Рабочая программа
по дисциплине Системы атмосферной оптической связи
направления Телекоммуникации
1 Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
С каждым годом все возрастают объемы передачи информации и увеличиваются области охвата цифровых сетей связи. Все чаще возникает необходимость организации качественных каналов связи между труднодоступными районами или мобильными объектами. В этом случае физической средой передачи данных является атмосфера Земли.
В связи с этим, целью преподавания дисциплины «Системы атмосферной оптической связи», является подготовка высококвалифицированного магистра по специальности 210400.68 «Телекоммуникации», владеющего знаниями о принципах построения, схемотехнике, особенностях применения систем атмосферной (открытой) оптической связи (САОС)
1.2 Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину магистрант должен:
1.2.1 Знать и уметь использовать: принципы построения систем и устройств передачи данных; основные положения и закономерности построения систем атмосферной оптической связи и передачи данных, распространения оптического излучения в атмосфере; схемотехнические и конструктивные решения элементов систем,
1.2.2 Владеть: методами решения задач анализа устройств и систем открытой оптической связи, проектирования и конструирования элементов систем, эксплуатации систем, знаниями, необходимые для проектирования, строительства, эксплуатации систем атмосферной оптической связи;
Дисциплина включена в перечень курсов, начинающих обучение по направлению. В процессе ее изучения должны быть использованы и закреплены базовые знания, полученные студентами в процессе обучения.
Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо хорошо освоить дисциплины «Теория электрических цепей», «Электроника», «Теория колебаний», «Основы цифровых систем передачи информации», «Вычислительная техника, информационные технологии».
Логические связи курса «Системы атмосферной оптической связи» с обеспечивающими дисциплинами представлены в табл. 1.
Таблица 1
Логические связи курса «Системы атмосферной оптической связи»
с другими дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечивающих дисциплин | Элемент модуля | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| |
1 | Теория электрических цепей | + | + | + | + | + | + | |
2 | Электроника | + | ||||||
3 | Теория колебаний | + | + | + | + | + | ||
4 | Основы цифровых систем передачи информации | + | + | + | + | |||
5 | Вычислительная техника, информационные технологии | + | + | + |
2 Состав и объем дисциплины
Дисциплина «Системы атмосферной оптической связи» изучается в течение 9-го семестра (18 недель) и включает (80 часа):
- лекций - 18 часов
- лабораторных занятий - 18 часов
- итого аудиторных занятий - 36 часа
- расчетно-графическая работа - 2
- самостоятельная работа - 44 часов
- трудоемкость дисциплины - 2 зач. ед.
- рубежный контроль - 2
- зачет
3 Структура дисциплины «Системы атмосферной оптической связи»
Дисциплина «Системы атмосферной оптической связи» включает в себя изучение элементов модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.
Таблица 2
Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Системы атмосферной оптической связи»
№ | Название элемента модуля (раздела) |
1 | Общие сведенья о системах атмосферной оптической связи |
2 | Распространение излучения в атмосфере Земли |
3 | Способы модуляции и кодирования сигналов |
4 | Фильтрация сигналов в оптическом и электронном трактах |
5 | Основы геометрической оптики. Оптическая система |
6 | Приемники и генераторы оптического излучения |
7 | Конструкция САОС. |
4 Содержание лекционного курса
Перечень тем лекционного курса и их краткое содержание приведено в таблице 3.
Таблица 3
Тематическое содержание лекционного курса (модуль 1)
Элемент модуля | Лекция | Тема, краткий перечень рассматриваемых | Кол-во часов |
1 | 1 | Системы атмосферной оптической связи. Принципы функционирования, параметры, характеристики. Классификация САОС. Промышленное оборудование САОС на мировых рынках. | 2 |
2 | 2 | Распространение оптического излучения в атмосфере Земли. Поглощение, рассеяние излучение в газах, парах, аэрозолях. Влияние атмосферных условий на распространение излучения. Особенности распространения инфракрасного излучения | 2 |
3 | 3 | Способы модуляции и кодирования сигналов в САОС. Помехозащищенные коды. | 2 |
4 | 4 | Фильтрация сигналов в оптическом и электронном трактах САОС. Цифровая фильтрация сигналов. | 2 |
5 | Мультиплексирование сигналов временное, частотное, кодовое. | 2 | |
5 | 6 | Основные законы геометрической оптики. Оптические величины. Закономерности построения, конструкция, характеристики оптической систем. Приемная, передающая системы САОС | 2 |
6 | 7 | Приемники оптического излучения твердотельные и вакуумные. Физические основы, конструкция, параметры и характеристики | 2 |
8 | Генераторы оптического излучения. Физические основы, конструкция, параметры и характеристики | 2 | |
7 | 9 | Конструктивное исполнение узлов и блоков САОС. Программное обеспечение в высокоскоростной открытой линии передачи данных | 2 |
Итого | 18 |
5 Содержание лабораторных занятий
Целью лабораторных работ является приобретение практических навыков анализа и синтеза систем автоматического управления.
Методическим обеспечением проведения лабораторных работ являются учебники, методические указания и пособия.
Таблица 4
Перечень лабораторных работ (модуль 1)
Элемент модуля | № | Содержание лабораторных работ | Кол-во часов |
2 | 1 | Практическое определение характеристик распространения оптического излучения в атмосфере | 4 |
3 | 2 | Изучение оборудования САОС | 6 |
6 | 3 | Изучение приемной оптической системы | 4 |
7 | 4 | Изучение принципов передачи данных в системах атмосферной оптической связи | 4 |
Итого | 18 |
6 Содержание материала самостоятельных занятий
6.1 Расчетно-графические работы
Целью расчетно-графических работ является закрепление теоретического материала изложенного в рамках лекционного курса. Выполнение студентами расчетно-графических работ является важным средством более глубокого усвоения учебного материала и приобретения практических навыков по расчету систем автоматического управления.
Курс дисциплины «Системы атмосферной оптической связи» предполагает выполнение двух расчетно-графических работ. Их содержание представлено в таблицах 5 и 6.
Таблица 5
Разделы расчетно-графической работы №1
«Определение показателей распространения оптического сигнала в атмосфере»
Элемент модуля | Раздел | Содержание раздела |
2 | 1 | Коэффициент пропускания атмосферы |
2 | 2 | Коэффициент пропускания ИК излучения для водяных паров в заданном диапазоне температур. |
2 | 3 | Коэффициент пропускания ИК излучения углекислым газом |
Таблица 6
Разделы расчетно-графической работы №2
«Расчет приемной оптической системы САОС.
Определение дальности связи САОС»
Элемент модуля | Раздел | Содержание раздела |
6 | 1 | Расчет мощности сигнала принятого приемником лучистой энергии |
6 | 2 | Расчет коэффициента пропускания среды |
2 | 3 | расчет максимального расстояния между передатчиком и приемником |
На выполнение каждого раздела расчетно-графической работы предусмотрено по 3 часа самостоятельной работы и 1 час предусмотрен для оформления РГР в соответствии с ГОСТами.
6.2 Подготовка к лекциям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лекциях. Минимальный объем в часах из расчета 0,2 часа на 1 час лекции и составляет 0,2*18=3,6 часа.
6.3 Подготовка к лабораторным занятиям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных и практических занятиях. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час занятия и составляет 18*0,5= 9 часов.
6.4 Подготовка к промежуточному контролю знаний
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и систематизация знаний, полученных на аудиторных занятиях. В соответствии с календарным планом дисциплины предусмотрено два рубежных контроля знаний в виде тестирования. Для подготовки к тестированию выделено 4 часа времени самостоятельной работы.
6.5 Подготовка к зачету
Зачетный опрос проводится на последнем занятии в семестре. Для подготовки к зачету в 9 семестре выделено 9 часов времени самостоятельной работы.
7 Форма контроля усвоения материала
Текущий контроль усвоения теоретического курса в течение семестра осуществляется на консультациях, практических занятиях и при защите расчетно-графической работы в виде устного опроса. Рубежный контроль знаний проводится после изучения нескольких разделов дисциплины с использованием составленных тестов. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется на зачете.
8 Вопросы к зачету
Таблица 7
Вопросы для подготовки к зачету
№ | Вопрос |
1 | Принципы построения системы оптической связи. Обобщенная схема САОС |
2 | Классификация систем оптической связи. Основные параметры и характеристики САОС |
3 | Конструктивное исполнение оборудования, применяемого в САОС |
4 | Механизмы поглощения и рассеяния излучения в атмосфере Земли. |
5 | Обобщенные характеристики затухания излучения при распространении в атмосфере. Линии поглощения излучения |
6 | Рассеяние и аэрозольное ослабление излучения при распространении в атмосфере |
7 | Распространение лазерного излучения в атмосфере |
8 | Модуляция и кодирование информации в САОС |
9 | Приемник САОС. Чувствительность приемного тракта |
10 | Фильтрация сигнала в электронном тракте САОС |
11 | Приемники оптического излучения. Принципы действия, характеристики |
12 | Использование приемников оптического излучения в САОС |
13 | Передатчик САОС. Обобщенная схема, характеристики |
14 | Генераторы оптического излучения. Принципы действия, характеристики |
15 | Использование лазеров в САОС |
16 | Законы геометрической оптики. Описание оптической системы |
17 | Построение и характеристики приемной оптической системы САОС |
18 | Построение и характеристики передающей оптической системы САОС |
19 | Обработка сигнала в приемной оптической системе |
20 | Программное обеспечение, используемое для передачи данных посредством САОС |
9 Примерный календарный план дисциплины
10 Литература
Список основной литературы
1. . Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Радио и связь – 2004
2. Лазарев. Оптико-электронные приборы наведения. М.; Энергия – 2002
3. . Прием и обработка сигналов. М.: ЭКСМА – 2004
Список дополнительной литературы
1. Р. Хадсон. Инфракрасные системы. М.: Высшая школа – 1972
2. . Теоретические основы информационной техники. М.: Энергия – 1979
3. Дж. Кларк, Дж. Кейн. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.: Радио и связь – 1987.
4. . Радиотехнические цепи и сигналы. Задачник по курсу. М.: Высшая школа. – 1986
5. . Теория и расчет оптических приборов. –. М.: Радио и связь – 1980
11 Методическое обеспечение дисциплины
1. . Амплитудная модуляция. – 2007
2. . Измерение параметров и характеристик САОС
12. Технические средства обучения:
1. Специальные лаборатории кафедры "Оптические системы связи".
2. Наглядные пособия
· Графики затухания излучения в атмосфере Земли
· Блок приемо-передатчика оптической системы передачи данных
· Образцы источников излучения – полупроводниковых и твердотельных лазеров
· Образцы приемников оптического излучения – фотодиодов, приемных вакуумных приборов, электронно-оптических преобразователей
