321

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

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

Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение бакалавров. Темы этой работы представлены в табл.3.

Таблица 3 – Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение

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

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.