6
этим разделом и заняться остальными. После перерыва трудная проблема будет рассмотрена с других позиций, и решить ее окажется намного легче.
3. Изучение задания и общее описание системы
Работу над проектом следует начинать с тщательного изучения задания и уяснения цели и назначения проектируемой системы. Если цель и назначение системы сформулированы в задании недостаточно ясно и понятно, нужно попытаться сделать это самому либо обратиться к руководителю за разъяснениями. Цель функционирования системы должна быть сформулирована в письменном виде, что позволит избежать недоговоренностей, неопределенности и т.п.
Каждое слово в задании имеет определенный смысл и несет информацию, которая должна быть понята студентом.
При изучении задания на проектирование следует, прежде всего, сравнить его содержание с формой, приведенной в приложении 1 к настоящим методическим указаниям. Если отдельные пункты задания отсутствуют или написаны неполно и неконкретно, необходимо обратиться к руководителю с просьбой внести необходимые уточнения или дополнения. Особенно это относится к пункту 3 «Краткое описание проектируемой системы». Нужно быть настойчивым и добиться подробного и ясного изложения во всех пунктах задания. Подпись студента в конце задания означает, что ему понятно содержание всех пунктов.
Особое внимание при изучении задания следует обратить на пункт 4 «Основные тактические характеристики (показатели назначения)». Сложность и трудоемкость проектирования зависят, в основном, от этих показателей. Именно эти показатели должны быть рассчитаны в разделе отчета «Анализ качественных показателей системы».
Следует также обратить внимание на возможно более полное заполнение пункта 7 «Рекомендуемая литература». Руководитель гораздо лучше студента ориентируется в опубликованных работах по теме проекта, и это его знание должно быть использовано как можно полнее.
Общее описание системы составляется студентом на основании пункта 3 задания, расширяет этот пункт задания и входит составной частью во введение пояснительной записки. В процессе этого описания должны быть перечислены и пояснены основные признаки системы: целенаправленность, выполняемые функции, сложность, степень автоматизации, наличие помех и мешающих факторов и др.
При обосновании целенаправленности следует сформулировать цель, достижению которой служат все части системы. При описании выполняемых функций необходимо перечислить все входные воздействия на систему и те преобразования, которым они подвергаются для получения необходимого выходного эффекта. Следует указать, какие входные воздействия являются случайными и почему. При обсуждении сложности системы нужно уяснить и
7
описать взаимозависимость параметров (характеристик) системы, их противоречивость и необходимость выбора компромисса между улучшением отдельных параметров. При определении степени автоматизации должны быть указаны функции системы, выполняемые автоматически, без участия оператора, и действия (решения), выполняемые оператором. Если система должна работать в условиях организованного или случайного противодействия, то должны быть описаны принципы и особенности этого противодействия.
4. Постановка задачи
Постановка задачи является частью так называемого внешнего проектирования системы и включает в себя:
•Описание окружения системы
•Определение области допустимых технических решений, а также принятых предположений и допущений, ограничивающих выбор студента при проектировании системы и ее составных частей
•Разработку критерия эффективности для оценки предлагаемых технических решений.
При описании окружения следует перечислить и количественно
охарактеризовать все входные воздействия на систему, в том числе полезные сигналы, помехи, шумы и другие мешающие факторы, характеристики входящих в систему, но не подлежащих проектированию подсистем (линий связи, ЭВМ, систем навигации или позиционирования, систем гиростабилизации и др.), условия применения системы (место расположения, вибрации, радиация, температурные условия и пр.), если эти условия существенны для работы системы.
При определении области допустимых решений перечисляются и обосновываются те допущения, предположения и технические ограничения, которые принимаются без доказательства и либо заданы в задании, либо приняты с согласия руководителя для упрощения задачи и сокращения времени проектирования. Область допустимых решений может быть ограничена и в случае, когда требуется учесть наличие определенных комплектующих, если предполагается изготовление (макетирование) проектируемой системы.
Критерий эффективности разрабатывается и формулируется для оценки принимаемых при проектировании технических решений, сравнении между собой различных вариантов. При разработке критерия эффективности, прежде всего, перечисляются показатели назначения, указанные в задании, а также другие качественные показатели, определяющие, по мнению студента, эффективность системы. Каждый из перечисленных таким образом частных критериев эффективности должен быть количественным, иметь, по возможности, малую дисперсию (то есть быть усредненной величиной или
8
рассчитываться для конкретных условий), должен быть прост, иметь физический смысл, желательно, чтобы он имел теоретический предел.
После формулировки частных критериев должен быть определен один показатель, по которому и будут сравниваться между собой различные варианты построения системы. Этот показатель может быть выбран из числа частных критериев, при этом для всех остальных качественных показателей должны быть указаны крайние допустимые (фиксированные) значения. Возможно также введение целевой функции (функции потерь), функционально связывающей все частные критерии в один показатель.
5. Анализ литературы и поиск аналогов
Обзор и анализ литературных источников производится с целью поиска аналогов (прототипов) проектируемой системы и получения сведений, необходимых для проектирования.
Для обзора и анализа литературы используются:
•Учебники и учебные пособия, в том числе рекомендованные в программах по дисциплинам, изученным студентами.
•Монографии, рекомендованные руководителем или найденные по систематическим каталогам библиотек.
•Статьи в научно-технических и научно-популярных журналах, сборниках и других изданиях, найденные по систематическим каталогам журнальных статей или по реферативным журналам, а также через Internet.
•Патенты и авторские свидетельства, найденные по библиографическим указателям патентной литературы и через Internet.
•Научно-технические отчеты и отчеты о научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, рекомендованные руководителем или найденные по библиографическим указателям.
Рекомендуются следующие библиографические издания.
•Реферативный журнал (СССР, Россия).
•Science Abstracts (реферативный журнал США). Series B (Electrical and Electronic Abstracts): 5210-Electromagnetic, Wave Propagation; 6310-Radar Theory; 6320-Radar Systems and Equipment; 6330-Radionavigation and Direction Finding; 7950-Radar and Tracking Systems и др.
•Government Reports Announcement and Index (GRAT – библиографический указатель отчетов о выполненных исследовательских работ во всех странах, издание США). Разделы: 2. Physic; 2.1 – Radiofrequency Waves; 3. Communication; 3.1 – Radio and Television Equipment и др.
•Реферативные базы данных по изобретениям (бесплатный доступ через
Internet): http://www.fips.ru
Студенты, являющиеся членами IEEE <http:/www.ieee.org>, получают
дополнительный доступ через Internet к большому количеству англоязычных материалов (журнальных статей, докладов на конференциях и пр.) по
9
направлению, соответствующему тому конкретному обществу IEEE, членом которого является студент (см. страницу Томской студенческой группы IEEE
в Internet: http://me.tusur.ru/~tieee/)
Как правило, первоисточники, найденные по библиографическим изданиям, оказываются недоступными. Однако в большинстве случаев указатели являются аннотированными, и имеющиеся в них аннотации можно непосредственно использовать при работе над проектом.
Выписки из литературных источников следует делать в рабочей тетради на отдельных листах. В начале каждой выписки необходимо указывать библиографические данные об источнике по форме приложения 3 к настоящим методическим указаниям.
Для найденных аналогов (прототипов) проектируемой системы нужно зарисовывать функциональные, а в необходимых случаях и принципиальные схемы, записывать основные тактико-технические показатели, ограничения, достоинства и недостатки. Тут же рекомендуется отдельно записывать собственную оценку и соображения по поводу рассматриваемой схемы или другого материала.
После сбора материала необходимо его систематизировать, дать общую оценку и сделать выводы, особо отметив достоинства и недостатки найденных аналогов с точки зрения задания на проектирование системы.
6. Метод
Подробная разработка метода работы системы, позволяющего реализовать поставленную при проектировании цель и получить необходимые тактические характеристики, является важнейшим этапом проектирования. Метод должен быть выбран из нескольких вариантов, сравниваемых по используемому критерию эффективности системы. Необходимо описать все сравниваемые методы и обосновать свой выбор. Основная часть вопросов, задаваемых студенту при защите проекта, относится как раз к обоснованности выбора метода работы системы.
Выбранный метод следует описать качественно и количественно. Качественное описание метода представляет собой последовательное изложение существа преобразований и обработки сигналов в системе. При этом описываются как безусловные, так и условные (логические) преобразования сигналов. Указывается, что происходит с каждым входным воздействием на систему, и какой оно вызывает выходной эффект.
Количественное описание метода представляет собой математическую модель алгоритма преобразования и обработки входных воздействий. Математические модели бывают жесткие и вероятностные, аналитические и численные. Жесткие модели однозначно связывают параметры входных и выходных сигналов, вероятностные модели связывают их законы распределения или статистические характеристики. Аналитические модели записываются в виде аналитических формул для алгоритмов преобразования
10
сигналов, численные модели описывают эти алгоритмы в форме блок-схемы компьютерной программы с учетом логических операций.
Прежде чем разрабатывать модель, нужно перечислить и обозначить все учитываемые входные и выходные воздействия системы, указать их размерности и ожидаемый диапазон возможных значений. После разработки модели следует проверить, все ли воздействия она учитывает, соответствуют ли размерности входных и выходных величин полученным преобразованиям. Очень полезной является проверка модели путем рассмотрения крайних (вырожденных) случаев изменения входных воздействий, например, случая отсутствия полезного сигнала или, наоборот, отсутствия помех, полностью некоррелированных или полностью коррелированных сигналов или шумов в каналах многоканальных систем и так далее.
Детальная разработка математической модели весьма облегчает дальнейшее проектирование, поскольку функциональная схема системы прямо определяется этой моделью. Кроме того, математическая модель необходима для анализа системы, то есть для определения ее тактических характеристик (показателей назначения) и сравнения их с указанными в задании.
7. Моделирование или эксперимент
Для получения недостающих для проектирования данных может проводиться численный или физический эксперимент в лабораторных или натурных условиях. Необходимость проведения эксперимента должна быть согласована с руководителем проекта и отражена в задании.
При планировании эксперимента, прежде всего, необходимо уяснить его цель, то есть обозначить те данные, которые должны быть получены с его помощью. При проектировании систем это обычно либо неизвестные условия работы системы, либо тот эффект, который вызывают заданные входные воздействия на систему, но которые в то же время не могут быть определены аналитическим путем. Примерами неизвестных условий работы системы могут быть законы распределения и/или статистические характеристики сигналов и помех в тех или иных точках функциональной схемы, ЭПР или поляризационные характеристики отраженных сигналов в радиолокации, параметры типовых изображений при их передаче по каналам связи, характеристики потока входных сигналов в системах с большой нагрузкой (телефонные сети и пр.), неизвестные технические параметры применяемых структурных элементов (микросхем, типовых узлов, блоков) и так далее. Примерами не поддающегося расчету эффекта, вызываемого входными воздействиями, могут быть, например, распределение разности фаз или других параметров случайных сигналов после сложных нелинейных или логических преобразований, степень возможного сжатия файлов изображений различного вида в компьютерных системах, взаимное влияние рядом расположенных антенн и т.п.