Цели курса - Лаборатория ITLab

ITLab
Программа курса "___Цифровая обработка сигналов__________"
Продолжительность (час.)
Авторы
Кривошеев В.И.
Всего Теория
24
Практика
Начало
курса
24
Цели курса
Ознакомление с классическими и современными методами описания цифровых сигналов и систем их обработки, включая
цифровую фильтрацию и цифровой спектральный анализ, а также с последними достижениями в технике цифровой обработки
сигналов.
Уровень подготовки, необходимый для изучения курса
Для освоения курса необходима фундаментальная физико-математическая подготовка и предварительное изучение следующих
дисциплин: «Радиотехнические цепи и сигналы», «Программирование на алгоритмических языках», «Цифровые вычислительные
машины», «Численные методы анализа».
Содержание курса
Количество часов
Всего
Теория
1
Введение.
1
1
Цифровая обработка сигналов (ЦОС) и ее особенности. Сравнительные
1
преимущества и недостатки цифровой и аналоговой обработок. Состояние и
перспективы ЦОС. [2,3]
Раздел
№
2 Дискретные сигналы и системы
Классификация сигналов и систем. Дискретные сигналы и их описание.
Дискретные линейные системы с постоянными параметрами (ДЛСПП) и их
характеристики. Устойчивость и физическая реализуемость ДЛСПП. Линейные
9
9
3
Практика
ITLab
разностные уравнения с постоянными коэффициентами. [2,3]
Представление дискретных сигналов и систем в частотной области. Дискретное
во времени преобразование Фурье (ДВПФ). [2,3]
2
Дискретизация аналоговых видеосигналов. Теорема отсчетов. Дискретизация
радиосигналов. Квадратурное разложение, косвенная и прямая дискретизации.
[2,3,19,20]
Частотно-временные деформации дискретного сигнала. Уменьшение частоты
дискретизации (децимация, прореживание). Увеличение частоты дискретизации
(интерполяция). [7]
3 Z-преобразование.
2
Прямое Z-преобразование и его свойства. Обратное Z-преобразование. Решение
разностных уравнений с помощью Z-преобразования. Передаточная (системная)
функция.[2,3]
4. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ).
Введение. Представление периодических последовательностей дискретным
рядом Фурье (ДРФ). Представление по Фурье последовательности конечной
длительности – дискретное преобразование Фурье. Свойства ДПФ. Круговая
свертка и ее реализация с помощью ДРФ. Линейная свертка с помощью ДПФ.
[2,3]
5. Анализ и проектирование цифровых фильтров (ЦФ).
Частотные и временные характеристики цифровых фильтров. КИХ и БИХ фильтры. Примеры КИХ и БИХ - фильтров 1-го и 2-го порядков и их
применения.[2,3]
Основные структурные схемы при построении БИХ- фильтров. Прямая и
каноническая структуры. Каскадная и параллельная структуры.
Программирование БИХ- фильтра 2-го порядка. Основные структурные схемы
при построении КИХ- фильтров. Эффекты квантования параметров ЦФ. [2,3]
Методы расчета цифровых БИХ- фильтров по данным аналоговых фильтров.
Методы инвариантности импульсной характеристики и билинейного
2
2
2
2
2
2
2
10
10
2
3
3
ITLab
преобразования. Расчет БИХ- фильтров стандартных типов методом
билинейного преобразования. Машинное проектирование БИХ- фильтров.
[2,3,5,6]
Цифровые КИХ- фильтры с линейной фазо-частотной характеристикой
(ФЧХ),виды их и свойства. Методы расчета КИХ- фильтров с линейной ФЧХ:
метод взвешивания, метод частотной выборки, метод чебышевской
оптимизации. [2,3,5,6]
6. Цифровой спектральный анализ (ЦСА).
2
6
6
ЦСА на основе ДПФ. Связь ЦСА с цифровой фильтрацией.
1
Быстрое преобразование Фурье (БПФ). Алгоритмы БПФ с прореживанием по
времени и частоте по основанию 2 и их программные реализации. [2,3]
2
Спектральный анализ случайных сигналов. Классические методы цифрового
оценивания спектральной плотности мощности (СПМ). Коррелограммный и
периодограммный методы оценки СПМ. Использование окон при спектральных
измерениях. Частотное разрешение и произведение “устойчивость *
длительность * ширина полосы”. [8]
7. Современные методы ЦСА высокого разрешения.[8]
3
6
6
Спектральное оценивание на основе параметрических моделей случайных
процессов. Модели авторегрессии (АР), скользящего среднего (СС), и
авторегрессии-скользящего среднего (АРСС) для случайных сигналов и
свойства их СПМ.
Алгоритмы авторегрессионного спектрального оценивания: метод Юла-Уолкера,
гармонический алгоритм (Берга), ковариационный и модифицированный
ковариационный алгоритмы. Выбор порядка моделей. Частотное разрешение и
дисперсия АР- оценок СПМ.
Спектральное оценивание на основе АРСС- моделей: методы раздельного
оценивания АР- и СС- параметров.
1
Моделирование выборочных данных суммой экспоненциальных функций (метод
Прони). Обобщенный метод Прони. Модифицированный метод наименьших
квадратов Прони.
2
2
1
ITLab
8. Техника цифровой обработки сигналов
9
Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов. Цифровое
представление сигналов. Дискретизация и квантование. Шум квантования.
Квантование коэффициентов цифрового фильтра. Децимация и интерполяция.
Аналого-цифровые преобразователи: назначение и принципы работы,
структурные схемы, основные погрешности, типы, параметры. Особенности
сигма-дельта АЦП. Цифро-аналоговые преобразователи
Процессоры для цифровой обработки сигналов. Общие особенности структуры и
систем команд процессоров ЦОС, Гарвардская архитектура. Сравнение ЦПС с
плавающей и фиксированной точкой, эффективная разрядность сигнала после
FFT. Скорость выполнения операций и области применения ЦПС. Сигнальные
процессоры SHARC фирмы Analog Devices и TMS320C5000 фирмы Texas
Instruments.
Итого по курсу
9
6
3
45
45
Учебно-методические материалы по курсу
Материалы лекций будут помещены в информационное пространство лаборатории
Рекомендуемая литература по курсу
1. Голд Б., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов. М., Сов. Радио, 1973.
2. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М., Мир, 1978.
3. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. М., Связь, 1979.
4. Пелед А., Лиу Б. Цифровая обработка сигналов. Киев, Вища школа,1979.
5. Каппелини В., Константинидис А., Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение. М., Радио и связь, 1983.
6. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. М., Радио и связь, 1983.
7. Введение в цифровую фильтрацию. Под ред. Р.Богнера и А.Константинидиса. М., Мир, 1976.
8. Гольденберг Л.М., Матюшкин В.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. М., Радио и связь,
1990.
9. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М., Мир, 1990.
10. Кривошеев В.И. Синтез цифровых КИХ- фильтров по методу взвешивания. Методические указания к лабораторной работе.
ННГУ, 1991.
11. Кривошеев В.И. Синтез цифровых КИХ- фильтров по методу частотной выборки. Методические указания к лабораторной
работе. ННГУ, 1991.
ITLab
12. Кривошеев В.И. Синтез оптимальных цифровых КИХ- фильтров с минимаксной ошибкой. Методические указания к
лабораторной работе. ННГУ, 1991.
13. Кривошеев В.И. Синтез цифровых БИХ- фильтров методом билинейного преобразования. Методические указания к
лабораторной работе. ННГУ, 1991.
14. Кривошеев В.И., Кирьянов К.Г. Цифровой спектральный анализ: Периодограммный и коррелограммный методы.
Методические указания к лабораторной работе. ННГУ, 1993.
15. Кривошеев В.И. Цифровой спектральный анализ: Авторегрессионное оценивание спектров. Методические указания к
лабораторной работе. ННГУ, 1993.
16. Кривошеев В.И. Цифровой спектральный анализ: спектральное оценивание оценивание на основе моделей авторегрессиискользящего среднего. Методические указания к лабораторной работе. ННГУ, 1996.
17. Кривошеев В.И. Цифровой спектральный анализ: метод Прони. Методические указания к лабораторной работе. ННГУ, 1996.
18. Кривошеев В.И. Цифровой спектральный анализ: методы оценивания частоты на основе анализа собственных значений.
Методические указания к лабораторной работе. ННГУ, 1999.
19. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. М., Высшая школа,1982.
20. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. М., Радио и связь, 1986.
21. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. М., Высшая школа, 1988.
22. Цифровые фильтры в электротехнике и радиотехнике. Под ред. Л.М.Гольденберга. М., Радио и связь, 1982.
23. Применение цифровой обработки сигналов. Под ред. Оппенгейма А. М., Мир,1980.
24. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов. Под ред. Гуна С. и др. М., 1989.
25. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М., Мир, 1988.
26. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.,Мир,1989.
27. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Под ред. Якубовского С.В..М.:Радио и связь, 1985
28. Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М., Мир, 1989.
29. Дженкинс Г.М., Ваттс Д.Г. Спектральный анализ и его приложения. Вып.1,2. М., Мир, 1971, 1972.
30. Кей С.М., Марпл-мл. С.Л. Современные методы спектрального анализа. Обзор. ТИИЭР, т. 69, №1, 1981.
31. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. М., Мир, 1974.
32. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. М., Мир, 1982.
33. Хэррис Ф. Использование окон при гармоническом анализе методом ДПФ. ТИИЭР, т.66, N1, 1978.
34. Коэн Л. Время-частотные распределения: Обзор. ТИИЭР, т.77, №10, 1989.
35. Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. М.,
Радио и связь, 1984.