| Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
|---|---|
| Направление подготовки | 03.06.01. Физика и астрономия |
| Направленность | Приборы и методы экспериментальной физики |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
| Учебный план | 03_06_01_Приб_-34-2020 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 19 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 36 | 36 | 36 | 36 |
| Сам. работа | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики
Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор А.А. Лагутин
| 1.1. | Подготовка аспиранта к осуществлению научно-исследовательской деятельности, связанной с обработкой и анализом измерительной информации, работой с пакетами прикладных программ, а также с работой в междисциплинарных областях научных исследований. Подготовка ученого исследователя, способного представлять, обосновывать и отстаивать результаты собственных исследований и выводов, осознавать ответственность за принятие профессиональных решений. Формирование социально-личностных качеств научного сотрудника: целеустремленности, организованности, трудолюбия, ответственности, гражданственности, коммуникабельности, толерантности, повышения общей культуры. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.03 |
| УК-1 | способностью к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях |
| ОПК-1 | способностью самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием современных методов исследования и информационно-коммуникационных технологий |
| ПК-1 | Способность демонстрировать системное понимание в профессиональной области и получать научные результаты, удовлетворяющие установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по направленности Приборы и методы экспериментальной физики |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Основные методы обработки и анализа измерительной информации. Математические модели явлений и процессов, протекающих в преобразователях физических величин,используемых в конкретной профессиональной области. Современный уровень развития информационно-измерительных технологий и направления их развития. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Применять современные пакеты прикладных программ для обработки и анализа измерительной информации. Выбирать и применять наиболее подходящие алгоритмы обработки результатов измерительных экспериментов в своей профессиональной области. Выбирать программные и аппаратные компоненты измерительных систем, предназначенных для автоматизации научных исследований в своей профессиональной области. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Построения программно-аппаратных комплексов для сбора, обработки и представления измерительной информации. Программирования систем обработки и анализа результатов измерительных экспериментов. Принятия нестандартных решений при подготовке и проведении измерительного эксперимента. |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Статистическая обработка результатов измерений | ||||||
| 1.1. | Цифровые измерительные приборы и системы сбора данных. Аналого-цифровое преобразование измерительных сигналов. Теорема Котельникова. Идеальная дискретизация и восстановление сигналов. Реальная дискретизация и восстановление. Связь временного и спектрального представлений измерительных сигналов при идеальной и реальной дискретизации и восстановлении. Погрешность квантования. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л3.1, Л2.7 |
| 1.2. | Цифровые измерительные приборы и системы сбора данных. Аналого-цифровое преобразование измерительных сигналов. Теорема Котельникова. Идеальная дискретизация и восстановление сигналов. Реальная дискретизация и восстановление. Связь временного и спектрального представлений измерительных сигналов при идеальной и реальной дискретизации и восстановлении. Погрешность квантования. | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л3.1, Л2.7 |
| 1.3. | Основные понятия выборочной теории. точечные оценки. Состоятельные, несмещённые и эффективные оценки. Понятие достаточных стстистик. Методы получения точечных оценок. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.4. | Основные понятия выборочной теории. точечные оценки. Состоятельные, несмещённые и эффективные оценки. Понятие достаточных стстистик. Методы получения точечных оценок. Решение типовых примеров. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.5. | Интервальные оценки и доверительные интервалы. Построение интервальных оценок. Метод доверительных множеств. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.6. | Интервальные оценки и доверительные интервалы. Построение интервальных оценок. Метод доверительных множеств. Решение типовых примеров. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.7. | Проверка гипотез. Параметрические модели. Проверка двух простых гипотез. Критерий Неймана-Пирсона. Определение объёма выборки. Сложные параметрические гипотезы. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.2, Л2.6 |
| 1.8. | Проверка гипотез. Параметрические модели. Проверка двух простых гипотез. Критерий Неймана-Пирсона. Определение объёма выборки. Сложные параметрические гипотезы. Решение типовых примеров. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.9. | Основы корреляционного анализа. Анализ парных связей. Анализ коэффициента корреляции. Анализ корреляционного отношения. Анализ множественных связей. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.10. | Основы корреляционного анализа. Анализ парных связей. Анализ коэффициента корреляции. Анализ корреляционного отношения. Анализ множественных связей. Решение типовых примеров. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.2 |
| 1.11. | Основы регрессионного анализа. Метод наименьших квадратов. Статистический анализ регрессионной модели. Выбор допустимой модели регрессии. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1 | Л2.2, Л1.2 |
| 1.12. | Основы регрессионного анализа. Метод наименьших квадратов. Статистический анализ регрессионной модели. Выбор допустимой модели регрессии. Решение типовых задач. | Сам. работа | 5 | 3 | ОПК-1, ПК-1 | Л2.2, Л1.2 |
| 1.13. | Основы дисперсионного анализа. Однофакторный дисперсионный анализ. Понятие линейных контрастов. Двухфакторный дисперсионный анализ. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1, УК-1 | Л1.2 |
| 1.14. | Основы дисперсионного анализа. Однофакторный дисперсионный анализ. Понятие линейных контрастов. Двухфакторный дисперсионный анализ. Решение типовых задач. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1, УК-1 | Л1.2 |
| Раздел 2. Фильтрация данных и измерительных сисгналов | ||||||
| 2.1. | Типы фильтров. КИХ и БИХ-фильтры. Реализация фильтров с помощью дискретной свёртки или с помощью разностного уравнения. Синтез КИХ-фильтров оконным методом. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л1.1, Л2.7 |
| 2.2. | Типы фильтров. КИХ и БИХ-фильтры. Реализация фильтров с помощью дискретной свёртки или с помощью разностного уравнения. Синтез КИХ-фильтров оконным методом. | Сам. работа | 5 | 3 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л1.1, Л2.7 |
| 2.3. | Виды окон и ихспектральные характеристики. Фильтры Савицкого-Голея. Нелинейные фильтры. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.1, Л2.1 |
| 2.4. | Виды окон и ихспектральные характеристики. Фильтры Савицкого-Голея. Нелинейные фильтры. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.1 |
| Раздел 3. Спектральный анализ сигналов | ||||||
| 3.1. | Спектральный анализ измерительных сигналов: Дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье (FFT). Амплитудный и фазовый спектр, спектр мощности. Погрешность измерения параметров спектра. | Лекции | 5 | 4 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л1.1, Л2.1 |
| 3.2. | Спектральный анализ измерительных сигналов: Дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье (FFT). Амплитудный и фазовый спектр, спектр мощности. Погрешность измерения параметров спектра. | Сам. работа | 5 | 4 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л1.1, Л2.5, Л2.1 |
| 3.3. | Спектрально-временной анализ сигналов. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.1, Л2.5, Л2.1 |
| 3.4. | Спектрально-временной анализ сигналов. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.1, Л2.5, Л2.1 |
| 3.5. | Вейвлет-анализ сигналов | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.3, Л2.1 |
| 3.6. | Вейвлет-анализ сигналов | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л1.3 |
| Раздел 4. Цифровая обработка изображений | ||||||
| 4.1. | Области применения цифровой обработки изображений. Основные стадии цифровой обработки изображений. Дискретизация и квантование изображений. Некоторые фундаментальные отношения между пикселями. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л2.3, Л1.4, Л2.4 |
| 4.2. | Области применения цифровой обработки изображений. Основные стадии цифровой обработки изображений. Дискретизация и квантование изображений. Некоторые фундаментальные отношения между пикселями. | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л2.3, Л1.4 |
| 4.3. | Пространственные методы улучшения изображения. Основы пространственной фильтрации. Сглаживающие пространственные фильтры. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л2.3, Л2.4 |
| 4.4. | Пространственные методы улучшения изображения. Основы пространственной фильтрации. Сглаживающие пространственные фильтры. | Сам. работа | 5 | 2 | ПК-1 | Л2.3 |
| 4.5. | Пространственные фильтры повышения резкости. Комбинированные методы пространственного улучшения. | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л2.3 |
| 4.6. | Пространственные фильтры повышения резкости. Комбинированные методы пространственного улучшения. | Сам. работа | 5 | 2 | ПК-1 | Л2.3 |
| 4.7. | Частотные методы улучшения качества изображения. Двумерное преобразование Фурье. Фильтрация в частотной области. Сглаживающие частотные фильтры. Частотные фильтры повышения резкости. | Лекции | 5 | 4 | ПК-1 | Л2.3 |
| 4.8. | Частотные методы улучшения качества изображения. Двумерное преобразование Фурье. Фильтрация в частотной области. Сглаживающие частотные фильтры. Частотные фильтры повышения резкости. | Сам. работа | 5 | 3 | ПК-1 | Л2.3 |
| 4.9. | Контроль знаний и компетенций | Экзамен | 5 | 27 | ОПК-1, ПК-1, УК-1 | Л2.7, Л2.3 |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Перечислите элементы цифровых измерительных приборов и систем сбора данных. 2. Объясните закономерности аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов. Как выбирается частота дискретизации и число разрядов АЦП? Чему равна погрешность квантования? 3. Покажите отличия реальной дискретизации от идеальной в частотной и временной области. 4. Сформулируйте основные понятия выборочной теории. Как рассчитываются точечные оценки? Как обеспечивается их состоятельность, несмещённость и эффективность? 5. Как рассчитываются интервальные оценки? Что такое метод доверительных множеств? 6. Как выполняется статистическая проверка гипотез? Сформулируйте критерий Неймана-Пирсона. 7. Как производится корреляционный анализ? Как рассчитывается коэффициент корреляции и корреляционное отношение? 8. Как производится регрессионный анализ? 9. Как рассчитываются коэффициенты аппроксимирующей функции по методу наименьших квадратов? 10. Как выбирается допустимая модель регрессии? 11. Как производится дисперсионный анализ? Опишите двухфакторный дисперсионный анализ 12. Как осуществляется фильтрация данных и измерительных сигналов? 13. Перечислите виды КИХ и БИХ-фильтров. 14. Расскажите о реализации фильтров с помощью дискретной свёртки или с помощью разностного уравнения. 15. Какова методика синтеза КИХ-фильтров оконным методом? Покажите виды окон и их спектральные характеристики. 16. Что такое фильтры Савицкого-Голея. Приведите примеры нелинейных фильтров 17. Как выполняется спектральный анализ измерительных сигналов? 18. Как реализуется дискретное преобразование Фурье и быстрое преобразование Фурье (FFT)? 19. Как рассчитываются амплитудный и фазовый спектр, а также спектр мощности? 20. Как осуществляется вейвлет-анализ измерительных сигналов? 21. Как осуществляется cпектрально-временной анализ измерительных сигналов? 22. Назовите области применения цифровой обработки изображений и перечислите основные стадии обработки. 23. В чём специфика дискретизации и квантования изображений? 24. Назовите некоторые фундаментальные отношения между пикселями. 25. Перечислите пространственные методы улучшения изображения. 26. Объясните принцип действия сглаживающих пространственных фильтров. 27. Как работают пространственные фильтры повышения резкости? 28. Поясните принцип действия комбинированных методов пространственного улучшения. 29. Расскажите о частотных методах улучшения качества изображения. 30. Как выполняются двумерное преобразование Фурье и фильтрация в частотной области? 31. Как работают сглаживающие частотные фильтры и частотные фильтры повышения резкости? |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| См. в приложении |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | В.П. Федосов, А.К. Нестеренко | Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учебное пособие | М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | К.В. Балдин, В.Н. Башлыков, А.В. Рукосуев | Теория вероятностей и математическая статистика : учебник | М.: Дашков и Ко // ЭБС «Университетская библиотека on-line», 2016 | http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=453249 |
| Л1.3 | Смоленцев, Н.К. | Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB: учеб. пособие | Москва : ДМК Пресс (ЭБС Лань), 2008 | https://e.lanbook.com/book/1176. |
| Л1.4 | Дворкович В. П. , Дворкович А. В. | Метрологическое обеспечение видеоинформационных систем: | М. : Техносфера // ЭБС "Университетская библиотека онлайн", 2015 | biblioclub.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Стивен Смит; пер. с англ. А.Ю. Литвиновича, С.В. Витязева, И.С. Гусинского | Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженеров и научных работников [Электронный ресурс]: | М.: ДМК Пресс, 2011 | www.studentlibrary.ru |
| Л2.2 | Воскобойников Ю.Е. | Регрессионный анализ данных в пакете MATHCAD + CD : Учебное пособие | "Лань" / ЭБС "Лань" , 2011 г. | e.lanbook.com |
| Л2.3 | Ю.В. Визильтер [и др.] | Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW: | Москва : ДМК Пресс (ЭБС Лань), 2009 | e.lanbook.com |
| Л2.4 | Р. Гонсалес, Р. Вудс ; пер. П.А. Чочиа, Л.И. Рубанова | Цифровая обработка изображений : практические советы [Электронный ресурс]: научная литература | Москва : Техносфера, 2012 | biblioclub.ru |
| Л2.5 | Крук Б.И., Журавлева О.Б. | Основы спектрального анализа: учебное пособие | Горячая линия - Телеком, 2013 | www.studentlibrary.ru |
| Л2.6 | С.А. Ахманов, Ю.Е. Дьяков, А.С. Чиркин | Статистическая радиофизика и оптика: Учебное пособие | Москва : Физматлит // ЭБС "Лань", 2010 | https://e.lanbook.com/book/48263 |
| Л2.7 | Суранов А.Я. | LabVIEW 8.20: Справочник по функциям: Справочник | М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 | e.lanbook.com |
| 6.1.3. Дополнительные источники | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л3.1 | А.Я. Суранов | Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование: Методические указания к выполнению лабораторной работы | Изд-во АлтГУ, 2000 | |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | Курс " Современные методы обработки сигналов " на Образовательном портале [Электронный ресурс] | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
| 304К | лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника". |
| Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
| При изучении тем курса следует самостоятельно повторить рассмотренные вопросы, пользуясь рекомендованной литературой, и ответить на контрольные вопросы. Возможен вариант опережающего знакомства с материалом лекции с тем, чтобы на лекции получить ответ на возможные вопросы. Целесообразно постараться "привязать" рассматриваемые вопросы к теме своей диссертационной работы. Также желательно проверить все рассматриваемые математические вопросы с помощью моделирования или использования реального оборудования. Рекомендуемой средой программирования для этого является среда графического программирования LabVIEW. |