.RU

E. 12. O. Лабораторный практикум по курсу радиотехнические цепи и сигналы на базе аппаратно-програмных средств National Instruments


E.12.O.Лабораторный практикум
по курсу радиотехнические цепи и сигналы
НА базе аппаратно-програмных средств
National Instruments


В.П. Федосов, Ф.А. Цветков


Таганрогский государственный радиотехнический университет

347928, ГСП-17А, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, тел. 88634-371632, fed_val@tsure.ru


1. Введение

Таганрогский государственный радиотехнический университет является одним из ведущих вузов в Южном Федеральном округе, образовательные программы Electrical Engineering и Computer Engineering которого первые в России прошли эквивалентизацию в Аккредитационной комиссии США в области техники и технологий (ABET). При посещении ТРТУ комиссией ABET не в последнюю очередь учитывались методические достижения Южно-Российского учебного центра технологий National Instruments, созданного в ТРТУ в 2004 году на кафедре теоретических основ радиотехники (ТОР) Радиотехнического факультета.

В соответствии с учебными планами направления «Радиотехника» одним из базовых курсов Федерального компонента общепрофессиональных дисциплин является курс «Радиотехнические цепи и сигналы» (РТЦиС), от уровня методического и аппаратного обеспечения лабораторного практикума которого зависит качество подготовки бакалавров, инженеров и магистров. Ниже представлены результаты разработки и использования лабораторного практикума по этому курсу с использованием технологий National Instruments.





Рис. 1. Южно-Российский учебный центр технологий National Instruments


^ 2. Результаты работы

На кафедре ТОР разработан лабораторный практикум по ряду разделов курса РТЦиС, имеющий в своем составе следующие лабораторные работы:

- прохождение случайных сигналов через линейные цепи;

- исследование явления нормализации негауссовых процессов узкополосными цепями;

- прохождение случайных сигналов через нелинейные безынерционные цепи;

- аналоговый перемножитель как линейная параметрическая цепь;

- амплитудная модуляция в линейная параметрической цепи и детектирование;

- воздействие сигналов и помех на детекторы.

Последние четыре лабораторные работы в своей основе имеют физический эксперимент на рабочей станции NI ELVIS.

Целью лабораторной работы «Прохождение случайных сигналов через линейные цепи» является исследование изменений свойств и характеристик стационарных эргодических случайных процессов при их прохождении через типовые линейные радиотехнические цепи.

Исследовательская задача заключается в изучении особенностей реализаций узкополосных и широкополосных случайных процессов (СП), их спектров, корреляционных функций, плотностей вероятностей, обусловленных частотными свойствами формирующей линейной цепи.

Кроме того, исследуется явление нормализации негауссовых СП узкополосными цепями.

Лабораторная работа выполняется на модели лабораторной установки, созданной на базе пакета программ LabVIEW 7.1 Professional. На рис. 2 показана фронтальная панель используемого виртуального прибора. На ней показаны характеристики и параметры входного широкополосного СП. Устанавливается количество реализаций для оценки характеристик с приемлемой точностью, обеспечивается измерение параметров плотности вероятности для оценки степени близости к нормальному закону и погрешности измерения.





Рис. 2. Фронтальная панель измерителей реализации и характеристик входного СП: спектральной плотности мощности, плотности вероятности и корреляционной функции, а также оценок параметров – среднего значения, среднеквадратического отклонения (СКО), коэффициентов эксцесса и асимметрии


На рис. 3 представлены измеренные реализация и характеристики процесса на выходе ПФ и параметры плотности вероятности.

На рис. 4 показана фронтальная панель виртуальной измерительной установки для исследования эффекта нормализации негауссовых СП узкополосной линейной цепью, в частности – ПФ. Его полоса и центральная частота регулируются в процессе проведения эксперимента, и производится оценка зависимости коэффициента эксцесса от полосы ПФ, показывающая степень близости выходного процесса к Гауссовому.





Рис. 3. Фронтальные панели измерителей реализации и характеристик СП на выходе полосового фильтра: спектральной плотности мощности, плотности вероятности и корреляционной функции, а также оценок параметров – среднего значения, среднеквадратического отклонения (СКО), коэффициентов эксцесса и асимметрии





Рис. 4. Фронтальная панель измерителей реализации и характеристик СП на выходах жесткого ограничителя и полосового фильтра (ПФ) на его выходе: реализаций и плотности вероятности на входе и выходе ПФ, спектральной плотности мощности процесса на выходе нелинейной цепи, корреляционной функции на выходе ПФ и оценок параметров – среднего значения, среднеквадратического отклонения (СКО), коэффициентов эксцесса и асимметрии.


На рис. 5 – рис. 10 показаны фронтальные панели виртуальной установки для исследования изменения свойств СП на входе и выходах нелинейных безынерционных цепей: рис. 5 – на входах; рис. 6 – на выходе квадратора; рис. 7 – на выходе блока возведения в третью степень; рис. 8 – в четвертую степень; рис. 9 – на выходе логарифматора; рис. 10 – на выходе жесткого ограничителя. Можно определить зависимость вида плотности вероятности от типа нелинейности и ее параметры по степени близости к нормальному закону.





Рис. 5. Фронтальная панель измерителей реализации и характеристик СП на входах нелинейных безынерционных цепей.

Управление: число реализаций, центральная частота ПФ т его полоса





Рис. 6. Фронтальная панель измерителей реализации, характеристик и параметров СП на выходе квадратора


Представленные лабораторные исследования используются в экспериментальной части курсовой работы по курсу РТЦиС по заданным индивидуальным числовым вариантам параметров процессов и исследуемых цепей.

Целью исследований модулятора является изучение процессов в параметрической цепи, выбор параметров входных напряжений для формирования АМК без искажений огибающей.




Рис. 7. Фронтальная панель измерителей реализации, характеристик и параметров СП на выходе блока возведения в третью степень





Рис. 8. Фронтальная панель измерителей реализации, характеристик и параметров СП на выходе блока возведения в четвертую степень





Рис. 9. Фронтальная панель измерителей реализации, характеристик и параметров СП на выходе блока логарифмирования




Рис. 10. Фронтальная панель измерителей реализации, характеристик и параметров СП на выходе жесткого ограничителя


Для проведения физического эксперимента по исследованию процессов амплитудной модуляции и детектирования разработана установка на основе виртуальных измерительных приборов и панели NI ELVIS. Для получения модулированных колебаний применен параметрический метод на основе аналогового перемножителя AD635, принципиальная электрическая схема показана на рис. 11. Формирование входных сигналов и обработка выходных сигналов производится в разработанном для этих целей VI. На рис. 12 представлены временные диаграммы входных и выходных напряжений и их спектры. Для изменения частот несущего и модулирующего колебаний и их уровней используются показанные на фронтальной панели управляющие элементы.

Разработана виртуальная установка для исследования нелинейного метода получения амплитудно-модулированных колебаний. Стоятся модуляционные характеристики для различных типов характеристик нелинейных элементов модулятора. Исследуется зависимость выходных колебаний и их спектров от типа полосового фильтра в составе модулятора.

При исследовании операции детектирования производится определение параметров цепи (характеристики нелинейного элемента параметров фильтра нижних частот) для неискаженного детектирования, построение характеристик детектирования (ХД) (квадратичной и линейной), исследуются виды искажений при детектировании. Выполняется сравнение детекторов с разными характеристиками детектирования по помехоустойчивости при различных значениях входных отношений сигнал/шум для аддитивной смеси сигнала и шума. При построении детектора с квадратичной ХД используется аналоговый перемножитель AD635 и панель NI ELVIS. Детектор с линейной ХД строится на основе Configure Formula. Виртуальными измерительными приборами производится расчет и визуализация характеристик на фронтальных панелях, а также измерение параметров случайных напряжений. Обеспечивается анализ временных диаграмм смеси сигнал/шум, плотности вероятности, корреляционных функций, спектральных плотностей мощности для различных отношений сигнал/шум. Строятся зависимости выходного отношения сигнал/шум от входного отношения сигнал/шум для линейного и квадратичного режимов детектора. Отношение сигнал/шум на выходе детектора определяется делением приращения среднего значения выходного процесса, вызванного появлением на входе гармонического сигнала на фоне шума, на СКО выходного СП.




Рис. 11. Принципиальная электрическая схема экспериментальной установки по исследованию амплитудной модуляции и детектирования





Рис. 12. Временные и спектральные диаграммы амплитудной модуляции


3. Оборудование

При разработке лабораторного практикума использовались следующий программно-аппаратный комплекс National Instruments: пакет программ LabVIEW 7.1 Professional; рабочая станция NI ELVIS; плата ввода-вывода PCI-6070E.


^ 4. Преимущества технологий National Instruments


Несомненным преимуществом технологии National Instruments является высокая наглядность представления результатов измерений; меньше затраты времени на проведение измерительных операций, а, следовательно, больше концентрация внимания на исследование изучаемого явления; больше смысловая нагрузка в каждой лабораторной работе; выше точность измерений; меньше затрат времени и средств на разработку лабораторных циклов.

Работа выполнена при поддержке Ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы(2006-2008 годы)».


Литература

  1. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1994. – 480 с.

  2. Федосов В.П. Радиотехнические цепи и сигналы: для самостоятельного изучения. Учебное пособие. – Таганрог: ТРТУ, 2004. – 208 с.

  3. Смирнов Н.Н., Федосов В.П., Цветков Ф.А. Измерение характеристик случайных процессов: Конспект лекций. – М.: Сайнспресс, 2004. - 76 с.

entonidzhsinski-v-rossijskih-obrazovatelnih-uchrezhdeniyah-visshego-professionalnogo-obrazovaniya-v-konkurse-po-postanovleniyu-pravitelstva-rossijskoj-federacii.html
entropii-stranica-3.html
entropiya-sistemi-konspekt-lekcij-dlya-studentov-vseh-specialnostej-dnevnoj-i-zaochnoj-formi-obucheniya-chelyabinsk.html
enurez-enurez-v-sochetanii-s-zaikaniem-monina-g-b-shpargalka-dlya-vzroslih-psihokorrekcionnaya-rabota-s-giperaktivnimi.html
enya-one-toy-soldier-efiri-relizi-singli-novosti-charti.html
eo-chimitdorzhieva-gd-chimitdorzhieva-tezisi-dokladov-publikuyutsya-v-avtorskoj-redakcii.html
  • studies.largereferat.info/ekonomika-ssha-6.html
  • essay.largereferat.info/ekonomicheskie-pokazateli-deyatelnosti-1-istoriya-razvitiya-informacionnih-tehnologij.html
  • obrazovanie.largereferat.info/programma-itogovogo-mezhdisciplinarnogo-ekzamena-podgotovki-bakalavra-po-napravleniyu-030600-62-zhurnalistika-moskva.html
  • zanyatie.largereferat.info/proza-zarubezhnih-pisatelej-hudozhestvennaya-proza-rossijskih-pisatelej.html
  • zanyatie.largereferat.info/otchet-ob-ispolnenii-planovogo-zadaniya-za-2010-god-uchrezhdeniyami-kulturi-permskogo-kraya-stranica-10.html
  • zadachi.largereferat.info/parlamentskaya-reforma-1832-goda-v-anglii-i-ee-posledstviya-chast-5.html
  • education.largereferat.info/1-celi-i-zadachi-disciplini-uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-specialnosti-080102-mirovaya-ekonomika-moskva-2007.html
  • uchitel.largereferat.info/protoiereya-georgiya-mitrofanova-kruglij-stol-semya-v-sovremennoj-cerkvi.html
  • university.largereferat.info/figovie-listiki-teorii-otnositelnosti-stranica-2.html
  • zanyatie.largereferat.info/polovie-razlichiya-sofiya.html
  • holiday.largereferat.info/metodika-formirovaniya-issledovatelskoj-kompetentnosti-shkolnikov-v-oblasti-prilozhenij-matematiki-pri-vzaimodejstvii-shkoli-i-vuza-13-00-02-teoriya-i-metodika-obucheniya-i-vospitaniya-matematika.html
  • reading.largereferat.info/metodicheskie-rekomendacii-po-organizacii-vipolneniya-kursovoj-raboti-po-discipline.html
  • kontrolnaya.largereferat.info/razvitie-predstavlenij-o-professionalnoj-tradicii-ot-renessansa-k-prosvesheniyu-stanovlenie-akademicheskoj-shkoli-v-evropejskoj-tradicii.html
  • studies.largereferat.info/dihanie-i-vosstanovlenie-dlya-izbravshego-put-voina-borba-eto-zhizn-a-zhizn-eto-borba-i-rukovodstvo-dlya-poiska.html
  • obrazovanie.largereferat.info/prikaz-ot-2011-osnovnaya-obsheobrazovatelnaya-programma-doshkolnogo-obrazovaniya-municipalnogo-doshkolnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya.html
  • tasks.largereferat.info/24tehnika-sposobov-peredvizheniya-na-lizhah-uchebnoe-posobie-dlya-studentov-gumanitarnih-vuzov-moskva-soyuz-2000.html
  • report.largereferat.info/informacionnaya-vojna-sushnost-formi-i-metodi.html
  • essay.largereferat.info/den-znanij-1-sentyabrya-katalog-materialov-v-pomosh-uchebno-vospitatelnomu-processu-poznavatelnie-igri-organizaciya.html
  • school.largereferat.info/dvuhpalatnaya-struktura-federalnogo-sobraniya-chast-3.html
  • universitet.largereferat.info/tema-vvedenie-fakultet-geograficheskij-kafedra-geoekologii-i-landshaftnogo-planirovaniya-uchebno-metodicheskij-komplekt.html
  • essay.largereferat.info/cel-provedeniya-v-igrovoj-forme-povtorit-i-zakrepit-u-uchashihsya-znaniya-o-razlichnih-skazkah.html
  • learn.largereferat.info/ezhekvartalnij-otchet-otkritoe-akcionernoe-obshestvo-gazenergoset-ukazivaetsya-polnoe-firmennoe-naimenovanie-dlya-nekommercheskoj-organizacii-naimenovanie-emitenta-stranica-8.html
  • uchit.largereferat.info/stihii-rek-kniga-reki-i-ozyora-krima-professora-doktora-geograficheskih-nauk-avgusta-nikolaevicha-oliferova-i.html
  • ucheba.largereferat.info/postanovlenie-gosstroya-rf-ot-27-sentyabrya-2003-g-n-170.html
  • doklad.largereferat.info/v-cikl-fd-fakultativnie-disciplini-dopolnitelnie-vidi-podgotovki-studentam-predlagayutsya-sleduyushie-kursi.html
  • learn.largereferat.info/godovoj-plan-raboti-mdou-dsov-10-krasnaya-shapochka-na-2010-2011-uchebnij-g-stranica-3.html
  • exchangerate.largereferat.info/gosti-innoproma-v-ekaterinburge-ocenili-investicionnie-perspektivi-urala-promishlennogo-advisru-18072011.html
  • lecture.largereferat.info/5-situativnij-aspekt-yu-d-desherieva-1977-k-paulya-1960-a-a-potebni-1968-v-m-solnceva-1971-g.html
  • studies.largereferat.info/etika-biznesa-2.html
  • thesis.largereferat.info/posvyasheniya-iisusa.html
  • books.largereferat.info/eho-moskvi-22042004-intervyu-204700-ganapolskij-matvej-tv-11-1-kanal-23-04-2004-novosti-3-00-00-11.html
  • klass.largereferat.info/attestaciya-uchashihsya-resheniem-pedagogicheskogo-soveta.html
  • laboratornaya.largereferat.info/razrabotka-bloka-pitaniya.html
  • znaniya.largereferat.info/publichnij-doklad-o-rabote-madou-crr-detskij-sad-58-za-2010-god.html
  • thesis.largereferat.info/programma-peredach-rossijskogo-televideniya-na-nedelyu-s-09-04-2012-na-tk-evronyus.html
  • © LargeReferat.info
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.