321
.pdfМинистерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Цифровая обработка сигналов
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника
Воронеж 2018
2
УДК 681.7.06
Цифровая обработка сигналов: Методические указания для
самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 –
Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 8
с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Афоничев Д.Н.
3
1. Введение
Учебным планом по направлению подготовки бакалавра 15.03.06 – Мехатроника и робототехника предусмотрено изучение курса «Цифровая обработка сигналов».
В результате освоения дисциплины студент должен:
–знать: методы математического описания и алгоритмы цифровой обработки сигналов;
–уметь: применять методы цифровой обработки для фильтрации, преобразования и анализа измерительных сигналов;
–владеть: навыками синтеза цифровых измерительных преобразователей.
2.Общие указания
Методические указания предназначены для бакалавров 3-го курса (6-й семестр) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Трудоемкость |
Семестр |
||
Виды учебной работы |
Всего |
В зачетных |
6 |
|
|
часов |
единицах |
||
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
144 |
4 |
144 |
|
Аудиторные занятия |
54 |
1,5 |
54 |
|
Лекции (Л) |
18 |
0,5 |
18 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
– |
– |
– |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
36 |
1 |
36 |
|
Семинары (С) |
– |
– |
– |
|
Занятия, проводимые в интерактивной |
16 |
0,44 |
16 |
|
форме |
||||
|
|
|
||
Самостоятельная работа (Сам) |
54 |
1,5 |
54 |
|
Контроль самостоятельной работы (КСР) |
36 |
1 |
36 |
|
|
|
|
|
|
Курсовой проект (работа) |
* |
* |
* |
|
|
|
|
|
|
РГР (ГАР, РАР) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Реферат |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
36 |
1 |
экзамен |
4
Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не получившим достаточного освящения в учебной литературе.
Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к экзамену.
3. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Основные характеристики сигналов Классификация сигналов. Энергия и мощность сигналов. Преобразование
Фурье, спектр сигнала. Вероятностные характеристики случайных процессов. Корреляционная функция.
Раздел 2. Линейные системы обработки сигналов Понятие линейной системы. Импульсная и переходная характеристики.
Комплексный коэффициент передачи. Фазовая и групповая задержка. Корреляция между входным и выходным сигналом. Способы описания линейных систем: дифференциальное уравнение, функции передачи, нули и полюсы, полюсы и вычеты.
Раздел 3. Дискретизация сигналов Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования. Частота
Найквиста. Теорема Котельникова. Форматы представления чисел в ЭВМ и эффекты квантования.
Раздел 4. Фильтрация выборки Способы описания дискретных систем. Рекурсивные и нерекурсивные
фильтры. Формы реализации дискретных фильтров: каноническая, транспонированная, последовательная, параллельная.
Раздел 5. Спектральный анализ сигнала Дискретное преобразование Фурье. Алгоритм быстрого преобразования
Фурье. Дискретная фильтрация с помощью преобразования Фурье.
5
4. Лабораторные занятия
Перечень лабораторных работ по курсу для студентов очного обучения представлен в табл.2.
Таблица 2 – Перечень лабораторных работ
№ |
Номер раздела |
Наименование лабораторных работ |
|
пп |
дисциплины |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1. |
Раздел 4 |
|
Синтез цифровых КИХ-фильтров и исследование |
|
|
|
их характеристик (12 часов) |
|
|
|
|
2. |
Раздел 4 |
|
Методы проектирования и программная |
|
|
|
реализация КИХ-фильтров (12 часов) |
|
|
|
|
3. |
Раздел 4 |
|
Исследование цифровых фильтров с бесконечной |
|
|
|
импульсной характеристикой (12 часов) |
|
|
|
|
|
|
5. Самостоятельная работа бакалавров |
Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение бакалавров. Темы этой работы представлены в табл.3.
Таблица 3 – Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение
№ п/п |
Тема самостоятельной работы |
Номер источника |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1. |
Устойчивость цифровых фильтров |
1 о. (С. 68-72), |
|
|
2о. (С. 100-102) |
|
|
|
2. |
Нелинейные алгоритмы цифровой обработки |
|
|
сигналов на основе метода комплексных |
1 о. (С. 197-248) |
|
огибающих |
|
|
|
|
3. |
Линейные алгоритмы цифровой обработки |
1 о. (С. 251-259) |
|
полосовых сигналов по методу комплексных |
|
|
огибающих |
|
|
|
|
4. |
Импульсно-кодовая модуляция |
2 д. (С. 68-75) |
|
|
|
5. |
Адаптивная фильтрация |
2 д. (С. 120-125) |
|
|
|
Контроль самостоятельной работы бакалавров осуществляется преподавателем. Контроль качества освоения дисциплины проводится посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. Результаты контроля отражаются в баллах модульно-рейтинговой системы оценки знаний бакалавра.
6
После прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных работ бакалавр допускается к сдаче экзамена. Контрольные вопросы к экзамену для бакалавров очного обучения приведены ниже.
6. Курсовое проектирование
Выполнение курсовой работы производится за счет самостоятельной работы студентов при организации регулярных консультаций.
Таблица 4 – Наименование разделов курсового проектирования
№ |
Номер раздела |
Наименование разделов курсового |
пп |
дисциплины |
проектирования |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1. |
Раздел 2, 3, 4 |
Аналоговый БИХ фильтр |
|
|
|
2. |
Раздел 2, 3, 4 |
Цифровой БИХ фильтр |
|
|
|
3. |
Раздел 2, 3, 4 |
Цифровой КИХ фильтр |
|
|
|
7. Контрольные вопросы
1.Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы и их описание.
2.Примеры дискретных сигналов.
3.Спектры аналоговых и дискретных сигналов.
4.Соотношения между аналоговыми и дискретными сигналами.
5.Дискретное преобразование Фурье и его свойства.
6.Свертка дискретных сигналов.
7.Круговая (периодическая) свертка дискретных сигналов.
8.Линейная (апериодическая) свертка дискретных сигналов.
9.Секционированные свертки дискретных сигналов.
10.Аппарат разностных уравнений.
11.Рекурсивные и нерекурсивные дискретные системы.
12.Z - преобразование и его свойства.
13.Z - преобразования основных дискретных последовательностей. 14.Обратное Z-преобразование и методы его вычисления. 15.Решение разностных уравнений с помощью Z-преобразования. 16.Передаточные функции цифровых фильтров.
17.Виды соединения цифровых фильтров.
18.Структурные схемы цифровых фильтров.
19.Импульсные и частотные характеристики цифровых фильтров.
20.Фильтры с конечной импульсной характеристикой.
21.Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой.
22.Устойчивость дискретных фильтров.
23.Методы проектирования цифровых фильтров.
7
24.Критерии, используемые при проектировании цифровых фильтров.
25.Аппроксимационные задачи, возникающие при проектировании цифровых фильтров.
26.Методы проектирования КИХ-фильтров.
27.Методы проектирования БИХ-фильтров.
28.Билинейное преобразование и его свойства.
29.Понятие о программной и аппаратной реализации фильтров.
30.Перспективы развития теории цифровой обработки сигналов.
31.Теоретико-числовые преобразования - перспективные методы для применения в цифровой обработке сигналов.
Библиографический список
Основная литература
1. Гадзиковский, В.И. Цифровая обработка сигналов: Практическое пособие Учебное пособие [Электронный ресурс] / В.И. Гадзиковский – М.:СОЛОН-Пр., 2014. – 766 с. // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/883840. – Загл. с экрана.
Дополнительная литература
2. Ролдугин, С.В. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие / Ролдугин С.В., Паринов А.В., Голубинский А.Н. – Воронеж:Научная книга, 2016. – 144 с. [Электронный ресурс] // ЭБС Знаниум. – Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=923327. – Загл. с экрана.
3. Грибанов, А. А. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ.
– Воронеж, 2018. – 32 с. – ЭБС ВГЛТУ.
4. Грибанов, А. А. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс] : методические указания к выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 12 с. – ЭБС ВГЛТУ.
5. Грибанов, А. А. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А. Грибанов ; ВГЛТУ.
– Воронеж, 2018. – 8 с. – ЭБС ВГЛТУ.
8
Грибанов Андрей Анатольевич
Цифровая обработка сигналов
Методические указания для самостоятельной работы студентов по
направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника
Редактор С.Ю. Крохотина
Подписано в печать |
Формат бумаги |
Заказ |
||
Объем |
п.л. |
Усл. п.л. |
Уч-изд. л. |
Тираж |
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»