Введение в специальность
Вид материала | Пояснительная записка |
- 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
- Структурные схемы радиопередающих устройств.
- Использование аппроксимированных характеристик для расчёта режимов активных элементов.
- Влияние питающих напряжений и сопротивления нагрузки на режим активного элемента в усилителе мощности.
- Колебательные цепи генераторов.
- Построение схем резонансных ГВВ.
- Регулировочные характеристики автогенераторов.
- Построение схем автогенераторов.
- Электрический расчёт автогенератора.
- Способы осуществления ЧМ.
- Электрический расчёт частотного модулятора.
- Транзисторный усилитель СВЧ-мощности по схеме с общей базой и его расчёт.
- Диодные СВЧ-генераторы.
- Расчёт генератора на диоде Ганна.
- Расчёт характеристик синхронизированных генераторов.
- Побочное излучение РПдУ.
^
Примерный перечень лабораторных работ
- Исследование генераторов с внешним возбуждением.
- Исследование цепей согласования выходных каскадов ГВВ.
- Транзисторные автогенераторы.
- Исследование стабильности частоты транзисторных автогенераторов.
- Исследование генератора дециметрового диапазона волн.
- Исследование амплитудной модуляции в транзисторных генераторах.
- Частотно-модулированный автогенератор.
- Радиопередатчик низовой связи.
- Исследование характеристик генератора на диоде Ганна.
- Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя.
- Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя.
- Исследование генератора на ЛБВ.
- Исследование модулятора с полным и частичным разрядом накопителя на магнетроне.
- 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
- 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
- Математическое представление дискретных и цифровых сигналов и систем.
- Дискретное преобразование Фурье и его свойства
- Алгоритмы быстрого преобразования Фурье .
- Алгоритмы спектрально-корреляционной обработки сложных сигналов с помощью быстрых преобразований Фурье и Уолша-Адамара.
- Алгоритмы вычисления сверток и корреляционных функций с помощью дискретных ортогональных преобразований.
- Расчет цифрового фильтра на основе дискретного преобразования Фурье и частотной выборки.
- Алгоритмы спектрального анализа с помощью текущего ДПФ, частотно-временного преобразования Габора.
- Синтез оптимальных сглаживающих цифровых фильтров.
^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
- Исследование свойств дискретного преобразования Фурье.
- Алгоритм Кули-Тьюки быстрого преобразования Фурье.
- Обработка сигналов с использованием быстрых преобразований Уолша-Адамара.
- Теоретико - числовые преобразования сигналов.
- Быстрые алгоритмы вычисления длинных сверток сигналов.
- Синтез и исследование цифровых фильтров обработки радиолокационной информации.
- Быстрая корреляционная обработка сложных сигналов.
- Исследование частотно-временных преобразований.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
- Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978.
- Глинченко А.С. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. В 2 ч.-Красноярск.: КГТУ, 2001.
- Лосев В.В. Микропроцессорные устройства обработки информации. Алгоритмы цифровой обработки: Учеб. пособие для вузов.- Мн. Выш. шк., 1990.
- Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1990.
- 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.
- Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложение : Пер. с англ..- М.: Мир, 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
- Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов: Пер. с англ./Под ред. С. Гуна, Х. Уайтхауса, Т. Кайлата. – М.: Радио и связь, 1989.
- Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.
- Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов.- М.: Мир, 1988 г.
- Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.
- Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.
- Трахтман А.М., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. – М.: Сов. радио, 1975.
- Петько В.И., Куконин В.Е., Шихов Н.Б. Цифровая фильтрация и обработка сигналов: Учеб. пособие.- Мн.: Унiверсiтэцкае, 1995.
- Вариченко Л.В., Лабунец В.Г., Раков М.А. Абстрактные алгебраические системы и цифровая обработка сигналов.- Киев.:Наук. думка, 1986.
- Перов В.П. Прикладная спектральная теория оценивания.- М.: Наука, 1982.
- Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов: Пер. с англ.- М.: Связь, 1980.
- Применение цифровой обработки сигналов/ Под ред. Оппенгейма.- М.: Мир, 1980.