13. Современные системы обработки и передачи сигналов

Наименование модуля:

Модуль 13: Современные системы обработки и передачи сигналов

Элементы модуля

Элективные дисциплины 

Моделирование цифровых систем.
Анализ систем дистанционного управления объектами.
Анализ технологий передачи телевизионных сигналов.
Современные микроконтроллеры и коммуникационные микропроцессоры.
Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления.
Проектирование радиоэлектронных устройств на базе микроконтроллеров.
Сложные типы модуляции и кодирования в многоканальном режиме
Телекоммуникационные системы.
Анализ и разработка коммутационных систем третьего поколения.
IP-телефония телеприсутствия.
Современные криптографические методы защиты информации.
Анализ технологий и технических средств передачи информации
Защита в телекоммуникациях
Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях
Компьютерное зрение в системах реального времени
Технологии NI в системах сбора данных
Электронные наносенсоры
Роботизированные системы
Современные беспроводные технологии

Семестр обучения:

3

Ответственный за модуль:

Риттер Д.В.

Преподаватели:

Моделирование цифровых систем – Риттер Д.В.
Анализ систем дистанционного управления объектами – Ивель В.П.
Анализ технологий передачи телевизионных сигналов – Риттер Д.В.
Современные микроконтроллеры и коммуникационные микропроцессоры – В.П. Ивель
Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления – P.A. Петров
Проектирование радиоэлектронных устройств на базе микроконтроллеров – Савостин А.А. 
Сложные виды модуляции и кодирования в многоканальных телекоммуникационных системах – Герасимова Ю.В. 
Анализ и разработка коммутационных систем третьего поколения – Ивель В.П.
IP-телефония телеприсутствия – Герасимова Ю.В. 
Современные криптографические методы защиты информации – Ивель В.П.
Анализ технологий и технических средств защиты информации в телекоммуникациях – Риттер Д.В.
Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях - Молдахметов С.С. 
Компьютерное зрение в системах реального времени - Савостин А.А.
Информационные технологии в системах сбора данных - Савостин А.А.
Электронные наносенсоры - Савостина Г.В. 
Робототехнические системы - Петров П.А.
Современные беспроводные технологии – Петров П.А. 

Язык:

Русский, казахский

Связь с куррикулумом:

Радиотехника, электроника и телекоммуникации (Ма)

Форма обучения/число часов в неделю и в семестр:

Рабочая нагрузка:

Аудиторная нагрузка: 60 часов

Внеаудиторная нагрузка: 120 часов

Итого: 180 часов

Кредитные пункты:

20 ECTS

Условия для проведения экзаменов:

Для допуска к экзамену студент должен набрать не менее 50 баллов из 100 отводимых на каждую дисциплину модуля

Рекомендуемые условия:

Модуль: Актуальные проблемы технических наук

Предполагаемые результаты обучения:

Знать: теорию дискретных и цифровых сигналов и систем; теоретические основы построения и практического использования микропроцессорных систем различной функциональной сложности; физическая природа явлений, происходящих при передаче сообщений с использованием многоканальных систем передачи, их математическая интерпретация; принципы работы технических устройств, используемых в системах передачи; методы преобразования и обработки сигналов; оборудование систем передачи; принципы работы первичная сеть; организация технической эксплуатации систем передачи данных; типы современных микроконтроллеров и аппаратных платформ, а также принципы построения микропроцессорных систем различного назначения; принципы работы наноэлектронных компонентов; принципы работы аппаратных и программных компонентов систем сбора данных, построенных на платформе National Instruments; основы компьютерного зрения и его применение в системах реального времени; методы обработки изображений; алгоритмы распознавания образов; принципы организации беспроводной связи в высокочастотном диапазоне радиоволн

Уметь: применять алгоритмы цифровой обработки, анализировать дискретные и цифровые сигналы и системы во временной и частотной областях; применять базовые технологии построения микропроцессорных систем на практике; использовать методы алгоритмов и программ при создании микропроцессорных систем; разбираться в схемотехнике и электрических схемах при разработке различных микропроцессорных систем; использовать литературу и справочные материалы книги, осуществлять проектирование систем передачи в различных частях первичной сети; составлять техническую документацию для проектирования и измерений; выполнять расчеты параметров оборудования для систем передачи данных и его отдельных узлов; проектировать и моделировать электронные наносенсоры на основе знаний о наноматериалах и наноэлектронике; выбирать и настраивать аппаратные компоненты для систем сбора данных; обрабатывать изображения и проводить обнаружение объектов в режиме реального времени; разрабатывать алгоритмы распознавания образов, включая машинное обучение и нейронные сети; программирование на Python; программирование микропроцессоров для организации беспроводной связи

Владеть навыками: проектирование и отладка аппаратного и программного обеспечения; моделирование и экспериментальные исследования устройств цифровой обработки сигналов, проектирование устройств цифровой обработки сигналов; работа с различными приборами и оборудованием, используемыми для измерения параметров наносенсоров и наноматериалов; использование аппаратных и программных компонентов систем сбора данных и NI LabVIEW; проектирование и внедрение систем реального времени.время создания систем компьютерного зрения, включая выбор аппаратной платформы, разработку алгоритмов и внедрение программного обеспечения; построение и программирование систем беспроводной связи на базе микропроцессоров.

Демонстрировать способность: применять компьютеризированную обработку сигналов; при проектировании различных радио- и телекоммуникационных систем на базе микроконтроллеров и микропроцессоров; разработке и наладке многоканальных телекоммуникационных систем; анализировать практические возможности повышенияпомехоустойчивости современных многоканальных телекоммуникационных систем;составлять алгоритмы и программы для микропроцессорного оборудования; анализировать и оценивать научные статьи и исследования, связанные с электронными наносенсорами; обрабатывать и анализировать данные с помощью программного обеспечения NI LabVIEW; работать с библиотеками и инструментами для обработки изображений и компьютерного зрения; использовать различные алгоритмы распознавания образов и выбирать наиболее подходящий для конкретной задачи; программировать на Python и используйте его для разработки систем компьютерного зрения в режиме реального времени; анализа производительности систем компьютерного зрения в режиме реального времени и оптимизации их производительности; проектирования и создания локальных беспроводных сетей.

Содержание:

Моделирование цифровых систем

Дисциплина изучает математические модели и результаты анализа цифровых систем различных классов с использованием аналитических, численных и имитационных методов исследования

Анализ систем дистанционного управления объектами

Дисциплина изучает методы и средства передачи информации, структуру, программного и метрологического обеспечения систем дистанционного мониторинга и управления

Анализ технологий передачи телевизионных сигналов.

Дискретные сигналы и их спектры. Дискретные системы и способы их описания: передаточная функция, прямая и каноническая структурные схемы, разностные уравнения, импульсная и переходная характеристики дискретного фильтра. Проектирование цифровых фильтров: БИХ-фильтров по заданному аналогу-прототипу методом обобщенного билинейного преобразования, КИХ-фильтров с линейной ФЧХ методом «взвешивания», автоматизация проектирования цифровых фильтров с использованием специализированных программных продуктов. Эффекты, вызванные конечной разрядностью цифровых фильтров.

Современные микроконтроллеры и коммуникационные микропроцессоры

Дисциплина изучает следующие разделы: архитектура и классификация микроконтроллеров/микропроцессоров. Компьютерный язык. Инструменты для разработки и отладки микроконтроллеров. Этапы проектирования радиоэлектронных устройств на базе микроконтроллеров/микропроцессоров

Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления

Новое 16-разрядное семейство микроконтроллеров от Microchip (части первая и вторая), новые 16-разрядные микроконтроллеры dsPIC33F с ядром DSP, сервисными модулями, периферийным модулем. Проектирование радиоэлектронных устройств на основе микроконтроллеров Классификация микроконтроллеров. Архитектура Гарварда. Архитектура RISC. Общее описание микроконтроллеров AVR. Описание микроконтроллера ATmega. Периферия. Программирование микроконтроллеров. Описание ассемблера AVR. Работа с пакетом AVR Studio. Обзор аппаратного и программного обеспечения платформы Arduino, преимущества Arduino, история Arduino, основные (базисные) платформы Arduino.

Сложные типы модуляции и кодирования в многоканальных телекоммуникационных системах

Современные виды модуляции и кодирования, а также приобретение навыков практического применения знаний при проектировании многоканальных телекоммуникационных систем.

Анализ и разработка коммутационных систем третьего поколения

Основы построения многоканальных систем передачи данных. Канал связи. Помехи и искажения. Кодирование и модуляция. Принципы формирования многоканальных сигналов с частотным разделением каналов. Особенности двусторонней передачи сигнала. Помехи в телекоммуникационных каналах. Строительство современных систем передачи данных. Основы построения систем передачи с временным разделением каналов. Линейный путь.

IP-телефония, телеприсутствие.

Линейные коды цифровых систем передачи. Регенерация формы цифрового сигнала. Стандартизация цифровых систем передачи данных. Временное слияние цифровых потоков. Временная группировка асинхронных цифровых потоков. Передача команд, согласование скоростей.

Современные криптографические методы защиты информации

Изучение следующих разделов: История криптографии. Основная концепция. Математические основы криптографии. Надежность кодов. Основы теории Шеннона. Хэш-функции. Введение в криптографические методы защиты информации. Симметричные системы шифрования. Асимметричные системы шифрования. Электронная цифровая подпись. Публичное распространение ключей. Криптографические методы защиты информации в телекоммуникационных сетях.

Анализ технологий и технических средств защиты информации в телекоммуникациях

Цель дисциплины - ознакомить магистрантов с общими проблемами и задачами технической защиты информации в телекоммуникационных системах. дает представление о задачах, структуре и возможностях технической разведки, основных этапах и процессах получения информации; о физических процессах в технических средствах и системах, способствующих утечке защищаемой информации; о свойствах используемых и перспективных технических средств получения и защиты информации; о состоянии система защиты информации и ее основные документы

Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях

Цель дисциплины - ознакомить магистрантов с общими проблемами и задачами технической защиты информации в телекоммуникационных системах. дает представление о задачах, структуре и возможностях технической разведки, основных этапах и процессах получения информации; о физических процессах в технических средствах и системах, способствующих утечке защищаемой информации; о свойствах используемых и перспективных технических средств получения и защиты информации; о состоянии система защиты информации и ее основные документы

Роботизированные системы

Устройство роботов. Робот управляет автомобилем. Система управления роботом. Математическое представление объекта управления. Синтез контроллера: ПИД-регулятор. Цифровые системы управления. Идентификация систем. Двигатели. Идентификация параметров модели. Мехатронные системы. Мобильные роботы на колесах. Системы с неголономными ограничениями. Системы с отсутствием управляющих воздействий

Электронные наносенсоры

Принципы работы электронных наносенсоров, наноматериалов и наноструктур. Принципы работы наноэлектронных компонентов. Применение наноэлектроники в электронных наносенсорах. Химические наносенсоры. Принципы работы биомедицинских наносенсоров.
Технологии NI в системах сбора данных
Аппаратные компоненты NI: платы сбора данных, модули ввода-вывода, программируемые контроллеры, источники питания. Программное обеспечение NI: Пакет программного обеспечения NI, включающий LabVIEW, SignalExpress, DAQmx и другие инструменты. Проектирование систем сбора данных на платформе NI. Интеграция систем сбора данных в научные и промышленные приложения.

Компьютерное зрение в системах реального времени

Обработка изображений в реальном времени; машинное обучение и его применение в системах компьютерного зрения реального времени; аппаратное и программное ускорение обработки изображений в реальном времени, включая использование графических процессоров (GPU) и микроконтроллеров; разработка и внедрение систем компьютерного зрения реального времени; оценка производительности и качества системы компьютерного зрения реального времени; приложения компьютерного зрения в системах реального времени.

Современные беспроводные технологии.

Беспроводные системы передачи данных. Классификация сетей беспроводной связи. Частотные диапазоны систем беспроводной связи. Организация предоставления услуг сотовой связи. Беспроводные локальные сети. Методы доступа к нескольким станциям. Системы множественного доступа, основанные на временном разделении каналов. Сотовая связь стандарта GSM. Функционирование клеточной системы. Корпоративные беспроводные сети. Технологии, используемые в беспроводных локальных сетях. Беспроводная передача данных в роботизированных системах. Стандарт 802.15.4. Графические среды программирования. Ардуино. Связь осуществляется через беспроводные интерфейсы. Автоматизированная технология ZigBee. Система команд, используемая в технологии ZigBee. Модули Wi-Fi для низкоскоростной передачи данных.

Форма экзамена:

Моделирование цифровых систем - письменный экзамен
Анализ систем дистанционного управления объектами - письменный экзамен
Анализ технологий передачи телевизионного сигнала - письменный экзамен
Современные микроконтроллеры и коммуникационные микропроцессоры - письменный экзамен
Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления - письменный экзамен
Проектирование радиоэлектронных устройств на базе микроконтроллеров - письменный экзамен
Сложные типы модуляции и кодирования в многоканальных телекоммуникационных системах - компьютерное тестирование
Анализ и разработка коммутационных систем третьего поколения - компьютерное тестирование
IP-телефония телеприсутствия - компьютерное тестирование
Современные криптографические методы защиты информации - письменный экзамен
Анализ технологий и технических средств защиты информации в телекоммуникациях - письменный экзамен
Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях - письменный экзамен
Компьютерное зрение в системах реального времени - экзамен в свободной форме
Технологии NI в системах сбора данных - экзамен в свободной форме
Электронные наносенсоры - компьютерное тестирование
Роботизированные системы - экзамен в свободной форме
Современные беспроводные технологии - экзамен в свободной форме

Оценка по модулю: экзамен в свободной форме по выбору

Технические / мультимедийные средства:

Лаборатории компьютерной математики и электронного моделирования, Микроконтроллеры и специальные микропроцессоры на базе MK at 89S51, Микроконтроллеры и специальные микропроцессоры на базе MK at90S8535, Цифровые устройства и микропроцессоры, комплекс NI ELVIS, интерфейсные платы NICS 6621, GPIB, NI Simulator, NI SCXI, аппаратные платформы Arduino Nano, Uno, Mega, Duemilanove, координатно-фрезерный станок ProtoMat S42.

Литература:

1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Пи­тер, 2007' 751 с : ил.
2. Васильев В.П. Основы теории и расчета цифровых фильтров: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / В.II. Васильев, Э.Л. Муро, СМ. Смольский; под ред. СМ. Смольского. М.: Издательский центр "Академия", 2007. 272 с.
3. Гребенко Ю.А. Методы цифровой обработки сигналов в радиоприемных устройствах: учебное пособие по курсам «Методы и устройства цифровой обработки сигналов» и «Радио­приемные устройства»/ Ю.А. Гребенко. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 48 с.
4. Г. И. Пухальский. Проектирование микропроцессорных систем. Учебник для вузов. СПб.: Политехника, 2001.
5. А. И. Солонина и др. Алгоритмы и процессоры для цифровой обработки сигналов - СПб: БХВ - Петербург, 2001. - 464 с.
6. М. С. Куприянов, Б. Д. Матюшкин. Цифровая обработка сигналов: Процессоры, алгоритмы, средства проектирования. - Санкт-Петербург: Политехника, 1999. -592 с.
7. А. И. Солонина и др. Основы цифровой обработки сигналов: курс лекций. - СПб: БХВ - Петербург, 2003. - 608 с.
8. Белов А. В. Учебное пособие по микропроцессорной технике. СПб.: Наука и техника, 2003.
9. Б. Ю. Советов, С. А. Яковлев. Системное моделирование. - М.: Высшая школа, 1998.
10.Джереми Блюм. Знакомство с Arduino: Инструменты и методы для инженерного волшебства. 1–е издание, 2015. - 336 с.

11. Введение в микроконтроллеры Гюнтера Гридлинга и Беттины Вайс, 2006.

12. Проекты микроконтроллеров с использованием базовой печати Эла Уильямса, 2010.
13. Микроконтроллеры PIC от Милана Верле, 2008.
14. Программирование Arduino: Начало работы с эскизами Саймона Монка, 2011.
15. Программирование Arduino - Следующие шаги Саймона Монка, 2013. Микроконтроллерные системы Даниэля Эрнста, 2007.
16. В. Н. Гордиенко. Многоканальные телекоммуникационные системы. -М.: Горячая линия-Телеком, 2005, 2007.
17. В. И. Иванов, В. Н. Гордиенко и др. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / Под ред. В. И. Иванова. – 2-е изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 232 с.
18. Проектирование и техническая эксплуатация цифровых телекоммуникационных систем и сетей. /под ред. В. Н. Гордиенко. -М., 2008, 2012.
19. Слепов Н. Н. Современные цифровые технологии глобальных сетей связи. -М.: Астра Полиграфия, 2011.
20. И. Ричардсон. Кодирование видео. H.264 и MPEG-4 – стандарты нового поколения. - М.: Техносфера, 2005, -369 с.

21. В. В. Крухмалев, В. Н. Гордиенко, Основы построения телекоммуникационных сетей и систем. Учебник для вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2003.-232 с.
22. М. В. Гаранин. Системы и сети передачи информации.- М.: Радио и связь, 2001. – 336 с.
23. Юревич Е.И. Основы робототехники. --- Санкт-Петербург. БХВ-Петербург, 2015. – 328 с.
24. Визильтер В.Ю., Желтов С.Ю., Князь В.А. Обработка и анализ цифровых изображений на примерах в LabVIEW и IMAQ Vision, Москва, 2011.
25. Ж.-Л. Лорье, Системы искусственного интеллекта, М. Мир, 2011.
26. Э.Хант. Искусственный интеллект, Москва, 2000.
27. А.И.Гусев "Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии" — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 416 с.
28. Доломатов М.Ю. Физические основы наноэлектроники. Учебное пособие. – Уфа : РИНЦ Баш. ГУ-2015, 206с.
29. Чаплыгин Ю.А. Нанотехнологии в электронике Издательство: Техносфера - 2015
30. Ч. Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. Мир материалов и технологий. Техносфера, Москва, 2005
31. Национальные документы. LabVIEW и CompactRIO: Основы разработки приложений. – Национальные инструменты, 2018
32. В.К.Батоврин, А.С.Бессонов, В.В.Мошкин, В.Ф.Папуловский. Семинар LabVIEW по основам измерительных технологий. – Москва: ДМК Пресс, 2017
33. Национальные документы. Создание приложений с использованием CompactRIO и LabVIEW. – Национальные инструменты, 2019
34. Ю. Евдокимов. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели к реальному устройству. – Москва: ДМК Пресс, 2007
35. Шапиро Л. Компьютерное зрение / Л. Шапиро, Дж. Стокман — М. : БИНОМ, 2013. — 752 с.
36. Ян Эрик Солем Программирует компьютерное зрение на Python. / перевод с английского. Слинкин А. А. М.: ДМ К Пресс, 2016. 312 с.: ил.
37. Рейнхард Клетте Компьютерное зрение. Теория и алгоритмы / перевод с английского А. А. Слинкина. - М.: ДМК Пресс, 2019. - 506 с: ил.
38. Бишоп, Кристофер М. Распознавание образов и машинное обучение. : Перевод с английского - Санкт-Петербург : ООО "Диалектика", 2020. - 960 с.
39. Джереми Блюм. Знакомство с Arduino: Инструменты и методы для инженерного волшебства. 1–е издание, 2015. - 336 с.
40. Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В. Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. - ЭКСМО, 2009. - 672 с.
41. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2017. – 464 с.
42. Ратынский М.В. "Основы сотовой связи"/ под ред. Д.Е.Зимина – М.: Радио и связь, 2005.