Теоретические Основы Информационно. Измерительной Техники (ТОИИТ) Лекция

Теоретические Основы Информационно. Измерительной Техники (ТОИИТ)

Лекция 1 Цели и задачи дисциплины; Требования к уровню освоения; Раскладка занятий; Порядок выполнения и сдачи лабораторных работ; Порядок сдачи экзамена.

Цели и задачи дисциплины Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с современными теориями измерений, основными понятиями в теории измерений, статическими и динамическими характеристиками измерительных каналов, вопросами организации и планирования измерительного эксперимента. • • Формирование у студентов: -представления о основах измерительных и информационных технологий; -знаний математических методов описания процессов измерений, методов оценки погрешностей и достоверности результатов, информационных основ измерений, процессов преобразования сигналов, а также методов проведения измерений и принципов построения средств измерений; -умения практически выполнять измерения, проектировать новые средства измерений, обслуживать средства измерений в процессе эксплуатации; -опыта использования и применения знаний для стандартизации и аттестации методик выполнения измерений.

Задачи изучения дисциплины. В результате изучения курса студенты должны: - знать основные понятия теории измерительных и информационных технологий; - знать вероятностные методы в анализе и синтезе измерительных каналов; - иметь представление об основных теориях измерений -иметь представление об основных теориях измерений (информационных, алгоритмических и др. ) - знать принцип обработки данных и планирования многофакторного эксперимента.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины Студент должен самостоятельно воспроизводить структуры измерительных каналов и давать математическое описание этих каналов, их статических и динамических характеристик; быть готовым к использованию вероятностных методов в анализе и синтезе измерительных каналов; знать информационную теорию измерений; принципы обработки данных и планирования многофакторного эксперимента.

Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Часов Семестр Общая нагрузка 100 7 Аудиторные занятия, из них: 51 7 Лекции 34 7 Практические занятия (ПР) 9 7 Лабораторные работы (ЛР) 8 7 Самостоятельная работа 49 7 Итоговый контроль экзамен

Теоретические основы информационноизмерительной техники Включают: общенаучные методы познания и место измерений среди них; основные понятия теоретической метрологии; основы общей теории погрешностей измерений: систематизация, математические модели и способы определения характеристик погрешностей измерений; методы повышения точности измерений; основы теории достоверности контроля; анализ и синтез средств измерений; методы повышения точности средств измерений;

Кроме того: представление и преобразование сигналов измерительной информации: математическое описание непрерывных и дискретных случайных процессов, модуляция, квантование, дискретизация и восстановление сигналов по дискретным отсчетам; коды, используемые в информационно-измерительной технике; помехоустойчивое кодирование; выделение сигналов на фоне помех; цифровая обработка сигналов; основы метрологического обеспечения и методики выполнения измерений.

Литература по дисциплине 1. Дмитриев В. И. Прикладная теория информации. – М. : Высш. шк. , 1989. 2. Юкио Сато. Обработка сигналов. Первое знакомство. /Пер. с яп. , под ред. Ёсифуми Амэмия. – М. : Издательский дом «Додэка. XXI» , 2002. 3. Гуров И. П. Основы теории информации и передачи сигналов. – СПб. : BHV-Санкт-Петербург, 2000 г. (имеется электронный вариант). 4. Садовский Г. А. Теоретические основы информационноизмерительной техники. - М. : Высш. шк. , 2008. – 478 с. 5. Цифровая обработка сигналов/ А. Б. Сергиенко – СПб. : Питер, 2003. – 608 с. 4. Сучков А. А. Лекции по ТОИИТ (эл. вариант).

Порядок выполнения, оформления и сдачи лабораторных работ. Лабораторные работы проводятся с целью закрепления у студентов основных теоретических знаний, полученных на лекциях, и приобретения опыта применения их на практике. Проводятся занятия в компьютерном классе. Студент выбирает папку дисциплины (ТОИИТ), вложенную папку (Лаб_раб) и заданную лабораторную работу. Номер варианта выполнения лабораторной работы выбирается по номеру студента (по списку группы) программно псевдослучайным образом. Для этого студент запускает генератор варианта для данной лабораторной работы (exe-файл).

Список лабораторных работ по дисциплине ТОИИТ 1. Определение статистических характеристик случайных сигналов (ПЭ) 2. Изучение эффективного кодирования для передачи информации по каналу без помех (ПЭ) 3. Изучение групповых избыточных кодов (ПЭ) 4. Исследование спектрального состава измерительных сигналов (А) 5. Исследование спектрального состава модулированных сигналов (А) ПЭ – программная эмуляция процессов; А – аппаратная работа с использованием реальной аппаратуры.

Лаб. работы К каждой лабораторной работе имеется doc-файл, который содержит подробные указания по порядку выполнения, необходимые теоретические сведения, порядок оформления отчета по работе. Перед тем, как приступать к выполнению ЛР, необходимо предварительно просмотреть порядок выполнения до конца, при необходимости задать вопросы преподавателю. ЛР должна выполняться детально, по пунктам, иначе не будет получен правильный результат.

Выполнение ЛР После выполнения работы преподаватель проверяет соответствие варианта, полученные результаты, и производит отметку о выполнении студентом ЛР. Перед сдачей отчета по ЛР необходимо проработать ответы на контрольные вопросы При приеме ЛР проверяется: • Оформление; • Соответствие варианта; • Полученные результаты; • Ответы на контрольные вопросы; • Ответы на дополнительные вопросы.

Сдача отчета по ЛР Отчет по ЛР оформляется на листах формата А 4 со стандартными рамками. Отчет должен содержать: Номер варианта, исходные данные. Таблицу результатов. При сдаче работы проверяется правильность оформления, адекватность полученных результатов, знание ответов на контрольные вопросы. Студент должен понимать цель лабораторной работы. Отчеты по ЛР сдаются, как правило, во время проведения практических занятий (лабораторных работ).

Допуск к экзамену Если ЛР не выполнены и не сданы по время практических занятий, (что не приветствуется и в деканат студентом должны быть представлены соответствующие объяснения), то назначается дополнительное время, в период подготовки к экзаменам, по общим правилам. После сдачи всех ЛР по ЦИУ студент допускается к сдаче экзамена по дисциплине ЦИУ.

Начало лекций по дисциплине ТОИИТ

Получение информации Исследование объекта, выделение нужных свойств и параметров. Исследуемый Свойства объект X{k →∞} Y(n) Измерение X(i

Сигнал как случайная величина В большинстве случаев результаты измерений X(k) можно представить в виде набора случайных величин. Их также можно представить в виде некоторого случайного сигнала x(t), поступающего в течение промежутка времени T. Сигнал задается напряжением, значения сигнала в любой момент времени не выходят за некоторые пределы (Xmin < x(t) < Xmax). Сигнал является аналоговым непрерывным, пока не произведены дискретизация и квантование. Полной характеристикой случайной величины является ее закон распределения.

Функция распределения Одномерная интегральная функция распределения вероятностей значений сигнала определяется формулой: (1) Для квантованного по уровню сигнала: (1 а) где ki – количество дискретных значений сигнала xi(t), не превышающих X, т. е. удовлетворяющих условию xi(t) ≤ Xmin+i*∆x. Для квантованного сигнала это количество отсчетов сигнала в интервалах уровней отсчета от 0 до i – го включительно.

Дифференциальная функция распределения Соответствующая этой функции плотность распределения вероятностей (дифференциальная функция распределения) определяется формулой: (2), или, для квантованного (цифрового) сигнала: (2 а), где ni – количество дискретных значений сигнала xi(t), попадающих в интервал ∆x: Xmin+(i-1)*∆x < xi(t) ≤ Xmin+i*∆x. Иначе говоря, это количество значений аналоговой величины, которые попадают в интервал, соответствующий данному цифровому отсчету.

Среднее и среднеквадратичное значение Среднее значение сигнала определяется формулой: (3) Соответствующее ей среднеквадратичное отклонение сигнала от среднего (с. к. о. ) для случайного сигнала вычисляется по формуле: (4) Иногда с. к. о путают с понятием дисперсия сигнала, хотя это близкие по смыслу, но разные понятия.