Магистратура 2021/2022

Цифровая обработка сигналов

Статус: Курс по выбору (Науки о данных (Data Science))

Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Кафедра технологий моделирования сложных систем

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Прогр. обучения: Науки о данных

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 54

Программа дисциплины

Аннотация

Без применения Цифровой обработки сигналов не обходится ни одна современная система связи. Её использование позволяет значительно упростить и удешевить аналоговую часть многих устройств. В данном курсе изучаются основы Цифровой обработки сигналов: понятия аналогового, дискретного и цифрового сигнала, их спектры, системы их передачи и обработки. После прохождения данного курса студенты будут уметь: проектировать цифровые фильтры и учитывать особенности их реализации, рассчитывать влияние искажений, связанных с неидеальностью АЦП и ЦАП, шумами округления, использовать быстрое преобразование Фурье для повышения эффективности систем обработки сигналов, реализовать системы изменения частоты дискретизации сигнала.

Цель освоения дисциплины

• Изучить особенностей цифрового сигнала, его отличия от аналогового
• Изучить методы построения цифровых фильтров, в том числе для передискретизации сигналов
• Получить знания, необходимые для понимания принципов работы современных систем связи
• Получить знания, необходимые для создания систем связи на основе программно-определяемого радио

Планируемые результаты обучения

• Вычислять прямое и обратное Z-преобразование
• Знать основные свойства дискретного во времени преобразования Фурье и Z-пребразования
• Знать преимущества и недостатки минимально-фазовых систем и систем с обобщённой линейной фазой
• Понимать устройство АЦП и ЦАП
• Применять Дискретное во времени преобразование Фурье
• Применять многофазовое разложение фильтров
• Применять фильтры Найквиста для формирования спектра сигнала
• Проектировать БИХ фильтры, основанных на непрерывных фильтрах
• Проектировать КИХ фильтры оконным методом
• Уметь вычислять Дискретное преобразование Фурье с помощью алгоритма Кули-Тьюки
• Уметь вычислять комплексную частотную характеристику линейных стационарных систем
• Уметь вычислять свёртку с помощью Быстрого преобразования Фурье
• Уметь использовать алгоритм Пакса-Мак-Клеллана для построения оптимальной аппроксимации КИХ фильтров
• Уметь классифицировать системы на линейные, стационарные, устойчивые, детерминированные
• Уметь модулировать и демодулировать АМ, ЧМ и ФМ сигналы
• Уметь оценивать искажения вызванные квантованием коэффициентов и ошибками округления
• Уметь раскладывать изменение частоты дискретизации на рациональный множитель как композицию интерполяций и децимаций
• Уметь реализовывать прямые и каскадные формы КИХ- и БИХ-систем

Содержание учебной дисциплины

• Линейные стационарные системы
• Дискретизация и квантование
• Z-преобразование
• Дискретизация непрерывного сигнала
• Цифровые фильтры
• Дискретное преобразование Фурье
• Аналоговая модуляция
• Формирование спектра

Элементы контроля

• Колоквиум
  Уметь классифицировать системы на линейные, стационарные, устойчивые, детерминированные Применять Дискретное во времени преобразование Фурье Вычислять прямое и обратное Z-преобразование Знать основные свойства дискретного во времени преобразования Фурье и Z-пребразования Уметь раскладывать изменение частоты дискретизации на рациональный множитель как композицию интерполяций и децимаций Применять многофазовое разложение фильтров Понимать устройство АЦП и ЦАП
• Домашнее задание
  Уметь модулировать и демодулировать АМ, ЧМ и ФМ сигналы Уметь реализовывать прямые и каскадные формы КИХ- и БИХ-систем Проектировать КИХ фильтры оконным методом Уметь вычислять Дискретное преобразование Фурье с помощью алгоритма Кули-Тьюки
• экзамен
  Каждый билет содержит два вопроса и задачу. Задачи берутся из книги Оппенгейма и Шафера.

Промежуточная аттестация

• 2021/2022 учебный год 2 модуль
  0.5 * экзамен + 0.25 * Домашнее задание + 0.25 * Колоквиум

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Алгоритм формирования радиолокационных изображений космических аппаратов со сверхразрешением на основе комплексирования спектрального оценивания и продолженной когерентной обработки. (2018). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.C688A541
• Гапочкин, А., Клименко, В., & Калмыков, М. (2014). Цифровая Обработка Сигналов С Использованием Модулярных Непозиционных Кодов. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.5015DCB1
• Гапочкин, А., Клименко, В., & Калмыков, М. (2014). Цифровая Обработка Сигналов С Использованием Модулярных Непозиционных Кодов. Современные Наукоемкие Технологии, (10). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.15677990
• Калмыков, И., Саркисов, А., & Макарова, А. (2013). Технология Цифровой Обработки Сигналов С Использованием Модулярного Полиномиального Кода. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.D9A88320
• Микулович, В. И. (2011). Цифровая обработка сигналов. Belarus, Europe: БГУ. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.A0AB4677
• РОММ ЯКОВ ЕВСЕЕВИЧ, & АКСАЙСКАЯ ЛЮБОВЬ НИКОЛАЕВНА. (2012). Цифровая обработка сигналов на основе интерполяции по Ньютону элементов базиса. Вестник Таганрогского Института Имени А.П. Чехова, (1). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.16881179
• Федосов, В., & Нестеренко, А. (2009). Цифровая Обработка Сигналов В Labview. Современные Наукоемкие Технологии, (7). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.14782839
• Яковлев, А. В., & Соснин, В. А. (2018). Цифровая обработка акустических импульсов в системе акустико-эмиссионной диагностики КАЭМС. Technical Acoustics / Tekhnicheskaya Akustika, (3), 1–14. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=asn&AN=132947937

Рекомендуемая дополнительная литература

• P. Korneev E., & П. Корнеев Е. (2018). The Discretization of the Polarized Signal ; Дискретизация Поляризованного Сигнала. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.9C95E2F7
• Абраменко, А., & Гошин, Г. (2013). Структура Универсального Генератора Сигналов. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.24E5D0D7
• 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
• Семенов, Е., & Шведова, В. (2013). Программный Компонент Для Обработки Цифровых Сигналов Ifft-Noise Gate. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.3B9D23C6
• СИМАКОВ В.В., & САМОХВАЛОВ А.В. (2014). Анализ Эффективности Методов Ускорения Алгоритмов Цифровой Обработки Сигналов. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.9326024
• Синютин, С. (2003). Цифровая Обработка Сигналов В Интеллектуальных Датчиках Вибрации. Известия Южного Федерального Университета. Технические Науки, (3). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.1572652