Введение в специальность. Учебная программа для высших учебных заведений по специальности IРадиоэлектронные системы (стр. 4 )

Раздел 1. Физические основы и принципы телевидения

Тема 1.1. Введение, цели и задачи дисциплины «ТВиОИ»

Значение телевидения как электронного средства массовой информации, области его применения. Классификация систем передачи изображений (телевидение и факсимильная связь). Телевидение вещательное (системы телевидения стандартной четкости (ТСЧ), повышенного качества (ТПК) и высокой четкости (ТВЧ); композитные (НТСЦ, ПАЛ, СЕКАМ) и компонентные (МАС, HD-MAC, MUSE и др.) системы цветного телевидения, аналоговые и цифровые. Прикладное ТВ и его особенности.

Тема 1.2. Общая структурная схема системы передачи

изображений

Построение оптического изображения. Математические модели изображения. Принцип последовательной передачи элементов изображения. Преобразование пространственно-временной информации − многомерного оптического изображения во временную последовательность в процессе развертки изображения. Образование сигнала изображения на выходе преобразователя "свет-сигнал". Уплотнение сигналов изображения, синхронизации и гашения для передачи по одному каналу связи.

Механическая и электронная развертки изображения. Системы мгновенного действия и с накоплением энергии, их сравнение. Построение растра. Типы передающих ТВ трубок.

Тема 1.3. Структурная схема аппаратно-студийного комплекса

Основные этапы формирования полного ТВ сигнала. Полярность сигнала. Особенность косвенной передачи информации о средней яркости изображения - постоянной составляющей ТВ сигнала. Синхронизация несинхронных источников ТВ сигналов.

Тема 1.4. Восприятие оптического изображения

Зрительная система как многоканальный приемник оптической информации и пространственно-временной ФНЧ. Спектр оптического изображения. Основные характеристики зрительной системы: динамический диапазон, адаптация и аккомодация, контрастная чувствительность, закон Вебера-Фехнера, количество воспринимаемых градаций яркости, разрешающая способность по пространству (острота зрения), пространственная частотно-контрастная характеристика.

Временная разрешающая способность (инерционность зрения): слитность движения, критическая частота мельканий как функция яркости, размеров деталей изображения, цвета и т. д. Дискретизация изображения по времени (в кино и телевидении) и по вертикали (в телевидении) и связанные с ней искажения по аналогии с дискретизацией электрического сигнала. Относительная чувствительность зрения (кривая видности) и разрешающая способность к цветным деталям.

Тема 1.5. Параметры ТВ систем и согласование

их с характеристиками зрения

Выбор и обоснование числа строк разложения, частоты кадров, разрешающей способности, формата передаваемого изображения, спектрального состава излучения в цветном телевидении и отношения сигнал/шум.

Основные параметры ТВ изображения: световые - яркость, число воспроизводимых градаций яркости, четкость (яркостная и цветовая) в горизонтальном и вертикальном направлениях и ее составляющие (резкость, детальность и воспроизведение чередующихся структур), правильность цветопередачи; растровые - геометрическое подобие изображения оригиналу (геометрические и нелинейные искажения), размер и формат воспроизводимого изображения, стабильность положения изображения (устойчивость синхронизации).

Влияние шумов и помех на ТВ изображение. Взвешивающий фильтр и особенности измерения отношения сигнал/шум в телевидении.

Тема 1.6. Пространственный, ВРЕМЕННОЙ И ТРЕХМЕРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ спектр частот

Форма и частотный спектр ТВ сигнала. Расчет высшей и низшей частоты спектра. Образование видеосигнала при конечных размерах развертывающего элемента. Чересстрочная развертка, условия ее обеспечения. Уменьшение искажений, связанных с чересстрочным разложением изображения в ТСЧ и ТПК. Применение построчной развертки с различной частотой кадров в ТВЧ. Сравнение построчной (прогрессивной) и чересстрочной разверток.

Раздел 2. Устройства отображения визуальной

информации

Тема 2.1. Устройство и принцип действия вакуумных кинескопов – мозаичных и штриховых, трехлучевых и однолучевых

Модуляционная характеристика, особенности выбора рабочей точки на модуляционной характеристике кинескопа. Способы повышения яркости и контраста изображения.

Тема 2.2. Дискретные и матричные индикаторы: светодиодные, газоразрядные, жидкокристаллические

Системы отображения с большими экранами, основные параметры и характеристики: кинескопные, светоклапанные, в том числе жидкокристаллические и лазерные видеопроекторы. Большие матричные видеопанели.

Раздел 3. Передача сигналов телевидения

и звукового сопровождения по радиоканалам

и направляющим средам

Тема 3.1. Классификация радиосистем передачи ТВ сигналов

ТВ системы наземного вещания, радиорелейные, спутниковые и эфирно-кабельные и основные требования к ним. Выбор вида модуляции, полоса занимаемых частот, уплотнение сигналов и помехозащищенность.

Особенность передачи и приема радиосигнала вещательного телевидения (радиосигнала изображения и радиосигнала звукового сопровождения) методом АМ с частично подавленной одной боковой полосой (АМ-ЧПОБП). Линейные и нелинейные искажения демодулированного сигнала.

Тема 3.2. необходимые условия для неискаженной передачи методом АМ-ЧПОБП

Три варианта обеспечения кососимметричного склона АЧХ радиотракта (произведение АЧХ фильтров передатчика и приемника) и их сравнение по помехозащищенности. Нестандартный радиоканал телевизора.

Тема 3.3. Организация спутникового ТВ вещания

Типовая структурная схема тракта. Основные энергетические параметры - эквивалентная изотропно излучаемая мощность бортового ретранслятора, потери энергии в свободном пространстве и в атмосфере Земли, мощность сигнала на входе приемника, допустимая плотность потока мощности у поверхности Земли. Необходимость введения сигнала дисперсии.

Тема 3.4. Структура приемной сети ТВ вещания

Индивидуальный и коллективный прием. Приемные распределительные сети с использованием коаксиального и волоконно-оптического кабеля. Основные параметры. Особенности построения сетей эфирно-кабельного вещания. Системы типа MMDS, MVDS и т. п.

Структурная схема приемной установки спутникового телевидения. Добротность приемной установки и требуемое отношение сигнал/шум на выходе приемника. Мгновенная частота и спектр ЧМ сигнала. Порогопонижающее детектирование.

Тема 3.5. Структурная схема телевизора

Распределение избирательности и усиления по блокам. Система дистанционного управления, селекторы каналов, требования к каналу изображения, АПЧГ, особенность схемы АРУ, каналы синхронизации и развертки, повышение помехозащищенности строчной развертки - применение ФАПЧ с коммутируемой полосой захвата.

Тема 3.6. Варианты построения тракта промежуточной частоты (ПЧ) изображения и звукового сопровождения

Тракт с детектором огибающей в качестве видеодетектора; с детектором разностной частоты для получения колебания второй промежуточной частоты звука; с общим трактом ПЧ и синхронным детектором в качестве видеодетектора; с квазипараллельным трактом ПЧ; с параллельным трактом ПЧ и синхронно-фазовым детектором в канале звукового сопровождения.

Раздел 4. Цветное телевидение (ЦТВ)

Тема 4.1. Трехкомпонентная теория цветового зрения

Субъективные и объективные параметры светового излучения. Аддитивное и субтрактивное образование цветов. Координаты цвета и цветности, удельные координаты в системах R, G,B и X, Y,Z. Диаграмма цветности МКО - цветовой график. Расчет координат цвета сложного излучения по известному спектральному составу (кривые смешения). Законы аддитивного сложения цветов.

Тема 4.2. Кодирующее устройство совместимой системы ЦТ

Варианты R, G,B и W, R,B. Спектральные характеристики чувствительности передающих трубок. Цветокорректирующая матрица, гамма-корректор, кодирующая матрица и модулятор цветовой поднесущей. Сигналы: основных цветов, яркости, цветоразностные, цветности, цветовой синхронизации и полный цветовой (или цветного телевидения). Пример реализации одновременной несовместимой системы ЦТВ, обеспечивающей наилучшее качество цветного изображения на приемной стороне при заданном стандарте разложения изображения на телецентре. Согласование по времени сигналов яркости и цветности.

Тема 4.3. Декодирующее устройство совместимой системы ЦТВ

Способы разделения сигналов яркости и цветности. АЧХ гребенчатого фильтра. Эффект самокомпенсации цветовой поднесущей и сигнала цветности (необходимое и достаточное условие). Два способа подачи сигналов на кинескоп. Сравнение сигналов, модулирующих электронные лучи кинескопа, и качества изображения в совместимых и несовместимых, а также в компонентных и композитных системах ЦТВ.

Тема 4.4. Кодирующее и декодирующее устройства системы НТСЦ

Спектр сигнала цветности при амплитудно-фазовой модуляции. Преимущества применения БМ (балансной модуляции) и фазового сдвига 900 между поднесущими "красного" и "синего" каналов. Сигнал цветовой синхронизации (СЦС). Искажения типа дифференциальная фаза (ДФ) и дифференциальное усиление (ДУ). Возникновение перекрестных искажений между цветоразностными сигналами при появлении дополнительных фазовых сдвигов между сигналами цветности и цветовой синхронизации.

Тема 4.5. Кодирующее и декодирующее устройства системы ПАЛ

Устранение чувствительности к ДФ. Спектр сигнала цветности с коммутируемой на 1800 от строки к строке фазой цветовой поднесущей "красного" канала. Выбор и обоснование численного значения поднесущей. Двойное назначение СЦС. Разделение сигнала цветности на две в квадратуре промодулированные поднесущие до синхронного детектора с помощью гребенчатых фильтров. Особенность спектра полного сигнала ЦТВ.

Тема 4.6. Кодирующее и декодирующее устройства системы СЕКАМ

Обоснование последовательной передачи цветоразностных сигналов. Параметры сигнала цветности. НЧ и ВЧ предыскажения, коммутация фазы поднесущей и спектр сигнала цветности. Сигнал цветовой синхронизации СЦСс и СЦСк. Помехозащищенность и чувствительность к искажениям типа ДФ и ДУ. Сравнение систем ЦТВ между собой.

Раздел 5. Новые системы телевидения

(ТПК, ТВЧ, цифровые, стерео)

Тема 5.1. Системы телевидения повышенного качества (ТПК)

Системы МАС, ПАЛ-плюс и др. Повышение качества изображения в телевизорах и преобразование вида развертки. Стандарты компонентных систем ЦТВ высокой четкости (ТВЧ).

Тема 5.2. Преобразование аналогового сигнала в цифровой

Выбор и обоснование частоты дискретизации, числа уровней квантования. Линейная и нелинейная шкалы квантования. Шумы квантования. Скорость цифрового потока. Временное разделение каналов.

Тема 5.3. Организация цифрового ТВ вещания

Избыточность ТВ сигнала и пути ее уменьшения. Стандарты сжатия. Понятие о методах цифровой модуляции, применяемых в спутниковых, наземных и кабельных системах ТВ вещания.

Тема 5.4. Новые устройства отображения визуальной информации

Организация проведения видеоконференцсвязи. Конвергенция телевидения с глобальными компьютерными сетями. Особенности передачи сигналов стереоцветного телевидения и воспроизведения объемных изображений.

Примерный перечень лабораторных работ

1. Измерение и контроль параметров ТВ сигнала и изображения

2. Исследование основных закономерностей формирования растров.

3. Исследование влияния шумов и помех на качество телевизионного изображения и измерение отношения сигнал/шум.

4. Исследование сигналов совместимой системы ЦТВ и расчет их параметров.

5. Исследование сигналов системы ЦТВ СЕКАМ.

6. Исследование сигналов системы ЦТВ ПАЛ.

7. Изучение схемы телевизора цветного изображения.

8. Изучение принципов построения и исследование основных характеристик приемной установки спутникового ТВ вещания.

Примерный перечень компьютерных программ,

необходимого оборудования и дополнительных

материалов

1. Программно-аппаратный комплекс по генерированию телекоммуникационных сигналов, моделированию систем передачи, включая телевизионные (разработан на кафедре СТК БГУИР).

2. Демонстрационные макеты и промышленные образцы ТВ аппаратуры:

2.1. Передающие и приемные трубки и устройства к ним.

2.2. Четырехкамерная прикладная ТВ установка (ПТУ).

2.3. Малогабаритная ПТУ с передающей трубкой на ПЗС.

2.4. Камерный канал черно-белого телевидения (типа АТК).

2.5. Генераторы испытательных ТВ сигналов по системам СЕКАМ и ПАЛ.

2.6. Цветные телевизоры различных поколений, в том числе с декодерами сигналов телетекста, модулем кадр в кадре (PIP и вторым радиоканалом, макет разработан на кафедре СТК).

2.7. Видеомагнитофон с записями эталонных цветных тест-изображений и достижений в области телевидения.

2.8. Транскодер ПАЛ-СЕКАМ.

2.9. ТВ камера с видеомагнитофоном (камкордер).

2.10. CD-ROM фирмы Snell & Wilcox с эталонной тест-таблицей MPEG-2.

2.11. Приемные установки аналоговых и цифровых сигналов спутникового телевидения (ЧМ с ЧРК; DVB-S/MPEG-2 и D2-MAC).

2.12. Приемная установка сигналов системы MMDS.

2.13. Волоконно-оптическая система передачи ТВ сигналов (разработка кафедры СТК).

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Телевидение: Учебник для вузов /Под ред. . – М.: Радио и связь, 2000.

2. Телевизионная техника. В книге: Бытовая радиоэлектронная техника: Энциклопедический справочник /Под ред. – М.: БелЭн, 1995.

3. Быков основы телевидения: Учебник для вузов. – СПб.: Лань, 1998.

4. Ткаченко телевидение. – Мн.: Беларусь, 1981.

5. , Ткаченко и передача изображений: Учеб. пособие для вузов – Мн.: Выш. шк., 1988.

6. , Кириллов телевизионных измерений: Учеб. пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк., 1976.

7. Смирнов цифрового телевидения: Учеб. пособие. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001.

8. Домбругов : Учебник для вузов. –2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Вища шк., 1988.

9. Новаковский задач по основам техники телевидения: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1998.

10. , Хоминич качества изображения и звукового сопровождения: Учеб. пособие для студ. спец. «Телекоммуникационные системы», «Радиотехника» и «Радиотехнические системы». В 2 ч. Ч.1: Тракты промежуточной частоты изображения и звукового сопровождения. – Мн.: БГУИР, 2001.

11. Лямичев отображения информации с плоскими экранами. - М.: Радио и связь, 1983.

12. , , Хоминич представление сигналов изображения и звукового сопровождения: Учеб. пособие по телевизионным дисциплинам. - Мн.: БГУИР, 2003.

Дополнительная

1. Телевизионная техника: Справочник/Под ред. и . – М.: Радио и связь, 1994.

2. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов /Под ред. . – М.: Радио и связь, 1994.

3. Кривошеев телевизионных измерений. – 3-е изд., перераб., и доп. – М.: Радио и связь, 1989.

4. , Цикин компьютерной видеоконференцсвязи. – М.: коммуникации», 1999

5. , Федунин телевидение. – М.: Радио и связь, 2000.

6. Локшин вещание – от студии к телезрителю. – М.: Компания Сайрус Системс, 2001.

7. Справочник по цифровому телевидению. – Жуковский: «ЭРА», 2001.

8. , , Красносельский телевизионное вещание: основы, методы, системы. – М.: НИИР, 2001.

9. Спутниковая связь и вещание: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп./Под ред. . – М.: Радио и связь, 1997.

10. Принимаем ТВ непосредственно из космоса /Под общ. ред. и . – М.: Радио», 1998.

11. , , Штейнберг видеосистемы. – М.: СП «Панас», 1993.

12. , Ткаченко кабельного телевидения: Методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Мн.: БГУИР, 1997.

13. , , Системы стереофонического звукового сопровождения в телевидении // Радиотехника и электроника: республ. межвед. сб. науч. трудов. –Мн.: БГУИР, 1999. Вып.24. С.3-10.

14. , , Принципы построения устройств отображения стереоизображений. // Радиотехника и электроника: республ. межвед. сб. науч. трудов. – Мн.: БГУИР, 1999. Вып.24. С.11-28.

15. , , Ткаченко построения сетей наземного цифрового ТВ вещания // Радиотехника и электроника: республ. межвед. сб. науч. трудов. – Мн.: БГУИР, 2001. Вып.25.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-020/тип.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности IРадиоэлектронные системы

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составители:

, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

, ассистент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Рецензенты:

Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол от 01.01.2001.г.);

, доцент кафедры информатики Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат технических наук

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 10.03.2003 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей IСхемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)

Действует до утверждения образовательного стандарта по специальности.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа по дисциплине «Основы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем» разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальности IРадиоэлектронные системы.

Целью изучения дисциплины является освоение студентами основ проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем (РЭС), а также методов моделирования и оптимизации радиотехнических устройств (РТУ) и систем с применением пакетов программ MATHCAD, MATLAB, MAPLE, MICROWAVE.

В результате изучения дисциплины «Основы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем» студент должен:

знать:

- вопросы методологии проектирования радиосистем, выбора частотного диапазона, адаптации, оптимизации радиосистем, прогноза качественных характеристик, нормирования, стандартизации и сертификации;

уметь:

- анализировать радиосистемы с применением критериев их эффективности, рассчитывать показатели надежности, скрытности, помехозащищенности, давать оценку экологических последствий применения радиосистем;

- проектировать радиосистемы с использованием современных вычислительных программных средств.

Программа рассчитана на общий объем 130 часов, в том числе 100 аудиторных.

Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИОСИСТЕМ

Основные задачи дисциплины «Основы проектирования и эксплуатации радиоэлектронных систем» и ее связь с другими дисциплинами учебного плана специальности.

Основные проблемы проектирования радиосистем. Этапы проектирования. Итерационный процесс разработки радиосистемы. Учебное проектирование.

Задачи, решаемые в период эксплуатации. Режимы эксплуатации. Динамика изменения состояния системы (устройства) при эксплуатации. Обслуживание радиосистем в период эксплуатации. Контроль характеристик. Системы технического обслуживания. Прогнозирование надежности радиоэлектронных средств.

Раздел 2. РАДИОСИСТЕМА КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Классификация радиосистем. Функциональные схемы электронных радиосистем. Системный подход как основа проектирования. Основные принципы системного подхода:

- учет этапов жизненного цикла радиосистемы;

- учет истории и перспектив развития данного класса систем;

- взаимодействие системы с внешней средой;

- учет основных видов взаимодействия внутри системы;

- сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности в радиосистемах;

- учет взаимодействия между элементной базой и системотехникой.

Классификация радиоканалов. Уравнения пространственно-энер-гетического баланса для согласованного, полусогласованного и несогласованного радиоканалов. Пространственно-энергетические соотношения для пересеченных трасс.

Внешнее и внутреннее проектирование.

Раздел 3. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В РАДИОТЕХНИКЕ

Модели радиотехнических устройств и систем. Флуктуации, их источники, методы измерений и преобразований. Особенности расчета радиотехнических устройств с учетом случайных разбросов параметров их элементов.

Диапазоны изменения параметров систем и их статистическая оценка. Применение принципа практической уверенности.

Раздел 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАДИОСИСТЕМ

Основные требования к критериям эффективности радиосистем. Многокритериальная оценка эффективности. Интегральные критерии.

Критерий «эффективность/стоимость» и его применение при проектировании.

Пример расчета эффективности радиолокационной системы обнаружения воздушных целей.

Раздел 5. СКРЫТНОСТЬ РАДИОСИСТЕМ

Временная, энергетическая и структурная скрытность радиосистем.

Панорамный радиоприемник и его свойства. Беспоисковые методы обнаружения радиосигналов и измерения несущей частоты. Пеленгация радиоизлучений.

Энергетическая скрытность радиосистем и расчет их области обнаружения. Скрытность радиосистем со сложными сигналами.

Раздел 6. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ

И ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ РАДИОСИСТЕМ

Общая характеристика проблемы. Основные закономерности радиоборьбы. Виды радиопомех. «Белый» шум – основа активных радиопомех. Прохождение помех через радиоприемное устройство.

Виды селекции радиосигналов. Энергетическая оценка помехозащищенности радиосистем.

Область подавления, ее расчет и графическое представление. Минимальная дальность подавления радиолокационной системы.

Основные принципы построения средств радиопротиводействия. Методы повышения помехоустойчивости и помехозащищенности радиосистем.

Раздел 7. ВЫБОР СИГНАЛОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ РАДИОСИСТЕМ

Выбор диапазонов частот и видов сигналов в радиосистемах различного назначения.

Разрешение противоречий в радиосистемах путем применения сложных сигналов. Методы решение проблемы приема сигналов при многолучевом распространении радиоволн.

Примеры функциональных схем совмещенных радиосистем с частотномодулированными сигналами. Время поиска и точность автосопровождения в системах со сложными радиосигналами. Стабильность частоты и ее влияние на время поиска.

Раздел 8. ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОСИСТЕМ

Характеристика проблемы оптимизации. Оптимизация как поиск компромисса между эффективностью и стоимостью. Векторная оптимизация.