Занятие 13-КТ в НИ -2015

Компьютерные технологии в
научных исследованиях
Дисциплина для магистерской подготовки по
направлениям 11.04.01 «Радиотехника», 11.04.03
Конструирование и технология электронных средств»,
11.04.04 «Электроника и наноэлектроника»
Автор: Исаев Владимир Александрович,
к.т.н., профессор
Великий Новгород, 2015
Занятие 13
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СИГНАЛОВ И ПОМЕХ ЛИНЕЙНЫМИ
И НЕЛИНЕЙНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ
Программный комплекс STATISTICA
в научных исследованиях
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СИГНАЛОВ И ПОМЕХ ЛИНЕЙНЫМИ
И НЕЛИНЕЙНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ
Монаков А.А. Основы математического
моделирования радиотехнических систем. Учебное
пособие. – СПб.: ГУАП, 2005. – 100с.
(глава 2)
Информационные ресурсы по
дисциплине
• Монаков А.А.
Основы
математического
моделирования
радиотехнических
систем. Учебное
пособие. – СПб.:
ГУАП, 2005. – 100с.
Содержание
учебного пособия «Монаков А.А. Основы математического
моделирования радиотехнических систем»
1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ
И ПОМЕХ
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СИГНАЛОВ И ПОМЕХ ЛИНЕЙНЫМИ И НЕЛИНЕЙНЫМИ
ЗВЕНЬЯМИ
3.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ
4. ПРИМЕРЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ
Моделирование линейных звеньев
• Метод инвариантности импульсной
характеристики;
• Метод билинейного преобразования;
• Метод замены дифференциалов;
• Расчет КИХ фильтров
Моделирование линейных звеньев
Любое преобразующее радиосигнал устройство
может быть представлено в виде совокупности
линейных и нелинейных звеньев.
Формально различие между этими двумя
категориями заключается в типе дифференциальных
уравнений, описывающих связь входных и выходных
сигналов: для первой категории эти уравнения
линейные, а для второй – нелинейные.
Неформально различие между ними проявляется
при анализе реакции системы на входное
воздействие, которое может быть представлено в
виде суммы (суперпозиции) сигналов ……
Лебедев А.Н., Недосекин Д.Д., Стеклова Г. А, Чернявский Е. А
Методы цифрового моделирования и идентификации
стационарных случайных процессов в информационноизмерительных системах
Приложение 1
Программный комплекс STATISTICA
в научных исследованиях
Цель сбора данных – не в нахождении их численных
значений, а в создании базы для принятия решений.
STATISTICA на сайте exponenta.ru
Общие сведения о пакете Statistica
• Универсальная интегрированная система, предназначенная для
статистического анализа, визуализации данных и разработки
пользовательских приложений Statistica – это современный
пакет, в котором реализованы все новейшие компьютерные и
математические методы статистического анализа данных.
• Программа Statistica – это надѐжный помощник и консультант.
Она снабжена подсказками, какие методы анализа существуют
и какие из них лучше всего подходят для тех или иных задач.
Электронный учебник по статистике сильно облегчает
процесс освоения программы.
• Система Statistica избавляет пользователя от рутинных
вычислений, наглядно отображает результаты анализа,
помогает оптимально спланировать будущие эксперименты и
создаѐт высококачественные отчѐты, оставляя специалисту
удовольствие интерпретации результатов и формулировки
выводов.
Загрузка программного пакета
STATISTICA
• Для загрузки программного
пакета STATISTICA
необходимо войти в среду
Windows и вызвать группу
программ STATISTICA.
• Для этого надо навести
курсор на кнопку <Пуск> и
щёлкнуть левой кнопкой
мыши.
• Затем выбрать в меню
Программы группу
программ STATISTICA, а в
группе программ
STATISTICA выбрать меню
STATISTICA.
Главное меню пакета Statistica
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Панель состоит из
следующих опций:
фaйл (file);
редактирование (edit);
просмотр (view);
вставка (insert);
формат (format);
статистика (statistics);
графики (graphs);
инструменты (tools);
данные (data);
окно (window);
справка (help).
•
•
Подробное описание этих
функций можно найти
в Электронном руководстве (для
его вызова нужно нажать клавишу
f1, дважды щелкнуть на строке
состояния в нижней части окна
приложения
системы STATISTICA или нажать
кнопку Справка панели
инструментов).
Электронное
руководство содержит
гиперссылки, словарь терминов и
предоставляет полное описание
всех функций системы.
Открытие главного меню пакета Statistica
Создание новой электронной таблицы
• При загрузке программного
пакета на экране
автоматически открывается
таблица, соответствующая
последнему файлу данных, с
которым работал
пользователь.
• Чтобы ввести новые данные
с экрана, необходимо
открыть новую таблицу,
попав в меню Файл (File)
одним и выбрав строку New
или New Data (Новый или
Новые данные)
Размерность электронной таблицы
• Стандартный вид исходной
таблицы содержит 10 строк
(10 cases) и 10 столбцов (10
variables).
• Поскольку исходная
информация чаще всего
представлена матрицей
произвольного размера, то
возникает необходимость
корректировать размерность
таблицы.
Корректировка строк и столбцов
электронной таблицы
•
•
Провести корректировку столбцов
и строк можно следующими
способами:
Открыть меню Правка (Edit) в
главном меню. При этом
откроется меню возможных
операций (в частности, удаления,
перемещения и т. д.) со строками
(случаями, регистрами) или
столбцами (переменными);
Щёлкнуть правой кнопкой мыши
по именам переменных и в
открывшемся меню указать
необходимые действия с
переменными: добавить, удалить,
переместить, копировать
Изменение формата переменных
Столбцы электронной таблицы
имеют стандартные названия:
Var1, Var2, Var3 и т. д.
По желанию пользователя
стандартные названия
столбцов могут быть
заменены на другие варианты
названий.
Для этого необходимо
установить курсор мыши на
названии столбца и два раза
щёлкнуть левой кнопкой мыши.
В результате откроется окно,
где пользователь может
изменить имя переменной и
задать её формат
Сохранение файла с данными
• Если необходимо сохранить
данные в другой директории,
на другом диске или в файле
под другим именем, то нужно
выбрать команду Сохранить
как… в меню Файл.
• Для изменения имени файла
в данном окне нужно
установить курсор на строке
Имя файла, щёлкнуть на нём и
отредактировать имя.
• Следует обратить внимание,
что имена файлов в системе
STATISTICA обязательно
должны заканчиваться
расширением *.sta.
Основные компоненты интерактивного
пользовательского интерфейса в системе STATISTICA
Модули системы STATISTICA
•
•
Система STATISTICA состоит из
набора модулей, в каждом из
которых собрана тематически
связная группа процедур.
При переключении модулей
можно либо оставлять
открытым только одно окно
приложения STATISTICA, либо
все вызванные ранее модули,
поскольку каждый из них может
выполняться в отдельном окне
(как самостоятельное
приложение Windows).
Значки (пиктограммы) модулей
системы STATISTICA
• При инсталляции системы STATISTICA программа установки
(Setup) создает на рабочем столе группу приложений под
названием STATISTICA и помещает туда значки окна
Переключатель модулей (пиктограмма STATISTICA - первая в
группе, см. рис.), модуля Основные статистики и таблицы и
некоторых других программ (Help, Setup).
Создании в группе нового программного
элемента (пиктограммы)
Пользователю может показаться более удобным запускать модули,
щелкая по их значкам на рабочем столе (вместо того чтобы пользоваться
окном Переключатель модулей)
Пользователь может создать дополнительные пиктограммы для модулей
помимо тех, которые будут автоматически созданы программой установки
(Setup).
Для того, чтобы создать еще один значок в данной группе, следуйте стандартной
процедуре Windows (выберите пункт Новый в меню Файл в окне Диспетчер
программ (Program Manager) и создайте новый программный элемент).
Пользовательская настройка значков
приложений
Значки приложений можно настроить таким образом, чтобы они
ассоциировались с конкретными файлами данных (для этого
нужно ввести название файла в поле Командная строка
(Command Line) в окне Свойства программного элемента
(Program Item Properties) системы Windows), и тогда при щелчке
на этом значке будет открываться нужный файл данных.
“Сеанс” интерактивного анализа
• При запуске любого модуля
открывается его стартовая
панель.
• Эта панель содержит
средства прямого доступа к
тем возможностям данного
модуля (стандартным
образом доступным через
меню), с которых
пользователь чаще всего
начинает работу.
• Она не позволяет вызвать те
операции, которые требуют
совершения каких-то
предварительных действий.
Окна “постановки задачи” и “задания
формата вывода”
• После того, как на стартовой панели будут выбраны метод
анализа и (если требуется) файл данных, открывается окно
постановки задачи, в котором можно выбрать подлежащие
анализу переменные и другие параметры процедуры анализа.
Вывод (очередь таблиц результатов и
графических окон)
•
•
Последовательно выводимые таблицы результатов и графики появляются в
отдельных окнах и образуют очереди фиксированной длины, которыми можно
управлять (т.е. автоматически закрывать) по принципу "первым пришел первым ушел".
По умолчанию длина обеих очередей установлена равной трем. Это означает,
что при создании четвертой таблицы результатов (или графика) первая из них
закрывается.
Приложение 1
Клячкин, В. Н. Компьютерный практикум по
статистическим методам в управлении качеством :
учебное пособие / В. Н. Клячкин. – Ульяновск :
УлГТУ, 2013. – 156 с.
В пособии для проведения расчетов используется
OpenOffice.org Calc.
Компьютерный практикум по статистическим
методам в управлении качеством
Образец оформления рабочего листа
«Нормальное распределение»
Приложение 2
Беляков Ю.М., Карпов А.И., Кренев В.А., Молин Д.А.
Методика разработки математических моделей
автоматических бортовых оптико-электронных систем //
Оптический журнал. -2009. - № 3. – С.34-39
Методика разработки математических моделей
автоматических бортовых оптико-электронных систем
Структура обобщенной математической
модели ОЭС
Учебное задание
• Познакомиться с содержанием книги «Монаков А.А.
Основы математического моделирования
радиотехнических систем. Учебное пособие. – СПб.:
ГУАП, 2005».
• Изучить тему: «2.1 Моделирование линейных
звеньев (подразделы 2.1.1 Метод инвариантности
импульсной характеристики, 2.1.2 Метод
билинейного преобразования, 2.1.3 Метод замены
дифференциалов» используя материалы файла
«Основы ММ РС» (Ч.2).
Примечание: учебные материалы размещены на портале НовГУ
(Исаев Владимир Александрович > КТ в научных исследованиях
…)
Список литературы
1. Быков В. В. Цифровое моделирование в статистической
радиотехнике. – М.: Советское радио, 1971. - 328 с.
2. Борисов Ю.П. Математическое моделирование радиосистем.
Учебное пособие для вузов. – М.: Советское радио, 1976. –
296с.
3. Борисов Ю.П., Цветнов В.В. Математическое моделирование
радиотехнических систем и устройств. – М.: Радио и связь,
1985. – 176с.
4. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Учебное
пособие. 7-е изд. – М.: Изд-во «Юрайт», 2012. – 343с.
5. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум.
– М.: Изд-во «Юрайт», 2012. – 296с.
6. Монаков А.А. Основы математического моделирования
радиотехнических систем. Учебное пособие. – СПб.: ГУАП,
2005. – 100с.
Список литературы (продолжение)
6.Петров М. Н. Моделирование микроэлектронных компонентов и
схем с помощью программы AIM-SPICE : учеб. пособие / М. Н.
Петров ; Новгород. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого. - Великий
Новгород, 2014. - 72 с.
7. Петров В. М. Электромагнитная совместимость электронных
средств : учеб. пособие / В. М. Петров ; Новгород. гос. ун-т им.
Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2014. – 84 с.
8. Лебедев А.Н. и др. Методы цифрового моделирования и
идентификации стационарных случайных процессов в
информационно-измерительных системах. – Л.:
Энергоатомиздат, 1988. – 64с.
9. Стукач О.В.Программный комплекс Statistica в решении задач
управления качеством: учебное пособие. – Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2011. – 163 с.
Список литературы (продолжение)
10. Фролов, Ю.В. Анализ результатов маркетинговых
исследований в системе Statistica (на примерах) : учебное
пособие / Ю.В. Фролов, О.М. Игрунова. – М. : РУСАЙНС, 2015. –
249 с.
11. Валеев, С. Г. Практикум по прикладной статистике : учебное
пособие / С. Г. Валеев, В. Н. Клячкин. – Ульяновск : УлГТУ,
2008. – 129 с.
12. Клячкин, В. Н. Компьютерный практикум по статистическим
методам в управлении качеством : учебное пособие / В. Н.
Клячкин. – Ульяновск : УлГТУ, 2013. – 156 с.
13. Клячкин, В. Н. Статистические методы в управлении качеством:
компьютерные технологии. Учебное пособие. – М.: Финансы и
статистика, Инфра-М, 2009. – 304 с.
Список литературы (продолжение)
14. Беляков Ю.М., Карпов А.И., Кренев В.А., Молин Д.А. Методика
разработки математических моделей автоматических бортовых
оптико-электронных систем // Оптический журнал. -2009. - № 3.
– С.34-39.
15. Алпатов Б. А. , Бабаян П. В., Балашов О. Е., Степашкин А. И.
Методы автоматического обнаружения и сопровождения
объектов. Обработка изображений и управление. – М.:
Радиотехника, 2008. – 176с.
16. Молин Д.А. Методика и алгоритмы имитационного
моделирования и рационального выбора конструктивных
параметров бортовой оптико-электронной системы кругового
обзора и слежения : дис. … канд. техн. наук : 05.11.07 / Молин
Дмитрий Александрович. – Казань, 2011. – 185с.
Спасибо за внимание!
E-mail: vladimir.isaev@novsu.ru