- •Цели и этапы курсового проектирования
- •Содержание проекта
- •Формирование входного сигнала и помех
- •Проектирование антиэлайзингового фильтра.
- •Дискретизация сигнала
- •Подавление помех в дискретизированном процессе
- •Цифро-аналоговое преобразование
- •Прямое цифро-аналоговое преобразование
- •Цифро-аналоговое преобразование с интерполяцией
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по курсу «Основы цифровой обработки сигналов» на тему
«Проектирование цифро-аналогового тракта обработки сигналов».
Весенний семестр 2013/14 учебного года
Цели и этапы курсового проектирования
Целью курсового проектирования является закрепление студентами навыков решения прикладных задач цифровой обработки сигналов. В процессе выполнения курсового проекта студенты разрабатывают ряд основных каскадов цифро-аналогового преобразования сигналов.
Задание и этапы проектирования указаны в соответствующих разделах данных методических указаний. В ходе выполнения курсового проекта студенты должны приобрести необходимые практические навыки по основным методам цифровой обработки сигналов и закрепить на практике знания, полученные в лекционном курсе.
Содержание проекта
На защиту студент представляет пояснительную записку (ПЗ) в электронном и бумажном виде и полностью отлаженное программное обеспечение. Пояснительная записка должна содержать постановку задач (общую и по разделам), подробное описание выполняемых расчетов с обоснованием выбранных вариантов решения, графики в удобном для иллюстрации масштабе. Отдельные элементы графиков должны быть озаглавлены в поле рисунка и хорошо различаться в черно-белом варианте (Для изучения различных способов отображения линий на графике воспользуйтесь командой help plot в командном окне).
В приложении к ПЗ должна быть приведены тексты программ с разбивкой по разделам и подробными комментариями.
Задание на проектирование
Разработать тракт аналого-цифрового преобразования сигналов с преобразованием сигналов из аналоговой формы в цифровую, подавлением помех, и преобразованием цифрового сигнала с подавленными помехами из цифровой формы в аналоговую. В ПЗ приведите общую структурную схему тракта.
Формирование входного сигнала и помех
Сформируйте входной полигармонический сигнал вида:
где
an= Kv*[1 2 1.2 2]; fn=Kv*0.01*[1 0.7 0.3 0.1]*fs; wn=2*pi*fn;
t = (0:100000-1)*ts - ось времени;
Kv = 1+0.01*(12-k) 1+0.02*(12-k) 1+0.022*(12-k) 1+0.025*(12-k)];
k – номер варианта, равный порядковому номеру в списке группы,
набор помех вида:
ai n = Kv*[5 10 10 50]; fi n=Kv*0.01*[1.1 1.28 2.5 8.2] *fs; wi n=2*pi*f i n;
и белый гауссовский шум g(t) со стандартным отклонением 0.5;
fs = 1000000Гц, условная частота дискретизации входного сигнала;
ts = 1/fs;
t = (0:100000-1)*ts.
Реальный аналоговый сигнал можно рассматривать как дискретный с частотой дискретизации равной бесконечности. Входные аналоговые сигналы условно представлены дискретизированными сигналами с высокой частотой дискретизации. Соответственно, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) моделируется как понижение частоты дискретизации входного сигнала.
На вход проектируемого тракта подается входной процесс в виде суммы сигнала помех и шума: proc(t) = s(t)+si(t)+ g(t).
Проектирование антиэлайзингового фильтра.
Антиэлайзинговый фильтр (АФ) необходим для предотвращения наложения спектров после дискретизации. В качестве модели аналогового фильтра следует применить цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтр) с аналогичными параметрами. Спроектируйте АФ порядком не выше 6-го исходя из противоречивых требований подавления внеполосных помех в дальней зоне, с одной стороны, и наименьшего искажения полезного сигнала, с другой. Источником искажений полезного сигнала является нелинейность фазо-частотной характеристики (ФЧХ) и неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) АФ.
Для оценки нелинейности ФЧХ в полосе полезного сигнала приведите в ПЗ графики АЧХ, ФЧХ и группового времени задержки (ГВЗ). Для оценки подавления помех приведите в ПЗ графики спектров входного процесса до АФ и после него. Для оценки искажений полезного сигнала в АФ подайте на вход тракта чистый сигнал без помех и шума и оцените искажение формы сигнала по графикам, а также средне-квадратическое отклонение (СКО) сигналов на входе и выходе АФ по формуле:
СКО = ,(M=100000).
При расчете СКО следует учитывать tdel - задержку Sвых относительно Sвх в АФ. При оценке СКО исключите из Sвх и Sвых начальные отсчеты, соответствующие времени переходного процесса в Sвых.
Для приблизительной оценки задержки можно сопоставить графики Sвх и Sвых на одном рисунке или воспользоваться графиком ГВЗ для АФ. Обе оценки должны примерно совпадать. Неточность оценки задержки полигармонического сигнала обусловлена тем, что в аналоговом и БИХ фильтрах ФЧХ нелинейна и, соответственно, для различных частотных компонент сигнала задержки в фильтре различаются. Задержанный Sвх формируется как сумма отдельных гармонических составляющих, с подстановкой (t-tdel) вместо t.
Постройте в ПЗ графики Sвх, Sвх(t-tdel), Sвых,и Sвх(t-tdel)-Sвых).
Постройте в ПЗ графики спектров на входе и выходе АФ. При построении расположите графики один под другим в одинаковых масштабах с помощью функции subplot. Для выравнивания масштабов воспользуйтесь функцией axis.