МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Статистическая радиофизика

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.03. Радиофизика
ПрофильКомпьютерная электроника и телекоммуникации
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_03_Радиофизика_КЭТ-2022
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 39
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 10
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 24 24 24 24
Практические 18 18 18 18
Сам. работа 39 39 39 39
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
д.ф.-м.н., профессор кафедры радиофизики и теоретической физики, Суторихин Игорь Анатольевич

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Рудер Давыд Давыдыч

Рабочая программа дисциплины
Статистическая радиофизика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования - бакалавриат по направлению подготовки 03.03.03 Радиофизика (приказ Минобрнауки России от 07.08.2020 г. № 912)

составлена на основании учебного плана:
03.03.03 Радиофизика
утвержденного учёным советом вуза от 27.04.2021 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 14.06.2022 г. № 9
Срок действия программы: 2022-2026 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2023-2024 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 14.06.2022 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Получение общих знаний о фундаментальных законах, физических процессах и явлениях, возникающих в статистической радиофизике.
Знакомство с основными понятиями, законами и моделями статистической радиофизики.
Знакомство с экспериментальными и теоретическими методами исследований радиофизических систем, подверженных случайным воздействиям.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-3 Владение специальным математическим аппаратом, используемым в сфере компьютерной электроники и телекоммуникаций;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Знает математический аппарат, используемый для описания процессов и явлений, в профессиональной деятельности.
3.2.Уметь:
3.2.1.Способен проводить теоретические расчеты с использованием специального ма-тематического аппара-та.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Владеет знаниями о границах приме-нимости профессио-нального математиче-ского аппарата.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Элементы теории случайных процессов.
1.1. Основы теории вероятностей. Эмпирическое и теоретическое определение вероятности. Совместные вероятности. Аксиомы теории вероятностей. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
1.2. 1.2. Биномиальное распределение. Система из N спинов. Вывод биномиальных коэффициентов. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 2. Шумы и флуктуации в радиотехнических системах.
2.1. Формула для момента k – го порядка биномиального распределения. Дисперсия. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
2.2. Задача о флуктуациях плотности газа. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
2.3. Задача о сложении колебаний. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
2.4. Броуновское движение. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
2.5. Дробовой эффект. Распределение Пуассона. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 3. Гауссовские процессы.
3.1. Предельная теорема Муавра – Лапласа. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
3.2. Нормальное распределение. Двумерное нормальное распределение. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 4. Импульсные случайные процессы.
4.1. Характеристическая функция. Связь характеристической функции и функции распределения. Моменты и кумулянты. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
4.2. Случайный телеграфный сигнал. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 5. Центральная предельная теорема
5.1. Центральная предельная теорема (общий случай). Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 6. Марковские, стационарные случайные процессы.
6.1. Случайные функции. Лекции 7 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1
6.2. Марковские процессы. Вероятность перехода. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
6.3. Стационарные процессы. Моменты. Коэффициент корреляции. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
6.4. Условия стационарности синусоидальных случайных процессов в широком смысле. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 7. Вероятностная сходимость
7.1. Вероятностная сходимость. Лекции 7 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1
7.2. Теорема Чебышева. Теоремы Пуассона и Бернулли. Закон больших чисел. Обоснование правила среднего арифметического при измерениях. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 8. Эргодичность случайного процесса
8.1. Эргодичность случайного процесса. Условия эргодичности. Условие Слуцкого. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 9. Уравнение Смолуховского. Одномерное уравнение Эйнштейна – Фоккера.
9.1. Уравнение Смолуховского. Одномерное уравнение Эйнштейна – Фоккера. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
9.2. Флуктуации в томсоновском генераторе. Двумерное уравнение Эйнштейна – Фоккера. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 10. Спектрально-корреляционный анализ случайных процессов и их преобразований.Элементы теории оптимальной обработки сигналов.
10.1. Элементы теории оптимальной обработки сигналов. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.2. Теорема Винера-Хинчина. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.3. Односторонний спектр мощности. Физический смысл спектра мощности. Односторонний спектр мощности. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.4. Функция корреляции производной случайного процесса Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.5. Спектральная плотность мощности производной. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.6. Корреляционная связь между случайным процессом и его производной. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
10.7. Задача о выбросах случайных процессов. Квазичастота. Сам. работа 7 3 ПК-3 Л1.1, Л2.1
Раздел 11. Узкополосные случайные процессы
11.1. Узкополосные процессы. Синфазная и квадратурная амплитуда. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.2. Узкополосные процессы. Синфазная и квадратурная амплитуда. Связь между спектрами сигнала и его комплексной огибающей. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.3. Аналитический сигнал. Преобразование Гильберта. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.4. Преобразование Гильберта для узкополосного сигнала. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.5. Узкополосные случайные процессы. Функция корреляции узкополосного случайного процесса. Огибающая и начальная фаза. Сам. работа 7 4 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.6. Статистические свойства сопряженного процесса. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.7. Корреляционные свойства синфазной и квадратурной амплитуд. Сам. работа 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.8. Совместная плотность вероятности огибающей и начальной фазы. Практические 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1
11.9. Огибающая суммы гармонического сигнала и узкополосного нормального шума. Закон Райса. Лекции 7 2 ПК-3 Л1.1, Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

1. Охарактеризовать роль случайных факторов в радиоустройствах. Дать
определение случайного процесса. Какие виды случайных процессов можно
выделить?
2. Дать определение многомерной плотности вероятности случайного
процесса и перечислить ее основные свойства. Дать определение функции
распределения и характеристической функции. Когда случайный процесс
считается полностью заданным?
3. Что называется моментными функциями случайного процесса?
Рассмотреть основные начальные и центральные моментные функции.
4. Перечислить основные свойства корреляционной функции случайного
процесса. Какие случайные процессы называются процессами с
перемешиванием? Дать определение времени корреляции.
5. Дать определение стационарности случайного процесса в узком (строгом)
и широком смысле.
6. Рассмотреть основные статистические характеристики совокупности
случайных процессов
7. Что такое нормальный случайный процесс и каковы его свойства?
8. Рассмотреть основные типы вероятностной сходимости случайной
последовательности. Дать определения непрерывности,
дифференцируемости и интегрируемости случайного процесса в каком-либо
вероятностном смысле. Сформулировать необходимые и достаточные
условия непрерывности, дифференцируемости и интегрируемости в
среднеквадратическом смысле для случайного процесса с ограниченным
средним квадратом.
9. Что означает усреднение по времени? Дать определение эргодичности
случайного процесса относительно отдельных моментных функций,
эргодичности первого, второго, и т.д.порядков. Каков смысл строгой
эргодичности случайного процесса?
10. Что понимается под спектральным представлением случайного процесса
в общем случае? Дать определение спектральной плотности энергии для
случайного процесса с конечной энергией и спектральной плотности
мощности для стационарного случайного процесса. Сформулировать
теорему Винера – Хинчина. Перечислить основные свойства спектральной
плотности мощности вещественного стационарного случайного процесса.
11 Дать определение эффективной ширины спектра стационарного
случайного процесса и ширины спектра на уровне половинной мощности.
Как связаны ширина спектра и время корреляции стационарного случайного
процесса?
12. Что называется белым шумом? Какие случайные процессы называются
узкополосными? Дать определение огибающей и фазы и квадратурных
составляющих стационарного случайного процесса. В чем состоит удобство
применения этих характеристик в случае узкополосного процесса?
13. Найти моментные функции и плотность вероятности случайного
процесса на выходе безынерционного (функционального) преобразователя с
заданными параметрами, если известна плотность вероятности входного
случайного процесса и характеристика преобразователя.
15. Найти совместную плотность вероятности совокупности N случайных
процессов на выходе функционального преобразователя, на вход которого
поступают N случайных процессов, совместная плотность вероятности
которых известна.
16. Найти плотность вероятности случайного процесса на выходе
функционального преобразователя, преобразующего N входных случайных
процессов, совместная плотность вероятности которых известна, в один
выходной процесс.
17. Рассмотреть преобразование основных моментных функций и
спектральной
плотности мощности случайного процесса линейной инерционной системой
с
заданными параметрами.
18. Рассмотреть преобразование основных моментных функций и
спектральной плотности мощности при дифференцировании случайного
процесса.
19. Охарактеризовать задачу отыскания плотности вероятности случайного
процесса на выходе линейной инерционной системы. Рассмотреть эффект
нормализации процесса на выходе фильтра.
20. Охарактеризовать задачи линейной фильтрации шума. Рассмотреть
задачу
обнаружения регулярного сигнала на фоне шума. Найти коэффициент
передачи
фильтра, оптимального по критерию максимума пикового отношения
«сигнал/шум» на выходе. Какой фильтр называется согласованным? Что
собой представляет импульсная характеристика согласованного фильтра
Понятие"Дробового" шума;
Вид ковариационной матрицы;
Виды модуляции радиосигнала;
Суть оптимального приемарадиосигнала;
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Броуновское движение.
Дробовой эффект.
Теорема Винера-Хинчина. Односторонний спектр мощности. Физический смысл спектра мощности.
Задача о выбросах случайных процессов.
Узкополосные процессы. Синфазная и квадратурная амплитуда.
Комплексная огибающая. Физическая огибающая. Мгновенная частота. Связь между спектрами сигнала и его комплексной огибающей. Аналитический сигнал.
Узкополосные случайные процессы. Функция корреляции узкополосного случайного процесса. Огибающая и начальная фаза. Статистические свойства сопряженного процесса. Корреляционные свойства синфазной и квадратурной амплитуд.
Огибающая суммы гармонического сигнала и узкополосного нормального шума. Закон Райса.

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. приложение

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 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
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Чумаков, А.С. Статистическая радиотехника и радиофизика: Учебно-методическое пособие Москва : ТУСУР, 2012 // ЭБС "Лань" e.lanbook.com
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Сайт издательства «Лань» (http://e.lanbook.com/)
Э2 http://www.rf.unn.ru/rus/edu/exam/exam_magistr_Radiophysics_2015.pdf
Э3 http://mexalib.com/view/31567
Э4 http://www.kodges.ru/nauka/vuz/uchebniki1/268344-statisticheskaya-radiofizika.html
Э5 http://www.vipbook.su/nauka-i-ucheba/phizika/65703-vvedenie-v-statisticheskuyu-radiofiziku-chast-1-sluchajnye-processy.html
Э6 Курс на Едином образовательном портале portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
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)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Для допуска к экзамену по статистической радиофизике нужно получить
положительные оценки по двум письменным (самостоятельным) работам.
Экзаменационный билет включает двавопроса.
Для получения оценки "отлично" необходимо дать полные ответы накаждый
из вопросов билета.
Для получения оценки "хорошо" необходимо ответить на оба вопроса билета.
В одном из ответов может быть неточность или небольшая ошибка, исправленная
при дополнительных вопросах.
Для получения оценки "удовлетворительно" не обходимо дать полный ответ на
один из вопросов билета.