Цифровая обработка сигналов

2020/2021

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

8

Кредиты

Кто читает:

Департамент компьютерной инженерии

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

4-й курс, 1-3 модуль

Преподаватель

Сафонов Сергей Николаевич

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина “Цифровая обработка сигналов” предназначена для студентов четвертого курса бакалавриата и направлена на изучения основных положений теории цифровой обработки сигналов, основ аналитических и численных методов расчета и анализа цифровых преобразователей сигналов и развитие навыков проектирования цифровых преобразователей сигналов. В курсе рассматривается основы анализа сигналов, спектральный анализ, аналоговые и дискретные системы. При изучении дисциплины внимание уделяться решению следующих задач: теоретической подготовке в области цифровой обработки сигналов, практическому применению знаний для спектрального и корреляционного анализов, а также для проектирования цифровых фильтров.

Цель освоения дисциплины

• Изучение основных положений теории цифровой обработки сигналов
• Изучение основ аналитических и численных методов анализа и расчета цифровых преобразователей сигналов
• Развитие навыков проектирования цифровых преобразователей сигналов

Содержание учебной дисциплины

• Введение в цифровую обработку сигналов
  Задачи учебной дисциплины: анализ сигналов, аналоговые системы, дискретные сигналы, дискретные системы, спектральный анализ, корреляционный анализ, проектирование дискретных фильтров.
• Основы анализа сигналов
  Классификация сигналов. Энергия и мощность сигналов. Разложение в ряд Фурье периодических сигналов. Эффект Гиббса. Преобразование Фурье непериодических сигналов. Анализ Фурье неинтегрируемых сигналов.
• Периодическая дискретизация
  Требования к параметрам периодической дискретизации. Неоднозначность представления сигналов в частотной области, причины возникновения копий спектра. Дискретизация сигналов, занимающих полосу частот. Применение антиэлайзингового фильтра для уменьшения искажений спектра.
• Квадратурные сигналы
  Способы представления комплексных чисел. Тождество Эйлера, оператор поворота вектора на комплексной плоскости. Представление действительных чисел вращающимися векторами. Понятие отрицательной частоты. Квадратурные сигналы в частотной области.
• Дискретное преобразование Фурье и его свойства
  Интегральное преобразование Фурье. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Смысл формулы ДПФ. Обратное ДПФ. Свойства ДПФ. Симметрия ДПФ, линейность ДПФ, модули ДПФ, частотная ось ДПФ, утечка ДПФ.
• Быстрое преобразование Фурье
  Преимущества быстрого преобразования Фурье (БПФ) в сравнении с ДПФ. Алгоритм БПФ: процедура декомпозиции сигнала во временной области, переход от отсчетов сигналов во временной области к их спектрам, процедура композиции спектров отсчетов в частотной области. Типовые блоки «бабочка». Требования к параметрам дискретизации сигналов перед выполнением БПФ.
• Корреляционный анализ
  Назначение корреляционного анализа, пример из области радиолокации. Определения и свойства корреляционной функции. Определения и свойства взаимной корреляционной функции. Связь корреляционной функции и спектра сигнала. Корреляция дискретных сигналов.
• Введение в цифровые фильтры
  Виды цифровых фильтров. Введение в фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры), структура КИХ-фильтров. Импульсная характеристика КИХ-фильтра. Отличия свойств аналоговых и цифровых фильтров.
• Структура и свойства КИХ-фильтров
  Структура КИХ-фильтра. Свертка в КИХ-фильтрах. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристика КИХ-фильтров. Входная и выходная последовательности КИХ-фильтра. Связь амплитудно-частотной характеристики КИХ-фильтра с его коэффициентами.
• Проектирование КИХ-фильтров
  Метод проектирования с помощью окон. Пример проектирования КИХ-фильтра с помощью программного обратного ДПФ. Причины возникновения пульсаций коэффициента передачи в полосе пропускания цифровых фильтров. Окна в проектирования КИХ-фильтров. Окна Чебышева и Кайзера. Изменение параметров окна Чебышева. Последовательность проектирования КИХ-фильтра.
• БИХ-фильтры
  Структура БИХ-фильтров. Различия параметров КИХ-фильтров и БИХ-фильтров одинакового порядка. Устойчивость БИХ-фильтров. Требования к точности коэффициентов БИХ-фильтров. Проектирование цифровых фильтров в программном пакете Filter Design программы MATLAB.
• Методы уменьшения шумов на входах цифровых систем обработки сигналов
  Назначение и свойства когерентного усреднения последовательностей отсчетов на входах цифровых систем обработки сигналов. Основные величины статистики. Оценка эффективности когерентного усреднения. Требования к структуре систем когерентного усреднения. Принцип некогерентного усреднения. Результаты усреднения во временной и частотной областях. Оценка эффективности некогерентного усреднения. Экспоненциальное усреднение, Алгоритм экспоненциального усреднения. Структура устройства экспоненциального усреднения. Переходная и частотная характеристики устройства экспоненциального усреднения. Оценка эффективности.

Элементы контроля

• Домашнее задание
• Практические работы
• Активность на лекции
• Экзамен

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (3 модуль)
  0.2 * Активность на лекции + 0.2 * Домашнее задание + 0.2 * Практические работы + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Алехин, В. (2002). Цифровая Обработка Сигналов Импульсно-Доплеровских Рлс. Известия Южного Федерального Университета. Технические Науки, (1). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.10863913
• Смит С. - Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженеров и научных работников - Издательство "ДМК Пресс" - 2011 - 720с. - ISBN: 978-5-94120-145-7 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/60986

Рекомендуемая дополнительная литература

• Сато Ю. - Без паники! Цифровая обработка сигналов - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 176с. - ISBN: 978-5-94120-251-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/61023
• Цифровая обработка сигналов: Практическое пособие Учебное пособие / Гадзиковский В.И. - М.:СОЛОН-Пр., 2014. - 766 с. ISBN 978-5-91359-117-3