра прототипа
- •9.3.3 Переход от аналогового фильтра прототипа к цифровому фильтру
- •9.3.4 Порядок и пример синтеза цифрового рекурсивного фильтра
- •9.4 Синтез нерекурсивных фильтров
- •9.4.1 Синтез нерекурсивных фильтров методом весовых функций
- •9.4.2 Основные параметры весовых функций
- •9.4.3 Импульсные характеристики идеальных цф различного типа
- •9.4.4 Методика синтеза нф методом весовых функций и пример синтеза полосового цифрового фильтра
- •9.5 Синтез нерекурсивного фильтра методом частотной выборки
- •9.5.1 Методика синтеза нф методом частотной выборки
- •9.6 АктивныйRc-фильтры
- •9.7 Передаточные функции фильтров
- •9.8 Преобразование частот
- •9.9 Реализация звеньев первого порядка
- •9.10 Реализация звеньев второго порядка
- •Глава 10. Синтез линейных антенных систем
- •10.1 Общая постановка задачи
- •10.2 Характеристика направленности как целевая функция
- •10.3 Синтез линейного излучателя методом парциальных диаграмм направленности
- •10.4 Синтез излучателей методом интеграла Фурье
- •10.5 Описание программ синтеза линейного излучателя в средеMathcad
- •Определяем число отсчетов (выборок по u)! и определяем значение парциалов (коэффициентов Котельникова) в этих точках! Построение фукция распределения возбуждения рядом Фурье!
- •Программа расчета х.Н. Линейного излучателя методом Фурье! Определяем расчетную частоту и размеры антенны! Формируем дн антенны!
- •10.6 Синфазные антенные решетки с оптимальной диаграммой направленности
- •10.7 Расчет амплитудного распределения возбуждения в линейных антенных решетках
- •10.8 Программа синтез антенной решетки по заданному уровню боковых лепестков
- •Расчет дн антенны по найденному распределению питающих токов.
- •11.2 Определение погрешностей моделирования (оценки средней вероятности ошибки) методом малых отклонений
- •11.3 Погрешности моделирования канала при исследованиях двоичных систем связи
- •11.3.1 Когерентный прием при моделировании релеевских замираний
- •11.3.2 Прием сигналов относительной фазовой телеграфии при моделировании релеевских замираний
- •Литература
1.4 Развитие понятия модели
Моделирование – форма человеческой деятельности, в основе которой лежит построение, использование и совершенствование моделей. Первоначально моделью называли некое вспомогательное устройство (объект), который в определенной ситуации заменял другое устройство (объект). Толкование понятия модели отражало развитие познания окружающего мира. Например, древнегреческие философы считали невозможным моделирование естественных процессов, т.к. по их представлениям природа и ее искусственное описание подчинялись различным закономерностям. Единственным способом отображения действительности они признавали логику, т.е. так называемые языковые модели по современной терминологии. Через несколько столетий Королевское Научное Общество провозгласило девиз «Ничего словами». Т.е. признавались выводы подкрепленные только экспериментом или математическими выкладками. В результате понятие «модель» относилось только к материальным объектам специального типа:
манекен – модель человека;
уменьшенные копии судов и самолетов в качестве прототипов;
1.4.1 Модель как философская категория
Осмысливание основных особенностей моделей привело к разработке многочисленных вариаций определений типа:
модель – некий объект-заменитель, воспроизводящий интересующие нас свойства и характеристики оригинала, обеспечивая удобства в работе (наглядность, обозримость, доступность испытаний и пр.).
Затем были осознаны модельные свойства чертежей, рисунков, карт –реальных объектов искусственного происхождения, воплощающих абстракцию довольно высокого уровня.
Следующий шаг – признание, что в качестве моделей могут выступать и абстрактные построения, например, математические модели. В этом смысле модель – результат отображения одной абстрактной математической структуры на другую, также абстрактную.
Модели могут быть качественно различными. Они образуют иерархию, в которой модель более высокого уровня содержит модели нижних уровней как свои части (элементы). Довольно широкое толкование модели может создать впечатление, «применимости ко всему», т.е. логическую пустоту. Однако тот факт, что любой объект можно использовать как модель вовсе не означает, что он не может быть ничем иным. Например, ботинок можно рассматривать как модель его владельца, т.к. по его состоянию можно судить об особенностях сложения его хозяина. Однако это не лишает смысла понятие обувь.
1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности
Всякий процесс труда есть деятельность, направленная на достижение определенной цели, которая выступает как образ желаемого будущего – модели состояния, на реализацию которого направлена деятельность. Как правило, деятельность редко осуществляется по жесткой программе. Часто приходится оценивать текущий результат и выбирать следующий шаг из числа возможных. Это означает, что необходимо сравнивать последствия всех возможных шагов, не выполняя их реально, т.е. проигрывая ситуацию на модели.
Модель является не просто образом – заменителем оригинала, а связана с его целевым отображением. Представим, какие модели оптического кабеля используют в своей деятельности различные специалисты:
– проектировщик сетей оценивает, прежде всего, возможный объем передаваемой информации и ее качественные характеристики, а также сопряжение с оконечными устройствами; конструктор кабеля озабочен проблемой выбора оптимальных геометрических размеров и профиля показателей преломления, обеспечивающие минимальные потери и дисперсию; изготовитель кабеля пытается реализовать технологический процесс с тем, чтобы добиться требуемых параметров при минимальной, стоимости.
В каждом случае требуется своя модель, которая отображает не сам по себе объект-оригинал, а то, что в нем нас интересует, т.е. соответствует поставленной цели.
Вывод: из того, что модель является целевым отображением следует множественность моделей одного и того же объекта. Следовательно, для разных целей требуются разные модели. В результате, все многообразие моделей можно классифицировать по типам целей.