Цифровая обработка сигналов

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Кравченко Наталья Павловна, Пресняков Семен Андреевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 76

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Цифровая обработка сигналов» направлена на формирование у обучающихся знаний, умений и навыков, позволяющих в будущем самостоятельно разрабатывать алгоритмы цифровой обработки сигналов в процессе их анализа и синтеза в инфокоммуникационных системах. Изучение дисциплины базируется на дисциплинах "Физика", "Теория электрических цепей, "Электроника", "Общая теория связи", "Математический анализ", "Метрология и радиоизмерения", "Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей", "Общая теория связи", "Информатика", "Дискретная математика". Основные положения дисциплины используются в дальнейшем при выполнении проектных работ, междисциплинарной курсовой работы, при подготовке выпускной квалификационной работы, а также при изучении дисциплин "Интегральные схемы инфокоммуникационных устройств", "Компоненты инфокоммуникационных устройств", "Цифровые устройства и микропроцессоры", "Проектирование электронных компонентов и устройств инфокоммуникационной техники". Оценка за дисциплину формируется из самостоятельных работ, коллоквиума и контрольной работы.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Цифровая обработка сигналов» являются теоретическое и практическое освоение методов и средств цифровой обработки сигналов (ЦОС), позволяющее выпускнику успешно вести исследования и разработки, направленные на создание и обеспечение функционирования радиоэлектронных устройств и систем различного назначения, основанных на их использовании, изучение принципов построения цифровых систем обработки сигналов, освоение основных методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов, освоение системных аспектов применения цифровой обработки сигналов при их формировании и анализе в инфокоммуникационных системах, овладение методами компьютерного моделирования систем обработки сигналов.

Планируемые результаты обучения

Знать: Базовые термины и принципы цифровой обработки сигналов
Знать: Основные методы и модели цифровой обработки сигналов
Уметь: Применять методы формирования, передачи и обработки сигналов
Знать: Основные методы цифрового анализа сигналов
Уметь: Применять методы цифровой обработки сигналов, а также устройства цифровой обработки сигналов (фильтры), для решения прикладных задач
Знать: Основы синтеза сигналов различных типов
Уметь: Синтезировать сигналы, пользуясь изученными методами

Содержание учебной дисциплины

Сигналы и их применение в информационно-телекоммуникационных системах
Информация и её роль в современном обществе. Знания и информационные конструкции для их представления. Информационный обмен и информационная технология. Естественные формы информационного обмена. Роль компьютерных технологий в развитии современных ИТС. Коммутация каналов и коммутация пакетов. Характеристика основных этапов технологии сбора, хранения, обработки, передачи и защиты информации в ИТС. Базовая схема цифровой обработки сигналов. Истоки цифровой обработки сигналов. Связь цифровой обработки сигналов со смежными областями науки, техники и математики. Содержательная сущность, определения и примеры сигналов в науке, технике и связи. Проблема анализа свойств сигналов, модели и их применение. Проблема синтеза сигналов с заданными свойствами в ИТС. Особенности вычислительной и аппаратной реализации. Многомерные сигналы и проблемы их обработки. Связь. Мультиплексирование и сжатие. Обработка звуковых сигналов и распознавание речи. Радиолокация, гидролокация и сейсморазведка. Обработка изображений. Изображения, получаемые в космосе.
Математические основы цифровых методов формирования и обработки сигналов в ИТС
Характеристика моделей, применяемых для описания свойств сигналов. Модели анализа и модели синтеза. Детерминированные и вероятностные модели. Представления сигналов в различных базисах. Базисные функции и требования к ним. Ортогональные многочлены в задачах обработки сигналов. Частотные представления. Ряды и трансформанты Фурье. Спектральный анализ в базисе Фурье. Гармонический анализ периодических сигналов. Комплексный ряд Фурье. Разложение в ряд Фурье периодической последовательности прямоугольных импульсов и вычисление спектральной плотности одиночного прямоугольного импульса. Интегральные преобразования и их роль в обработке сигналов. Понятие свертки. Математические свойства свертки. Единичная функция и импульсная характеристика. Теория дискретизации Найквиста. Интерполяционная формула Котельникова-Шеннона. Условия отсутствия наложения частот (алиасинга). Амплитудно-модулированные сигналы. Сигналы с угловой модуляцией. Радиосигналы с импульсной модуляцией. Разностные схемы генерации значений дискретных сигналов. Модели линейного предсказания. Элементы статистической теории квантования по уровню.
Цифровые методы анализа сигналов
Спектральный анализ. Алгоритмы дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и быстрого преобразования Фурье (БПФ). Синтез сигнала с помощью обратного ДПФ. Свойства преобразований Фурье. Спектр мощности. Фильтрация сигналов: основные понятия и принципы; детерминированный и вероятностный подходы. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Синтез оптимальных по среднеквадратическому критерию фильтров. Вейвлет-анализ. Оценивание производных. Анализ изображений. Повышение визуального качества изображений.
Синтез сигналов
Вариационный подход к синтезу сигналов с заданными свойствами. Интерполяция. Децимация. Масштабирование изображений. Способы сжатия сигналов. Восстановление сигналов и изображений.

Элементы контроля

Самостоятельная работа
Контрольная работа
Коллоквиум
В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-3, УК-5, УК-6, УК-9, ПК-1, ПК-2, ПК-4, ПК-7, ПК-9, ПК-24.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.3 * Коллоквиум + 0.2 * Контрольная работа + 0.5 * Самостоятельная работа

Программа дисциплины