WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«1. Формирование знаний о принципах цифровой обработки сигналов. 2. Обучение методам диагностики систем по экспериментальным данным. 3. Обучение основам спектрально-корреляционного анализа сигналов. ...»

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Цифровая обработка сигналов» являются:

1. Формирование знаний о принципах цифровой обработки сигналов .

2. Обучение методам диагностики систем по экспериментальным данным .

3. Обучение основам спектрально-корреляционного анализа сигналов .

4. Обучение методам цифровой фильтрации .

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина входит в вариативную часть Блока 1 «Дисциплины (модули)» учебного плана ООП по направлению подготовки 03.03.03 «Радиофизика», профиль «Информационные технологии и компьютерное моделирование в радиофизике». Индекс дисциплины -Б1.В.ОД.3. Дисциплина изучается в 6 семестре .

Входные знания, умения и компетенции, необходимые для изучения данного курса, формируются в процессе освоения ряда дисциплин бакалавриата, таких как дисциплины модулей «Математика», «Общая физика», «Физика колебательных и волновых процессов», «Электроника» и «Информатика», изучаемых в 1 – 5 семестрах .

Данная дисциплина интегрирована в систему дисциплин, разработанных на кафедре радиофизики и нелинейной динамики, имеющих целью обучение студентов современным методам теоретического, экспериментального и компьютерного исследований сложных нелинейных систем и процессов. Освоение дисциплины «Цифровая обработка сигналов»

служит методической основой для изучения ряда дисциплин вариативной части учебного плана и курсов по выбору, таких как «Численный анализ экспериментальных данных», «Теория динамического хаоса», «Математическое моделирование в радиофизике», «Основы теории распределенных систем» .



Освоение данной дисциплины необходимо для успешного прохождения научноисследовательской и преддипломной практик, а также для написания выпускной квалификационной работы. Данная дисциплина также является необходимой для студентов, планирующих продолжение обучения в магистратуре по направлению «Радиофизика» на кафедре радиофизики и нелинейной динамики СГУ .

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Дисциплина «Цифровая обработка сигналов» способствует приобретению следующих компетенций:

способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе • информационной и библиографической культуры с применением информационнокоммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности (ОПК-3);

способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОПК-4);

способностью понимать принципы работы и методы эксплуатации современной • радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования (ПК-1) .

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

• Частотные, временные и частотно-временные методы анализа сигналов;

• Свойства спектра дискретных сигналов, методы расчета спектров;

• Основные характеристики дискретных случайных процессов;

• Способы описания цифровых четырехполюсников, свойства импульсной, передаточной и частотной характеристик;

• Виды и цифровых фильтров, особенности их функционирования и методы их синтеза;

Уметь:



• Рассчитывать спектры мощности, взаимные спектры, определять корреляцию для регулярных и случайных цифровых сигналов .

• Синтезировать частотно-селективные и специальные цифровые фильтры .

• Работать с АЦП и осуществлять оцифровку аналоговых сигналов .

• Определять характеристики цифровых систем .

Владеть:

• Методами спектрально-корреляционного анализа .

• Методами синтеза цифровых фильтров .

• Алгоритмами преобразования частоты дискретизации .

• Методами математического описания дискретных сигналов и дискретных систем .

4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы (144 час.), включая лекции (32 часов), практические занятия (48 часов), самостоятельную работу (28 часа) и экзамен (36 часов) .

–  –  –

Содержание учебной дисциплины Тема 1. Задачи цифровой обработки сигналов Аналоговые и дискретные сигналы. Обзор методов анализа аналоговых сигналов .

Частотные методы анализа. Временные методы анализа. Частотно-временные методы анализа. Задачи аналоговой и цифровой обработки сигналов. Общая схема ЦОС .

Преимущества ЦОС .

Практикум: Знакомства с возможностями программы Labview для обработки аналоговых и цифровых сигналов .

Тема 2. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования Переход от аналоговых сигналов к дискретным .

Дискретизация по времени и квантование по уровню. Шум квантования.

Свойства спектра дискретных сигналов:

периодичность спектра, влияние частоты дискретизации и граничной частоты спектра .

Выбор частоты дискретизации. Явление "просачивания". Приведенная частота .

Восстановление аналогового сигнала по дискретным отсчетам: Теорема Котельникова и ряд Котельникова. Дискретизация полосовых сигналов .

Практикум: Дискретизация непрерывных временных рядов и восстановление непрерывной функции по дискретному ряду с подбором параметров дискретизации .

Тема 3. Математическое описание цифровых сигналов .

Z-преобразование и его свойства: Z-преобразование и преобразование Лапласа .

Свойства Z-преобразования. Z- преобразование некоторых базовых сигналов. Переход от Z-изображения к дискретному сигналу .

Дискретно-временной ряд Фурье и дискретно-временное преобразование Фурье:

ДВРФ и ДВПФ и их свойства. Разрешающая способность спектра. Энергетические характеристики ДВРФ и ДВПФ. Масштабирование для определения спектра мощности .

Связь ДВПФ с Z-преобразованием .

Спектрально-корреляционный анализ случайных сигналов: Дискретные случайные процессы и их основные характеристики: математическое ожидание, дисперсия, корреляционная и автокорреляционная функции. Стационарные и эргодические процессы. Спектр мощности случайного процесса. Теорема Винера-Хинчина .





Периодограмма случайного процесса. Дисперсия периодограммы. Дисперсия спектра мощности. Периодограмные методы расчета спектров. Понятие о временном окне .

Стратегия выбора временного окна. Обзор характеристик спектров для базовых временных окон: прямоугольном, треугольном, гауссовом и т.д. Обзор периодограмных методов. Коррелограмные методы расчета спектров .

Фундаментальное соотношение для длительности, разрешения и статистической устойчивости спектра. Многоканальное спектральное оценивание. Матрица спектральной плотности мощности. Функция когерентности и ее свойства. Взаимный амплитудный и фазовый спектр. Быстрое преобразование Фурье: Алгоритмы БПФ с разрежением по времени и разрежением по частоте .

Практикум: Получение спектра мощности случайного сигнала периодограмными методами. Выбор параметров для расчета спектров. Выбор функции окна. Получение спектра мощности случайного сигнала кореллограмными методами. Расчет функции когерентности для двух случайных сигналов .

Тема 4. Методы математического описания цифровых систем Разностные уравнения: Переход от дифференциальных уравнений к разностным уравнениям, неоднозначность такого перехода .

Разностные уравнения и их порядок .

Системы разностных уравнений. Линейные и нелинейные уравнения. Решения разностных уравнений. Установившиеся и переходные процессы в дискретных системах. Виды установившихся решений: неподвижная точка (периодическая орбита), инвариантная кривая, хаотическое множество и их соответствия с решениями систем дифференциальных уравнений. Устойчивость периодических решений. Линейные разностные уравнения .

Импульсная, передаточная и частотные характеристики: определение импульсной характеристики, ее свойства. Системы с конечно импульсной характеристикой (КИХ) и бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Передаточная характеристика и ее свойства. Частотная характеристика и ее свойства. Связь между импульсной, передаточной и частотной характеристиками. Устойчивость ДС .

Структурные схемы ДС: Элементы и способы построения структурных схем .

Структурные схемы рекурсивных и нерекурсивных ДС. Канонические структурные схемы .

Практикум: Анализ цифровых четырехполюсников на LabView. Определение устойчивости по расположению полюсов четырехполюсника. Исследование БИХ и КИХ систем .

Тема 5. Цифровая фильтрация Общие свойства фильтров, как четырехполюсников .

Особенности цифровых фильтров по сравнению с аналоговыми. Каузальность фильтров: Определение и связь с импульсной характеристикой .

Идеальные фильтры НЧ, ВЧ, полосовые и режекторные: вид АЧХ и ФЧХ, некаузальность идеальных фильров. Реальные фильтры. Рабочая и переходная полосы фильтра .

Фильтры с конечной импульсной характеристикой: Возможность КИХ фильтров с линейной ФЧХ. Вид АЧХ КИХ фильтра. Классификация КИХ фильтров. Простые КИХ фильтры .

Синтез КИХ фильтров методом частотных окон: пример расчета фильтра методом окон. Явление Гиббса. Выбор частотного окна .

КИХ фильтры Чебышева: Оптимальные фильтры. Представление АЧХ полиномами Чебышева. Частоты альтернанса. Алгоритм Ремеза. Примеры расчета фильтров. Фильтр - преобразователь Гильберта. Фильтр, согласованный с формой сигнала .

Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой: Область применения, реактансное преобразование частоты. Синтез по аналоговому прототипу: Переход от аналогового фильтра к дискретному с помощью билинейного Z-преобразования .

Отличие АЧХ аналогового и цифрового фильтров. Фильтр Баттерворта .

Практикум: Исследование цифровых фильтра НЧ, ВЧ и ПФ с линейной ФЧХ (фильтр Чебышева). Исследование цифрового фильтра Гильберта. Синтез цифровых фильтров по алгоритму Ремеза .

ема 6. Преобразование частоты дискретизации .

Интерполяция и децимация. Алгоритмы преобразования частоты. Изменение спектра при преобразовании частоты выборки. Использование фильтров .

Практикум: Преобразование частоты дискретизации тестовых сигналов .

5. Образовательные технологии, применяемые при освоении дисциплины

Программа дисциплины предусматривает чередование образовательного материала, ставящего проблему, с практическими занятиями, на которых происходит выполнение системы заданий по анализу лекционного материала. Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, составляет 30% от общего числа аудиторных занятий по данному курсу. Занятия лекционного типа составляют 40% (Согласно ФОГС количество часов, отведенных на занятия лекционного типа, в целом по Блоку 1 должно составляют не более 40 процентов от общего количества часов аудиторных занятий) .

Общая образовательная схема дисциплины строится по традиционной технологии обучения: сначала учебный материал сжато преподносится студентам лекционным методом, а затем прорабатывается, усваивается и применяется на практических занятиях в компьютерном классе; результаты усвоения проверяются в форме экзамена .

Освоение материала происходит в рамках технологии проблемного обучения, поскольку проведение практических занятий с применением компьютерного моделирования имеет широкие возможности для создания проблемных ситуаций посредством активизирующих действий преподавателя, который формулирует задания и ставит конкретные вопросы, направленные на обобщение, обоснование, конкретизацию, логику рассуждения;

побуждает делать сравнения (например, при анализе результатов численного счета различными методами и сравнении результатов численного моделирования с теоретическими данными) и выводы, сопоставлять результаты; ставит проблемные задачи (например, что произойдет, если изменить параметры системы, выбрать другую базовую модель для исследования того или иного явления, добавить в систему источник шума, изменить параметры численной схемы при проведении компьютерного эксперимента и.п.) .

Студенты на практике знакомятся с различными алгоритмами цифрового анализа и обработки регулярных и шумовых сигналов, характеристиками поведения цифровых систем и методами их численного анализа. В процессе усвоения теоретического материала и выполнения практических работ студенты приобретают навыки проведения самостоятельных научных исследований сложных сигналов и систем. Для самостоятельной работы также предлагаются задания, требующие чтения специальной литературы и использования возможностей компьютерного эксперимента .

В рамках изучения данной дисциплины используются мультимедийные образовательные технологии: электронные лекции (презентации) с использованием программы Open Office, программа работы с электронными курсами Moodle .

Для студентов с ограниченными возможностями здоровья предусмотрены следующие формы организации педагогического процесса и контроля знаний:

-для слабовидящих:

обеспечивается индивидуальное равномерное освещение не менее 300 люкс;

задания для выполнения, а также инструкция о порядке выполнения контрольных заданий оформляются увеличенным шрифтом (размер 16-20);

- для глухих и слабослышащих:

обеспечивается наличие звукоусиливающей аппаратуры коллективного пользования;

- для лиц с тяжелыми нарушениями речи, глухих, слабослышащих все контрольные задания по желанию обучающихся могут проводиться в письменной форме .

Основной формой организации педагогического процесса является интегрированное обучение инвалидов, т.е. все студенты обучаются в смешанных группах, имеют возможность постоянно общаться со сверстниками, легче адаптируются в социуме .

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Важную роль при освоении дисциплины «Цифровая обработка сигналов» играет самостоятельная работа студентов. Самостоятельная работа способствует:

• углублению и расширению знаний;

• формированию интереса к познавательной деятельности;

• овладению приёмами процесса познания;

• развитию познавательных способностей .

Самостоятельная работа студентов имеет основную цель – обеспечить качество подготовки выпускаемых специалистов в соответствии с требованиями основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавров 03.03.03 «Радиофизика» .

К самостоятельной работе относятся:

• самостоятельная работа на аудиторных занятиях (лекциях, практических занятиях);

• внеаудиторная самостоятельная работа .

Самостоятельная подготовка к занятиям осуществляется регулярно по каждой теме дисциплины и определяется календарным графиком изучения дисциплины. В ходе освоения курса предполагается написание не менее 1 реферата и выступление по нему с докладом .

Виды самостоятельной работы

–  –  –

Формы текущего контроля работы студентов Проверка выполнения практических заданий .

1 .

Оценивание сданных компьютерных тестов .

2 .

Оценивание рефератов и докладов .

3 .

Промежуточная аттестация студента осуществляется в соответствии с учебным планом в конце шестого семестра. Итоги обучения оцениваются в форме экзамена Материалы для текущего контроля успеваемости и средства для промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины приведены в Приложении «Фонд оценочных средств текущего контроля и промежуточной аттестации по дисциплине» .

7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС по дисциплине «Цифровая обработка сигналов»

–  –  –

Программа оценивания учебной деятельности студента 6 семестр Лекции Не оцениваются Лабораторные занятия Не предусмотрены .

Практические занятия от 0 до 40 баллов .

Критерии оценки:

Правильность и полнота выполнения предлагаемых практических заданий; грамотность представления результатов исследований, умение представить материал в виде и сделать правильные выводы по проделанной работе .

Самостоятельная работа от 0 до 10 баллов .

Критерии оценки:

Решение заданий для самоконтроля – 0-10 баллов Автоматизированное тестирование от 0 до 20 баллов Критерии оценки: 4 компьютерных теста, каждый из которых оценивается от 0 до 5 баллов. Число баллов за тест равно относительному числу правильных ответов на вопросы теста, округленное до ближайшего целого .

Другие виды учебной деятельности Не предусмотрены Промежуточная аттестация от 0 до 30 баллов .

Критерии оценки: сдача итогового компьютерного теста от 0 до 20 баллов, число баллов за тест равно относительному числу правильных ответов на вопросы теста, округленное до ближайшего целого; письменное эссе по теме курса от 0 до 10 баллов .

Таким образом, максимально возможная сумма баллов за все виды учебной деятельности студента за 6 семестр по дисциплине «Цифровая обработка сигналов» составляет 100 баллов .

Таблица 2. Пересчет полученной студентом суммы баллов по дисциплине «Цифровая обработка сигналов» в оценку:

–  –  –

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Цифровая обработка сигналов»

а) Основная литература:

1. Оппенгейм, А. Цифровая обработка сигналов [Текст] : [учебник] / А. Оппенгейм, Р .

Шафер ; пер. с англ. С. А. Кулешова под ред. А. Б. Сергиенко. - 2-е изд., испр. Москва: Техносфера, 2009. - 855 .

2. Сергиенко, Александр Борисович. Цифровая обработка сигналов [Текст]: учеб. пособие / А. Б. Сергиенко. - 2-е изд. - Москва; Санкт-Петербург [и др.]: Питер, 2007. с .

3. Цифровая обработка сигналов и изображений в радиофизических приложениях [Текст] / под ред. В. Ф. Кравченко. - Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 544 с .

4. Хохлов, Артур Вениаминович. Сигналы. Методы описания, модели, информационные возможности [Текст]: учебное пособие для студентов физических специальностей / А. В. Хохлов, Т. Е. Вадивасова, А. В. Шабунин ; под ред. В. С. Анищенко ;

Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. - Саратов: Издательство Саратовского университета, 2011. - 254 с .

б) Дополнительная литература:

1. Штарк, Ганс-Георг. Применение вейвлетов для ЦОС [Текст] / Г.-Г. Штарк; пер. с англ. Н. И. Смирновой; под ред. А. Г. Кюркчана. - Москва: Техносфера, 2007. - 183 с .

2. Нефедов, Виктор Иванович. Основы радиоэлектроники и связи [Текст]: учеб. пособие / В. И. Нефедов, А. С. Сигов; под ред. В. И. Нефедова. - Москва: Высш. шк .

2009. - 735 с .

3. Рихтер, Сергей Георгиевич. Кодирование и передача речи в цифровых системах подвижной радиосвязи [Текст]: учебное пособие для вузов / С. Г. Рихтер. Москва: Горячая линия - Телеком, 2011. - 302 с .

в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. Каталог образовательных Интернет-ресурсов (http://window.edu.ru/window/) .

2. Центральная библиотека образовательных ресурсов http://www.edulib.ru/

3. Сводный каталог электронных библиотек на сервере МГУ http://www.lib.msu.ru/journal/Unilib/main.htm

4. Научно-образовательный портал кафедры радиофизики и нелинейной динамики (СГУ) (http://chaos.sgu.ru/)

5. Сайт электронных курсов Moodle http://course.sgu.ru

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Цифровая обработка сигналов»

Компьютерные классы физического факультета (ауд. 88 и 69–а 8-го учебного корпуса) и кафедры радиофизики и нелинейной динамики (ауд. 52 3-го учебного корпуса). Помещения соответствуют действующим санитарным и nротивопожарным нормам, а также требованиям техники безопасности и охраны труда при проведении учебных, научноисследовательских и научно-nроизводственных работ .

Персональные ЭВМ, объединенные в локальную сеть и с выходом в Интернет .

Электронные презентации лекций .

Мультимедиапроектор .

Лицензионный программный пакет LabView Лицензионный программный пакет Matlab






Похожие работы:

«1 Содержание. Целевой раздел 1. Пояснительная записка 1.1. 4 Цели и задачи образовательной программы основного общего образования 1.2. 5 Принципы и подходы образовательной программы основного общего 1.3. образования 5 1.4. Планируемые результаты освоения учащимися образовательной программы основного общего образования 8 1.4.1...»

«Экология В связи с хозяйственной деятельностью человека и зарегулированием Енисея произошло изменение прежнего состава ихтиофауны. Значительно возросла численность хариуса, являющегося в настоящее время основным объектом любите...»

«Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №29 Интегрированный урок на тему: Семейство Астровые или Сложноцветные Разработала: учитель биологии МОУ лицея №29 г. Тамбова Андреева Ю.В. Тамбов, 2010 Тема: Семейство Астровые или Сложноцветные. Цель: сформировать у учащихся понятие о семействе Астровые.Задач...»

«НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2013. – Т. 23, № 3 – С. 160-166. УДК 574.632 ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА В ВОДНЫХ СИСТЕМАХ НА ПРИМЕРЕ ВОДОЕМОВ ВОЛЖСКОГО БАССЕЙНА © 2014 Е.Е. Баранов Институт экологии волжского бассейна, г. Тольятти (Россия) Проведен литературный обзор отечественной...»

«Итоги XXI региональной научно-практической конференции "Творчество юных" (11-12 марта 2017 г.) № Номинация ФИО Школа Научный руководитель (победители, призеры, грамоты) 12 марта Секция "Биология" подсекция "Я познаю мир" Бегишева Арин...»

«Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта, №1(22) 2012 ISSN 2070 4798 УДК 796.431.1 МЕХАНИЗМ РЕКУПЕРАЦИИ В ПРЫЖКЕ В ВЫСОТУ СПОСОБОМ ФОСБЕРИ-ФЛОП А.Т. Егоров – соискатель ГОУ ВПО "...»

«54 Электронное научное издание "Устойчивое инновационное развитие: проектирование и управление" том 8 № 2 (15), 2012, ст. 4 www.rypravlenie.ru УДК 001.5 РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ И МЕРЫ В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО СИНТЕЗА Михаил Иванович Беля...»

«Российская Федерация Иркутская область Братский район Вихоревское муниципальное образование Дума РЕШЕНИЕ от 20.10.2017 г. № 8 О ВНЕСЕНИИ ИЗМЕНЕНИЙ В РЕШЕНИЕ ДУМЫ ВИХОРЕВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОТ 10.06.2016 Г. №183 "ОБ УТВЕРЖ...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.