Введение в специальность

Вид материала

Программа

Содержание Заключение Перспективы развития теории и техники РПдУ. Примерный перечень лабораторных работ Примерная тематика курсовых работ Цифровая обработка сигналов С.М. Костромицкий Программа «Цифровая обработка сигналов» разработана для специальностей I-39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные сист Содержание дисциплины И системы Квантование сигнала. Тема 1.2. Математические модели дискретной и цифровой систем обработки сигналов Тема 2.2.Быстрое преобразование Фурье Тема 2.3. Дискретные преобразования Тема 2.4. Дискретные преобразования в поле целых чисел Тема 2.5. Обобщенные ортогональные Тема 2.6. Дискретная свертка и корреляция Методы вычисления сверток. Автокорреляция и взаимная корреляция. Тема 3.2. Типовые и специализированные цифровые фильтры Цифровые фильтры со специальными характеристиками. Тема 3.3. Непараметрические методы спектрального ... Полное содержание

Подобный материал:

• Е. В. Арляпова введение в специальность «реклама», 1668.44kb.
• А. К. Мазуров введение в специальность, 3019.75kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «введение в специальность» для специальности, 107.59kb.
• Анализ и планирование трудовых показателей Аудит и контроллинг персонала Введение, 12.45kb.
• Рабочая программа дисциплины Введение в специальность специальность 032001 Документоведение, 55.23kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Введение в литературоведение Специальность, 711.32kb.
• Учебно методический комплекс по дисциплине «Введение в специальность» Специальность, 2682.27kb.
• Курс Комплексный экзамен по циклам опд, сд и дисциплинам специализации: «Введение, 469.08kb.
• В г. Орске Специальность: 021100 «Юриспруденция» Дисциплина: Уголовное право Курсовая, 432.15kb.
• Введение в специальность, 1423.7kb.

Заключение

Перспективы развития теории и техники РПдУ.

Примерный перечень тем практических занятий

1. Структурные схемы радиопередающих устройств.
   
2. Использование аппроксимированных характеристик для расчёта режимов активных элементов.
   
3. Влияние питающих напряжений и сопротивления нагрузки на режим активного элемента в усилителе мощности.
   
4. Колебательные цепи генераторов.
   
5. Построение схем резонансных ГВВ.
   
6. Регулировочные характеристики автогенераторов.
   
7. Построение схем автогенераторов.
   
8. Электрический расчёт автогенератора.
   
9. Способы осуществления ЧМ.
   
10. Электрический расчёт частотного модулятора.
    
11. Транзисторный усилитель СВЧ-мощности по схеме с общей базой и его расчёт.
    
12. Диодные СВЧ-генераторы.
    
13. Расчёт генератора на диоде Ганна.
    
14. Расчёт характеристик синхронизированных генераторов.
    
15. Побочное излучение РПдУ.
    

Примерный перечень лабораторных работ

1. Исследование генераторов с внешним возбуждением.
   
2. Исследование цепей согласования выходных каскадов ГВВ.
   
3. Транзисторные автогенераторы.
   
4. Исследование стабильности частоты транзисторных автогенераторов.
   
5. Исследование генератора дециметрового диапазона волн.
   
6. Исследование амплитудной модуляции в транзисторных генераторах.
   
7. Частотно-модулированный автогенератор.
   
8. Радиопередатчик низовой связи.
   
9. Исследование характеристик генератора на диоде Ганна.
   
10. Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя.
    
11. Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя.
    
12. Исследование генератора на ЛБВ.
    
13. Исследование модулятора с полным и частичным разрядом накопителя на магнетроне.
    
14. Оптический передатчик для волоконно-оптической линии связи.
    

Примерная тематика курсовых работ

В курсовом проекте предусматривается выполнение расчёта основных каскадов и эскизное проектирование передатчиков радио- и оптического диапазонов волн на транзисторах, полупроводниковых диодах, лампах или других электронных приборах, в том числе с микропроцессорными системами настройки и регулирования. Курсовое проектирование, как правило, проводится с широким использованием средств современной вычислительной техники.


ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 1996.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов / Л.А. Белов, В.А. Богачёв, М.В. Благовещенский и др.; Под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова, М.В. Благовещенского. – М.: Радио и связь, 1994.

2. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. – М.: Высш. шк., 1989.

3. Проектирование радиопередатчиков / В.В. Шахгильдян, В.А. Власов,

В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000.

4. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. – М.: Радио и связь, 1987.

Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики

и радиоэлектроники

« 03 » июня 2003 г.

Регистрационный № ТД-39-067/тип.


ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ


Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям I-39 01 01 Радиотехника,

I-39 01 02 Радиоэлектронные системы


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

С.Б. Саломатин, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук


Рецензенты:

Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики Беларусь (протокол № 11 от 25.2003 г.);

С.М. Костромицкий, Научно-производственное республиканское унитарное предприятие «СКБ Камертон», профессор, доктор технических наук

Кафедра «Телекоммуникационные системы» Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол № 19.02.2003 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8 от 10.03.2003 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 26.05.2003 г.)


Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа «Цифровая обработка сигналов» разработана для специальностей I-39 01 01 Радиотехника, I-39 01 02 Радиоэлектронные системы высших учебных заведений.

Целью преподавания дисциплины является углубленная теоретическая и практическая подготовка студентов радиотехнических специальностей по основным направлениям цифровой обработки сигналов (ЦОС): цифровой фильтрации, спектрально-корреляционному анализу и оценки параметров, многомерной и адаптивной обработки, алгоритмическому обеспечению.

Студент, изучивший дисциплину «Цифровая обработка сигналов», должен:

знать:

• принципы и особенности дискретизации сигналов в радиоэлектронных системах;
  
• преобразования сигналов при цифровой обработке и связанные с ними искажения и погрешности;
  
• алгоритмы цифровой фильтрации, спектрального анализа и оценки параметров сигнала;
  
• методы синтеза систем цифровой обработки сигналов и оценки эффективности их работы;
  
• основные применения ЦОС.
  

При решении задач проектирования систем ЦОС студент должен

уметь:

• обоснованно оценить необходимые параметры дискретизации и квантования;
  
• выбирать наиболее эффективный алгоритм обработки;
  
• выполнять синтез цифрового фильтра;
  
• вычислять основные преобразование и базовые модели системы ЦОС;
  
• моделировать алгоритмы обработки на ЭВМ в средах общего и специализированного математического программного обеспечения (MathCAD, MatLAB, Maple и др.);
  
• оценить сложность реализации алгоритмов обработки на современной элементной базе.
  

Программа рассчитана на объем 120 учебных часов, в том числе аудиторных 80 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ

Задачи цифровой обработки в радиоэлектронных системах. Сравнение аналоговых и цифровых методов обработки сигналов. Преимущества и недостатки цифровой обработки сигналов. Области применения и возможности ЦОС. Общая структура системы цифровой обработки сигналов.


Раздел 1. ДИСКРЕТНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ

И СИСТЕМЫ


Тема 1.1. Дискретизация и квантование сигналов

Математические модели дискретных сигналов. Дискретизация видео- и радиосигналов. Дискретное представление сигналов в виде функционального ряда. Условия выбора частоты дискретизации.

Квантование сигнала. Эффекты и шумы квантования. Стохастическая модель аналого-цифрового преобразования. Условия математической адекватности цифрового и дискретного сигналов. Алгебраическая структура цифровых сигналов и систем. Системы счисления, применяемые в ЦОС.


Тема 1.2. Математические модели дискретной и цифровой систем обработки сигналов

Методы и модели ЦОС. Разностные уравнения и метод пространства состояний. Оператор сдвига. Z- преобразование и преобразование Фурье дискретных сигналов. Спектры дискретных сигналов. Понятие цифрового фильтра. Технические показатели эффективности ЦОС. Точность и вычислительная сложность обработки сигналов.


Раздел 2. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ


Тема 2.1. Дискретное преобразование Фурье

Обработка сигналов с помощью дискретных ортогональных преобразований (ДПФ). Система дискретных экспоненциальных функций (ДЭФ) и обработка сигналов в поле комплексных чисел. Дискретное преобразование Фурье и его свойства. Прямое и обратное преобразования. Двухмерное ДПФ. Вычислительная сложность и точность ДПФ.


Тема 2.2.Быстрое преобразование Фурье

Определение быстрого преобразования Фурье (БПФ). Классификация алгоритмов БПФ. Алгоритмы БПФ с прореживанием во времени и частоте. БПФ по смешанному основанию. Алгоритм БПФ в системе остаточных классов.

Дуальность усеченного ДПФ и свертки. Сверточные и полиномиальные алгоритмы вычисления ДПФ. Вычисление БПФ с помощью ЛЧМ-Z-преобразования. Оценка вычислительной сложности и точности БПФ.


Тема 2.3. Дискретные преобразования

в поле вещественных чисел

Функции и дискретное преобразование Уолша-Адамара, их свойства и применение при цифровой обработке сигналов в поле вещественных чисел. Быстрое преобразование Уолша (БПУ). Оценка вычислительной сложности и точности.


Тема 2.4. Дискретные преобразования в поле целых чисел

Теоретико-числовые преобразования (ТЧП). Повышение точности вычислений с помощью теоретико-числовых преобразований сигналов в поле целых чисел. Прямые и обратные ТЧП, условия их существования. ТЧП Мерсенна и быстрое ТЧП Ферма. Оценка вычислительной сложности.


Тема 2.5. Обобщенные ортогональные

преобразования цифровых сигналов

Понятие обобщенного базиса. Характеры. Оператор циклического, диадного и обобщенного группового сдвига. Обобщенное преобразование Фурье. Классификация основных Фурье-подобных преобразований. Понятие о преобразовании Понтрягина-Виленкина. Преобразование спектров цифровых сигналов.


Тема 2.6. Дискретная свертка и корреляция

Дискретная свертка. Задача вычисления свертки и корреляции в цифровой обработки сигналов. Разновидности сверток: циклическая, линейная, диадная и свертка относительно обобщенного группового сдвига

Матричное и полиномиальное описание процесса вычисления свертки. Теплицевы и ганкелевы матрицы сдвигов, их свойства. Связь структур линейной и циклической свертки.

Методы вычисления сверток. Алгоритмы матричного, полиномиального вычисления. Вычисление циклической свертки с помощью быстрых ортогональных преобразований. Вычисление части линейной свертки и секционирование: методы перекрытия с накоплением и перекрытия с суммированием.

Автокорреляция и взаимная корреляция. Периодические и апериодические решетчатые (дискретные) корреляционные функции. Алгоритмы вычислений дискретных корреляционных функций и функции неопределенности цифровых сигналов.


Раздел 3. БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ ЦОС


Тема 3.1. Описание цифровых фильтров с помощью аппарата разностных уравнений и дискретной свертки

Рекурсивные и нерекурсивные цифровые фильтры, их основные характеристики и параметры. Передаточные функции и частотные характеристики фильтров. Нерекурсивные цифровые фильтры с линейной ФЧХ. Минимально-фазовые нерекурсивные фильтры. Неминимально-фазовые фильтры. Формы реализации цифровых фильтров.


Тема 3.2. Типовые и специализированные цифровые фильтры

Типовые цифровые фильтры. Полосовые, квадратурные фильтры. Методы синтеза. Критерии, формулировка и методы решения задач аппроксимации. Методы оценки и обеспечения точности цифровых фильтров. Масштабирование сигналов в цифровых фильтрах.

Цифровые фильтры со специальными характеристиками. Дифференцирующие, интегрирующие и гребенчатые цифровые фильтры. Децимирующий и интерполирующий цифровые фильтры, понятие многоскоростной фильтрации.


Тема 3.3. Непараметрические методы спектрального

и корреляционного анализа

Задачи и методы спектрального анализа детерминированных дискретных сигналов. Параметры анализаторов спектра. Базовая структура анализатора спектра на основе ДПФ и БПФ. Частотная характеристика анализатора спектра на основе ДПФ. Особенности гармонического анализа сигналов. Роль параметров и весовых функций, используемых при спектральном анализе.

Спектральный анализ нестационарных сигналов. Недостатки ДПФ при обработки нестационарных сигналов. Понятие о частотно-временных преобразованиях. Применение текущего (короткого), весового ДПФ. Преобразование Габора. Фрактальные процессы. Дискретные Вейвлет- преобразования. Быстрое преобразование Хаара .

Спектрально-корреляционный анализ дискретных случайных сигналов. Статистические оценки автокорреляции и взаимной корреляции дискретных случайных сигналов. Коррелограммные и периодограммные оценки спектральной плотности мощности и взаимной спектральной плотности мощности дискретных случайных сигналов. Вычисление автокорреляционной и взаимокорреляционной функций дискретных сигналов с помощью ДПФ (БПФ).


Тема. 3.4. Параметрические методы спектрального анализа, основанные на моделях исследуемых процессов

Модели авторегрессии. Цифровые авторегрессионные фильтры и их характеристики. Методы и алгоритмы проекционной обработки сигналов: максимальной энтропии, метод Писаренко и сингулярного разложения.


Тема 3.5. Фильтры оптимальной обработки цифровых сигналов

Понятие статистически оптимального оценивания и воспроизведения сигналов. Линейные операторы и системы оптимального оценивания. Преобразование Карунена- Лоэва (ПКЛ). Дискретные операторы оценивания в базисе Чебышева и Фурье. Применение дискретного косинусного преобразования в системах оценки параметров.

Цифровые оптимальные оцениватели. Цифровой фильтр Винера. Оптимальный рекурсивный фильтр Калмана.


Раздел 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ


Тема 4.1. Применение цифровой обработки сигналов в задачах радиолокации и навигации

Цифровая обработка сигналов в антенных фазированных решетках с помощью алгоритмов спектрального анализа и цифровой фильтрации. Цифровой согласованный фильтр на основе алгоритмов быстрых преобразований сигнала. Цифровой обнаружитель узкополосных сигналов. Обнаружители сигналов в условиях априорной неопределенности. Цифровая обработка сигналов в системах селекции движущихся целей. Цифровые фильтры сглаживания и рекуррентного оценивания траекторий. Пример цифровой пространственно-доплеровской обработки в когерентно-импульсной радиолокационной станции.


Тема 4.2. Цифровая спектрально-корреляционная обработка сложных сигналов

Назначение сложных сигналов в радиотехнических системах. Задачи обработки сложных радиосигналов в различных условиях приема. Структура цифрового многоканального приемника сложных сигналов. Применение быстрых ортогональных преобразований для решения задач обнаружения, оценки параметров, согласованной фильтрации и многоканальной корреляционной обработки сложных сигналов. Согласование базиса ортогонального преобразования с кодовой структурой сигнала. Примеры цифровой обработки сложных сигналов в системах спутниковой навигационной ГЛОНАСС, Navstar, сотовой сети стандарта CDMA.


Тема 4.3. Адаптивная цифровая фильтрация сигналов

Определение и назначение адаптивной обработки сигналов. Адаптивные алгоритмы для фильтров с конечной импульсной характеристикой: Винера, градиентный, по методу наименьших квадратов. Адаптивный фильтр как линейное предсказывающее устройство. Адаптивная фильтрация в частотной области. Цифровые адаптивные фильтры, использующие быстрые ортогональные преобразования. Перестраиваемые цифровые фильтры. Пример адаптивного цифрового фильтра совместной пространственно-доплеровской обработки с управлением от цифровых карт.


Заключение


Тенденции, перспективы и направления применения цифровой обработки сигналов в радиоэлектронных системах.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Математическое представление дискретных и цифровых сигналов и систем.
   
2. Дискретное преобразование Фурье и его свойства
   
3. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье .
   
4. Алгоритмы спектрально-корреляционной обработки сложных сигналов с помощью быстрых преобразований Фурье и Уолша-Адамара.
   
5. Алгоритмы вычисления сверток и корреляционных функций с помощью дискретных ортогональных преобразований.
   
6. Расчет цифрового фильтра на основе дискретного преобразования Фурье и частотной выборки.
   
7. Алгоритмы спектрального анализа с помощью текущего ДПФ, частотно-временного преобразования Габора.
   
8. Синтез оптимальных сглаживающих цифровых фильтров.
   

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1. Исследование свойств дискретного преобразования Фурье.
   
2. Алгоритм Кули-Тьюки быстрого преобразования Фурье.
   
3. Обработка сигналов с использованием быстрых преобразований Уолша-Адамара.
   
4. Теоретико - числовые преобразования сигналов.
   
5. Быстрые алгоритмы вычисления длинных сверток сигналов.
   
6. Синтез и исследование цифровых фильтров обработки радио­локационной информации.
   
7. Быстрая корреляционная обработка сложных сигналов.
   
8. Исследование частотно-временных преобразований.
   

ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ

1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978.
   
2. Глинченко А.С. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. В 2 ч.-Красноярск.: КГТУ, 2001.
   
3. Лосев В.В. Микропроцессорные устройства обработки информации. Алгоритмы цифровой обработки: Учеб. пособие для вузов.- Мн.: Выш. шк., 1990.
   
4. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1990.
   
5. Саломатин С.Б. Цифровая обработка сигналов в радиоэлектронных системах. – Мн.: БГУИР, 2003.
   

6. Методы цифровой обработки сигналов/ Под ред. Ю.В. Гуляева, В.Ф. Кравченко.-М.: Радиотехника, 2003.

7. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер.с англ.- М.: Радио и связь, 1989.

8. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радио-локационной информации. - М.:Радио и связь, 1986.

9. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложение : Пер. с англ..- М.: Мир, 1990.
   

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов: Пер. с англ./Под ред. С. Гуна, Х. Уайтхауса, Т. Кайлата. – М.: Радио и связь, 1989.
   
2. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.
   
3. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов.- М.: Мир, 1988 г.
   
4. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.
   
5. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.
   
6. Трахтман А.М., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. – М.: Сов. радио, 1975.
   
7. Петько В.И., Куконин В.Е., Шихов Н.Б. Цифровая фильтрация и обработка сигналов: Учеб. пособие.- Мн.: Унiверсiтэцкае, 1995.
   
8. Вариченко Л.В., Лабунец В.Г., Раков М.А. Абстрактные алгебраические системы и цифровая обработка сигналов.- Киев.:Наук. думка, 1986.
   
9. Перов В.П. Прикладная спектральная теория оценивания.- М.: Наука, 1982.
   
10. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов: Пер. с англ.- М.: Связь, 1980.
    
11. Применение цифровой обработки сигналов/ Под ред. Оппенгейма.- М.: Мир, 1980.