Давыдов Анатолий Васильевич, проф., доктор геолого минералогических наук рабочая программа
| Вид материала | Рабочая программа |
- Голиков Юрий Владимирович, проф., доктор геолого-минералогических наук рабочая программа, 68.4kb.
- Вознесенский Евгений Арнольдович, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры, 457.78kb.
- Вознесенский Евгений Арнольдович, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры, 512.29kb.
- Старовойтов Анатолий Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры, 311.48kb.
- Старовойтов Анатолий Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры, 126.07kb.
- Прогноз крупнЫх месторождений нефти и газа в Баренцево-Карском регионе России, 607.91kb.
- Научный выпуск вестник балтийской педагогической академии вып. 29. – 2000 г. Поиск, 1745.18kb.
- Вестник балтийской педагогической академии вып. 94. – 2010 г. Актуальные проблемы нравственного, 2431.92kb.
- Бушуев В. В., Голубев В. С., Коробейников А. А., Скляренко Б. В., Тарко, 739.16kb.
- Международную научную конференцию, посвященную 175-летию со дня рождения профессора, 48.52kb.
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Председатель Методической комиссии
Института Геологии и Геофизики
_____________ /проф. Тагильцев С.Н./
«____» _____________ 2008 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Р.01 - ТЕОРИЯ СИГНАЛОВ И СИСТЕМ
Закреплена за кафедрой: Геоинформатики.
Учебный план специальности подготовки дипломированных специалистов 230201 "Информационные системы в технике и технологиях" (ГИН).
Часов по РУП: общее - 151 ч., обязательные аудиторные занятия – 116 ч., самостоятельная работа студентов - 35 ч.
Виды контроля в семестрах: экзамен - 3; зачет – 4; защита КР – 3; расчетно-графические работы – 4 (3 и 4 семестры).
Программу составил:
Давыдов Анатолий Васильевич, проф., доктор геолого - минералогических наук.
Рабочая программа дисциплины ЕН.Р.01 «Теория сигналов и систем» составлена на основании:
а) опыта преподавания дисциплины в университете в соответствии с общими требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования подготовки дипломированного специалиста по направлению 230200 "Информационные системы" (регистрационный номер 276 тех/дс, 27.03.2000, квалификация - инженер).
б) рабочего учебного плана специальности 230201 "Информационные системы в технике и технологиях" (утвержден 23.06.2000).
Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры геоинформатики. Протокол № 3 от 9 февраля 2007 г.
Зав. кафедрой ____________________ проф. Писецкий В.Б.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с основами математического представления и преобразований информационных данных в современных информационных системах регистрации, накопления, обработки и представления данных, изучение методов реализации в информационных системах и на современных персональных компьютерах эффективных алгоритмов преобразования и анализа информационных данных.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент должен иметь представление: о типах информационных сигналов, динамической и спектральной формах их математического представления, методах представления сигналов в современных информационных системах, методах математического моделирования сигналов, о методах и системах преобразования информационных сигналов при обработке, передаче и использовании информации в системах.
Студент должен знать: метрологию сигналов; математические модели сигналов; принципы разложения сигналов, свертку сигналов, частотное представление сигналов; принципы дискретизации и восстановления непрерывных сигналов, методы децимации и интерполяции информационных данных; передаточные функции и частотные характеристики линейных систем; модулирование и демодулирование сигналов; системы передачи данных по линиям связи; классические приложения преобразования информационных данных.
Студент должен уметь: определять параметры линейных систем регистрации и формирования результатов наблюдений и выполнять классические преобразования данных; моделировать процессы регистрации данных и их обработки; оценивать корректность дискретизации данных и производить их частотный анализ; оценивать параметры и надежность линий связи при передаче данных; выполнять анализ результатов измерений с помощью программных пакетов общего и специального назначения; оформлять результаты обработки информационных данных.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (тематический план)
Наименование раздела и темы | Обяз. ауд. часов | Литература |
Раздел 1. Математические основы теории сигналов и систем. | 44 | |
Математическое описание сигналов. Классификация сигналов. Типы сигналов. Преобразования сигналов. Тестовые сигналы. Системы преобразования сигналов. Линейные системы. Понятие информации. Количественная мера информации. Информационная емкость сигналов. | 4 | [1], c. 11-15,[2], с. 21-24,[3], тема 1,24 стр. |
Множества сигналов. Линейное пространство сигналов. Норма и метрика сигналов. Скалярное произведение. Коэффициент корреляции сигналов. Координатный базис пространства. Ортогональные сигналы. Разложение сигнала в ряд. Ортонормированные системы функций. Понятия мощности и энергии сигналов. Шумы и помехи в сигналах. | 4 | [1], c. 23-33,[2], с. 25-29,[3], тема 2,19 стр. |
Единичные импульсы. Разложение сигналов по единичным импульсам. Импульсный отклик линейной системы. Свертка (конволюция) сигналов. Интеграл Дюамеля. Свойства свертки. Системы свертки. | 2 | [1], c. 16-22,[3], тема 3,8 стр. |
Разложение сигналов по гармоническим функциям. Непрерывные преобразования Фурье и Лапласа. Интеграл Фурье. Обобщенный ряд Фурье. Свойства преобразований Фурье. Теорема запаздывания. Преобразование свертки, производной, интеграла, произведения сигналов. Спектры мощности. Равенство Парсеваля. Спектры типовых сигналов. | 6 | [1], c. 38-60,[3], тема 4,24 стр. |
Мощность и энергия сигналов. Энергетические спектры сигналов. Скалярное произведение сигналов. Взаимный энергетический спектр. | 2 | [1], c. 72-76,[3], тема 5,5 стр. |
Корреляционные и ковариационные функции сигналов. Корреляционные функции финитных, периодических, дискретных и кодовых сигналов. Взаимнокорреляционные функции сигналов. Спектральные плотности корреляционных функций. Интервал корреляции сигнала. | 2 | [1], c. 77-90,[3], тема 6,12 стр. |
Принципы дискретизации и воспроизведения сигналов. Равномерная дискретизация. Спектры дискретных сигналов. Интерполяционный ряд Котельникова-Шеннона. Информационная тождественность динамической и спектральной формы сигналов. Соотношение спектров одиночного и периодического сигналов. Дискретизация по критерию наибольшего отклонения. Адаптивная дискретизация. Квантование сигналов. Децимация и интерполяция сигналов. | 4 | [1], c. 122-126,[2], с. 183-194,[3], тема 7,17 стр. |
Дискретные преобразования Фурье и Лапласа. Быстрое преобразование Фурье. Z-преобразование сигналов. Свойства z-преобразования. Связь с преобразованиями Фурье и Лапласа. Аналитическая форма z-образов. Обратное z-преобразование. Дискретная свертка сигналов. | 3 | [1], c. 382-395,[2], с. 30-55, 78-89, 215-242,[3], тема 8,10 стр. |
Случайные процессы. Корреляционные функции процессов. Взаимные моменты случайных процессов. Функции спектральной плотности. Каноническое разложение случайных функций, финитное преобразование Фурье. Спектры функций случайных процессов. Теорема Винера-Хинчина. Преобразования случайных функций. Функция когерентности. Модели случайных сигналов и помех. | 5 | [1], c. 140-161,[2], с. 271-278,[3], тема 9,21 стр. |
Основные системные операции. Математические модели систем. Нерекурсивные и рекурсивные системы. Импульсные характеристики систем. Реакция систем на произвольные сигналы. Передаточные функции цифровых систем. Устойчивость систем. Частотные характеристики систем. Реакция систем на случайные сигналы. Структурные схемы систем. Графы систем. Соединения систем. Схемы реализации систем. | 4 | [1], c. 190-215,[2], с. 59-77, 99-106, 144-157, 279-286,[3], темы 10, 11,19 стр. |
Определение преобразования. Энергетический и фазовый спектры. Свойства преобразования. Двумерное преобразование Хартли. Дискретное преобразование Хартли. Свойства дискретного преобразования. Цифровая фильтрация сигналов методом свертки. | 2 | [3], тема 12,10 стр. |
Двумерные и многомерные сигналы. Импульсный отклик систем. Двумерная свертка. Частотные характеристики сигналов и систем. Импульсный отклик систем. Свойства двумерного преобразования Фурье. Дискретизация двумерных сигналов. Дискретные преобразования Фурье. Интерполяционный ряд восстановления двумерного сигнала. Прямоугольный и гексагональный растры дискретизации. Частотный анализ многомерных сигналов. Периодические последовательности. Конечные последовательности. Многомерные последовательности. | 6 | [3], тема 13,14 стр.[6], c. 15-72, |
Раздел 2. Сигналы и системы передачи данных. | 22 | |
Сети и линии связи. Передача информации по каналам связи. Характеристики линий связи. Пропускная способность каналов. Способы передачи данных. Аналоговая модуляция. Дискретная (цифровая) модуляция. Системы телеобработки информации. Аппаратура линий связи. Способы цифрового кодирования данных. Методы синхронизации. Методы обнаружения искажений. | 2 | [3], тема 14,13 стр. |
Амплитудная модуляция (АМ). Энергия АМ-сигналов. Демодуляция АМ-сигналов. Балансная, однополосная, полярная амплитудная модуляция. Сигналы с угловой модуляцией (УМ). Фазовая модуляция. Частотная модуляция. Спектры сигналов с угловой модуляцией. Демодуляция УМ – сигналов. Квадратурная модуляция. Демодуляция квадратурного сигнала. Внутриимпульсная частотная модуляция. ЛЧМ-сигналы. Спектр прямоугольного ЛЧМ-сигнала. Импульсно-модулированные сигналы. Амплитудно- и широтно-импульсная модуляция. Временная импульсная модуляция. Кодово-импульсная модуляция. Модуляция символьных и кодовых данных. Амплитудно-манипулированные сигналы. Угловая манипуляция. | 8 | [1], c. 92-113,[3], тема 15,18 стр. |
Комплексное представление вещественных сигналов. Спектральная плотность аналитического сигнала. Огибающая и мгновенная фаза сигналов. Мгновенная частота. Огибающие модулированных сигналов. Анализ каузальных систем. Определение преобразования Гильберта. Спектральная характеристика преобразования. Спектры каузальных функций. Свойства преобразования Гильберта. Свойства ортогональности, свертки, модуляции. Обратное преобразование Гильберта. Вычисление преобразования Гильберта. Оператор дискретного преобразования. | 4 | [1], c. 131-138,[2], с. 431-446,[3], темы 16, 17,14 стр. |
Основное уравнение кабельной линии. Волновое сопротивление линии. Режимы передачи сигналов кабельной линией. Задержка сигналов в кабеле. Многожильные кабели. Первичные и вторичные электрические параметры кабеля. Частотные характеристики жил кабеля. | 4 | [3], тема 18,8 стр. |
Первичные электрические параметры кабелей. Активное сопротивление. Проводимость изоляции жил кабеля и электромагнитные потери. Емкость токопроводящих жил. Индуктивность кабеля. Вторичные электрические параметры кабеля. Волновое сопротивление. Частотные характеристики жил кабеля. Импульсный отклик кабеля. | 2 | [3], тема 19,13 стр. |
Фильтр восстановления формы сигналов. Общая методика синтеза фильтров. Точность воспроизводства формы импульсов. Фильтр восстановления кодовых сигналов. Предельная частота передачи данных. Принципы реализации фильтров частичной деконволюции. | 2 | [3], тема 21,12 стр. |
4. ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ. КУРСОВАЯ РАБОТА.
4.1. Практические и расчетно-графические работы.
Работы выполняются на компьютерах по типовым программам с заданием индивидуальных параметров моделирования, расчетов и обработки данных для каждого студента группы.
Номер раздела и темы | Наименование тем практических работ, необходимое обеспечение. |
1.1. | Общие понятия сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp01.zip. Литература: [3], тема 1. |
1.2. | Метрология сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp02.zip. Литература: [3], тема 2. |
1.3,1.7. | Динамическое представление сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp03.zip. Литература: [3], тема 1, 7 |
1.3,1.7. | Операции свертки сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp04.zip. Литература: [3], тема 1, 7, 8. |
1.7,1.8. | Дискретная свертка (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp05.zip. Литература: [3], тема 7, 8. |
1.4. | Ряды Фурье периодических сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp06.zip. Литература: [3], тема 4. |
1.4. | Ряды Фурье периодических сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp06.zip. Литература: [3], тема 4. |
1.4. | Спектры конечных сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp07.zip. Литература: [3], тема 4. |
1.4,1.7,1.8. | Свойства преобразований Фурье (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp08.zip. Литература: [3], тема 4, 7, 8. |
1.4,1.7,1.8. | Свойства преобразований Фурье (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp09.zip. Литература: [3], тема 4, 7, 8. |
1.4,1.7,1.8. | Спектры простых сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp10.zip. Литература: [3], тема 4, 7, 8. |
1.7,1.8,1.10. | Преобразование формы сигналов в системах (4 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/program/tvsfiltr.zip. Литература: [3], тема 4, 8, 11. |
1.7,1.8. | Дискретизация и интерполяция сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp11.zip. Литература: [3], тема 7, 8. |
1.7,1.8. | Искажения при дискретизации сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp12.zip. Литература: [3], тема 7, 8. |
1.8. | Дискретные преобразования Фурье, циклическая свертка (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp13.zip. Литература: [3], тема 8. |
1.5,1.8. | Энергетические спектры сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp14.zip. Литература: [3], тема 4, 5. |
1.6. | Корреляционные функции сигналов (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/signals/practical/emp15.zip. Литература: [3], тема 6. |
2.2. | Угловая модуляция сигналов (2 часа).Разработать программу моделирования сигналов. Фазовая модуляция (ФМ). Частотная модуляция (ЧМ). Демодуляция сигналов. Базовая программа: rod.ru/program/setar.zip . Литература: [3], тема 15. |
2.2. | Импульсно-модулированные сигналы (2 часа).Разработать программу моделирования сигналов. Амплитудно-импульсная модуляция. Широтно-импульсная модуляция. Амплитудно-манипулированные сигналы. Базовая программа: rod.ru/program/setar.zip. Литература: [3], тема 15. |
2.3. | Аналитические сигналы, преобразование Гильберта (2 часа).Программа для выполнения работы: rod.ru/program/hilbert.zip. Литература: [3], тема 16, 17. |
1.7,1.8,1.9. | Расчетно-графическая работа № 1 (2 часа).Использование блочных программ в среде Mathcad. Моделирование сигналов и шумов. Разработка дополнения к базовой программе для свертки сигналов с функциями сглаживания шумов: прямоугольной, треугольной, гауссовой. Оценка качества сглаживания.Базовая программа: rod.ru/program/noise.zip. Литература: [3], тема 1-3, 7-8. |
1.4,1.7,1.8. | Расчетно-графическая работа № 2 (2 часа).Программы Mathcad для спектрального анализа данных. Подготовка массивов данных для цифровой обработки. Выполнение дискретного преобразования Фурье. Спектральный анализ массивов данных. Разработка дополнения к базовой программе для выполнения обратного преобразования Фурье.Базовые программы: rod.ru/program/setar.zip, rod.ru/program/furtr.zip. Литература: [3], тема 4, 7, 8. |
2.2. | Расчетно-графическая работа № 3 (2 часа).Моделирование сигналов с амплитудной модуляцией. 2 часа. Дополнить базовую программу моделирования сигналов блоками моделирования модулированных сигналов. Балансная амплитудная модуляция. Однополосная модуляция. Полярная модуляция.Базовая программа: rod.ru/program/setar.zip. Литература: [3], тема 15. |
2.4,2.5. | Расчетно-графическая работа № 4 (2 часа).Выполнить расчет вторичных электрических параметров и импульсного отклика каротажного бронированного кабеля.Базовая программа: rod.ru/program/cablemodel.zip . Литература: [3], тема 18, 19. |
4.2. Курсовая работа.
Представляет собой проектирование системы преобразования формы сигнала в удобную для обработки форму с исходными параметрами расчетов, индивидуальными для каждого студента. Типовое название работы: "Расчет и оптимизация фильтра преобразования формы сигнала". Кроме типовой работы, по согласованию с кафедрой, студентам предоставляется возможность выполнения индивидуальных работ по разработке конкретных программ обработки сигналов в среде Mathcad. Трудоемкость выполнения - 12 часов.
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
5.1. Рекомендуемая литература.
5.1.1. Основная литература.
1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.
2. Солонина А.И. и др. Основы цифровой обработки сигналов: Учебное пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 768 с.
3. Давыдов А.В. Сигналы и линейные системы. Тематические лекции: Учебное пособие в электронной форме. – Екатеринбург, УГГУ, ИГиГ, каф. ГИН. – v.narod.ru/signals/index.php.
5.1.2. Дополнительная литература.
4. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.
5. Сато Ю. Обработка сигналов. Первое знакомство. – Изд.: ДОДЭКА, 2002. – 175 с.
6. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. – М.: Мир, 1988.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Лекционный курс дисциплины: rod.ru/signals/index.php .
Компьютерные программы и методические руководства к лабораторным работам:
- Электронный учебник по Mathcad - rod.ru/textbook/mathbook.htm .
- Инструкция по выполнению занятий - rod.ru/emp.htm .
- Программы лабораторных работ - rod.ru/signals/practical/index.php .
- Прикладные программы обработки сигналов - rod.ru/program/index.php .
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
Класс персональных компьютеров.