Программа учебной дисциплины «Теория сигналов» Специальности 071500, 013900 (СД. 05)

Вид материала

Программа

Содержание Программа учебной дисциплины 1.2. Задачи курса 2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля Изучение дисциплины по семестрам 3. Содержание дисциплины 3.2. Лабораторный практикум 3.5. Темы рефератов 4. Учебно-методическое обеспечение курса

Подобный материал:

• Программа учебной дисциплины «Физические основы радиоэлектроники» (Преобразование, 74.97kb.
• Программа учебной дисциплины «Теория линейных систем» Специальности 071500, 013900, 64.99kb.
• Программа учебной дисциплины «Электродинамика плазмы» Специальности 071500, 013900, 74.5kb.
• Программа учебной дисциплины «автоматизация физического эксперимента» Специальности, 92.84kb.
• Программа учебной дисциплины сд. Р. 05 «Распространение радиоволн» Специальности 071500,, 77.47kb.
• Программа учебной дисциплины «Распространение электромагнитных волн в плазме» Специальности, 82.76kb.
• Программа учебной дисциплины «Нелинейные колебания и волны» Специальность 013900 (СД., 114.19kb.
• Рабочая программа дисциплины "Алгоритмы и средства цифровой обработки сигналов" для, 61.24kb.
• Программа учебной дисциплины "Классические задачи теории дифракции" Специальность 013900,, 66.46kb.
• Программа учебной дисциплины «Введение в радиофизику» Специальность 013900 (СД., 93.79kb.

Министерство образования Российской Федерации


Санкт - Петербургский государственный университет


Физический факультет

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры радиофизики	УТВЕРЖДАЮ декан факультета ________________ А.С. Чирцов
Протокол от 18. 11. 2003 № 10 Заведующий кафедрой _____________________Н.Н.Зернов

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


«Теория сигналов»

Специальности 071500, 013900 (СД. 05)

Направление 510400 (СД.В.02)

Направление 511500 (ОПД.Ф.04)


Разработчики:

доцент, канд.физ.-мат.наук _________________ В.В. Жевелев


Рецензент:

профессор, докт.физ.-мат.наук _________________ Г.И. Макаров


Санкт - Петербург - 2003 г.


1. Организационно-методический раздел


1.1. Цель изучения дисциплины: Обучение студентов методам цифровой обработки сигналов и выделения сигналов из шумов.

1.2. Задачи курса: Теоретическое изучение основных методов цифровой обработки сигналов и выделения сигналов из шумов.

1.3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника:

Дисциплина «Теория сигналов» является базовой в подготовке профессионального радиофизика и служит основой для решения прикладных задач по обработке сигналов.

1.4. Требования к уровню освоения дисциплины «Теория сигналов»:

• знать содержание дисциплины «Теория сигналов»
  
• и иметь достаточно полное представление о возможностях применения изложенных в курсе методов цифровой обработки сигналов и выделения сигналов из шумов.
  

2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля

	Всего аудиторных занятий	54 часа
	из них: - лекций	54 часа
	- практические занятия	-
	Самостоятельная работа студента (курсовой работы по дисциплине нет)	50 часов
	Итого (трудоемкость дисциплины)	104 часа
Изучение дисциплины по семестрам:
7 семестр: лекции - 54 ч., Экзамен.

3. Содержание дисциплины

1. Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий
   

1. Цифровые фильтры (14 часов)
   
   1. Дискретизация сигнала. Теорема отсчетов.
      
   2. Разностное уравнение для цифровых фильтров. Z - преобразование. Импульсная и частотная характеристики цифрового фильтра.
      
   3. Линейность фазовой характеристики нерекурсивного фильтра. Синтез нерекурсивного фильтра по заданной частотной характеристике. Синтез нерекурсивного фильтра по заданной импульсной характеристике.
      
   4. Синтез рекурсивного фильтра по заданной частотной характеристике с помощью билинейного преобразования. Синтез рекурсивного фильтра нижних частот. Синтез рекурсивного резонансного фильтра.
      
2. Исследование узкополосных линейных систем (8 часов)
   

1. Метод Евтянова для нахождения огибающей отклика избирательной системы на узкополосный сигнал. Спектральный метод. Укороченный коэффициент передачи. Временной метод. Аналог формул Грина и Дюамеля. Отклик избирательной системы на единичную функцию включения без высокочастотного заполнения и с заполнением.
   
2. Исследование переходных характеристик резонансного усилителя.
   
3. Исследование переходных характеристик n-каскадного полосового усилителя (усилителя со связанными контурами).
   

3. Обнаружение и выделение сигнала на фоне помех (20 часов)

1. Помеха как случайная функция времени. Усреднение случайных процессов по времени и по ансамблям. Стационарные и эргодические случайные процессы. Свойства автокорреляционной функции и физический смысл ее спектральной плотности. Определение белого шума.
   
2. Оптимальные фильтры:
   

1. Оптимальные фильтры для выделения детерминированного сигнала, критерий их построения. Две реализации оптимального фильтра: согласованный фильтр на длинных линиях и коррелятор, их отличие.
   
2. Синтез оптимального фильтра для одиночного прямоугольного, треугольного и радио-импульсов, а также для последовательности прямоугольных импульсов. Сравнение полосопропускающего и оптимального фильтров для сигналов простой формы. Создание оптимальных фильтров при наличии не белых шумов.
   
3. Фильтрация сложных сигналов. Оптимальный прием частотно-модулированного сигнала.
   
4. Оптимальные фильтры для статистических сигналов, критерий их построения. Интегральное уравнение для фильтра 1-го рода. Коэффициент передачи и среднеквадратическая ошибка фильтра. Простая и сложная фильтрация. Связь времени анализа с полосой оптимального фильтра. Интегральное уравнение для фильтра 2-го рода. Метод факторизации. Коэффициент передачи и среднеквадратическая ошибка. Сопоставление фильтров 1-го и 2-го рода на примере узкополосных квазимонохроматических сигналов.
   

1. Простое и сложное обнаружение сигнала на фоне помех, простое и сложное измерение его параметров. Теория статистических решений. Критерий Байеса. Коэффициент правдоподобия. Средний риск и пороговое напряжение. Минимальный средний риск. Минимаксный критерий. Критерий Неймана-Пирсона.
   
3. Элементы теории информации (6 часов)
   
   1. Количественное определение информации, содержащейся в сообщении. Информационные характеристики источников дискретных сообщений.
      
   2. Пропускная способность дискретного канала без помех. Теорема Шеннона для канала без помех. Скорость передачи информации и пропускная способность дискретного канала при наличии помех. Основная теорема Шеннона для дискретного канала с шумом.
      
   3. Энтропия источников непрерывных сообщений. Геометрическое представление сигнала. Формула Шеннона для предельной скорости передачи информации в канале с шумом.
      
   4. Общие сведения о кодировании.
      

3.2. Лабораторный практикум

Раздел 3.2 в данной программе отсутствует.

3.3. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы

1. Дискретизация сигнала. Теорема отсчетов.
   
2. Z - преобразование.
   
3. Частотная и импульсная характеристики цифрового фильтра.
   
4. Рекурсивные и нерекурсивные цифровые фильтры.
   
5. Метод Евтянова для нахождения огибающей отклика избирательной системы на узкополосный сигнал.
   
6. Помеха как случайная функция времени.
   
7. Определение белого шума.
   
8. Оптимальные фильтры для выделения детерминированного сигнала из белого шума, критерий их построения.
   
9. Оптимальные фильтры для статистических сигналов, критерий их построения.
   
10. Критерий Байеса.
    
11. Минимаксный критерий.
    
12. Критерий Неймана-Пирсона.
    
13. Энтропия источников дискретных сообщений.
    
14. Кодирование.
    

4. Темы курсовых работ
   

Раздел 3.4 в данной программе отсутствует.

3.5. Темы рефератов

Раздел 3.5 в данной программе отсутствует.


3.6. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу

1. Дискретизация сигнала. Теорема отсчетов.
   
2. Разностное уравнение для цифровых фильтров. Z - преобразование. Частотная и импульсная характеристики цифрового фильтра.
   
3. Линейность фазовой характеристики нерекурсивного цифрового фильтра.
   
4. Синтез нерекурсивного цифрового фильтра по заданной импульсной характеристике.
   
5. Синтез рекурсивного цифрового фильтра по заданной частотной характеристике с помощью билинейного преобразования.
   
6. Метод Евтянова для нахождения огибающей отклика избирательной системы на узкополосный сигнал.
   
7. Отклик избирательной системы на единичную функцию включения.
   
8. Отклик избирательной системы на единичную функцию включения с заполнением.
   
9. Исследование переходных характеристик резонансного усилителя.
   
10. Исследование переходных характеристик полосового усилителя (усилителя со связанными контурами).
    
11. Помеха как случайная функция времени. Стационарные и эргодические случайные процессы.
    
12. Свойства автокорреляционной функции и физический смысл ее спектральной плотности. Определение белого шума.
    
13. Оптимальные фильтры для выделения детерминированного сигнала из белого шума, критерий их построения.
    
14. Создание оптимальных фильтров при наличии не белых шумов.
    
15. Оптимальные фильтры для статистических сигналов, критерий их построения. Интегральное уравнение для фильтра 1-го рода.
    
16. Интегральное уравнение для оптимального фильтра 2-го рода. Метод факторизации.
    
17. Построение оптимального фильтра 1-го рода для квазимонохроматического сигнала со случайной фазой.
    
18. Построение оптимального фильтра 2-го рода для квазимонохроматического сигнала со случайной фазой.
    
19. Критерий Байеса. Минимальный средний риск.
    
20. Минимаксный критерий. Критерий Неймана-Пирсона.
    
21. Энтропия источников непрерывных сообщений.
    
22. Теорема Шеннона для канала без помех.
    
23. Основная теорема Шеннона для дискретного канала с шумом.
    
24. Общие сведения о кодировании.
    

4. Учебно-методическое обеспечение курса


4.1. Активные методы обучения

В данном курсе используются классические аудиторные методы и самостоятельная работа студентов по освоению методов цифровой обработки сигналов и выделения сигналов из шумов.

2. Литература
   

1. Основная
   

1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. M. Радио и связь, 1994.
   
2. Липкин И.А. Основы статистической радиотехники, теория информации и кодирование. Сов.радио, 1978.
   
3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М. Мир. 1978.
   
4. Жевелев В.В., Козина О.Г. Цифровая обработка сигналов.- СПбГУ. 1998.
   

4.2.2. Дополнительная

1. Баскаков Р.И. Радиотехнические цепи и сигналы. M. Высшая школа, 1988.
   
2. Вайнштейн Л.А., Зубаков В.Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех. Сов. радио, 1960 г.
   
3. Шеннон К.Р. Работы по теории информации и кибернетике.- ИЛ, 1963.
   
4. Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике. М., Радио и связь, 1982.
   
5. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. М., Сов.радио , 1980.