Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  РТ 

 

 

 

«   22   »       05       2018 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов     

 




Направление подготовки

11.04.01 Радиотехника

Профиль подготовки

"Системы и устройства передачи, приема и обработки сигналов"

Квалификация (степень)выпускника

магистр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

1

108 / 3  

18  

6  

12  

3,8  

2,35  

42,15  

39,2  

Экз.(26,65)  

Итого

108 / 3  

18  

6  

12  

3,8  

2,35  

42,15  

39,2  

26,65  

 

Муром, 2018 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: - ознакомление магистрантов с концептуальными основами цифровой обработки сигналов

- изучение современных методов математического описания и алгоритмов цифровой обработки информационных сигналов в различных радиотехнических системах.

Задачи дисциплины:

- изучение основных методов математического описания информационных сигналов в различных радиотехнических системах;

- формирование представлений о синтезе алгоритмов обработки сигналов для конкретных информационных радиотехнических систем.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.В.02))

Курс базируется на знаниях, полученных студентами в области естественно-научных дисциплин. Базовые дисциплины: Математика, Физика, Основы теории радиотехнических систем, Радиотехнические системы передачи информации. Углубление и расширение вопросов, изложенных в данном курсе, будет осуществляться во время работы магистрантов над дисциплинами: Математический аппарат теории сигналов и систем, Математическое моделирование РТ устройств и систем, Цифровые РПрУ, Цифровые синтезаторы частот и многих других, а также при написании магистерских работ.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения.

ПК-2 способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью анализа и оптимизации их параметров с использованием имеющихся средств исследований, включая стандартные пакеты прикладных программ.

ПК-3 способность разрабатывать и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач с использованием современных языков программирования.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

физические принципы, используемые для приема и обработки сигналов (ОПК-1).

средства, методика построения физических, математических и компьютерных моделей объектов научных исследований (ПК-2).

методы анализа и синтеза сетей связи, в том числе современные отечественные и зарубежные пакеты программ для решения схемотехнических, системных и сетевых задач (ПК-3).

2) Уметь:

осуществлять математическое и компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств (ПК-2).

работать с программами компьютерного моделирования радиоэлектронных устройств (ПК-3).

3) Владеть:

компьютерным моделированием радиоэлектронных устройств на схемотехническом и системотехническом уровнях (ПК-2).

методами проектирования элементов радиотехнических устройств (ОПК-1).

расчетами по проекту в соответствии с техническим заданием с использованием как стандартных методов, приемов и средств автоматизации проектирования, так и самостоятельно создаваемых оригинальных программ (ПК-3).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: высшее.

Срок обучения 2г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Введение

1

4

0

устный опрос

2

Сигналы и их описание

1

4

0

устный опрос

3

Ортогональные преобразования в ЦОС

1

2

2

5

устный опрос

4

Свертка дискретных сигналов

1

2

2

8

15

устный опрос

5

Основы общей теории цифровых фильтров

1

2

4

10

устный опрос

6

Основы проектирования цифровых фильтров

1

4

2

9,2

устный опрос

Всего за  семестр

108

18

6

12

39,2

+

3,8

2,35

Экз.(26,65)

Итого   

108

18

6

12

39,2

3,8

2,35

26,65

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 1

Раздел 1. Введение

Лекция 1.

Введение. Дискретизация и квантование сигналов. Критерии выбора шага квантования (разрядности) АЦП (2 часа).

Лекция 2.

Методы расчета шага квантования (разрядности) АЦП (2 часа).

Раздел 2. Сигналы и их описание

Лекция 3.

Спектры аналоговых и дискретных сигналов. Эффект наложения спектров (2 часа).

Лекция 4.

Соотношения между спектрами аналоговых и дискретных сигналов (2 часа).

Раздел 3. Ортогональные преобразования в ЦОС

Лекция 5.

Прямое и обратное преобразование Фурье и его свойства (2 часа).

Раздел 4. Свертка дискретных сигналов

Лекция 6.

Свертка дискретных сигналов (2 часа).

Раздел 5. Основы общей теории цифровых фильтров

Лекция 7.

Основы общей теории цифровых фильтров Фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой (2 часа).

Раздел 6. Основы проектирования цифровых фильтров

Лекция 8.

Устойчивость и реализуемость дискретных фильтров. Основы проектирования цифровых фильтров (2 часа).

Лекция 9.

Заключение. Перспективы развития теории цифровой обработки сигналов (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 1

Раздел 1. Ортогональные преобразования в ЦОС

Практическое занятие 1.

Z-преобразование дискретных сигналов и его свойства (2 часа).

Раздел 2. Свертка дискретных сигналов

Практическое занятие 2.

Быстрое преобразование Фурье.Преобразование Хартли и его применение для ЦОС (2 часа).

Раздел 3. Основы проектирования цифровых фильтров

Практическое занятие 3.

Методы вычисления быстрой свертки сигналов.Методы проектирования КИХ-фильтров.Методы проектирования БИХ-фильтров (2 часа).

 

Методические указания для практических занятий приведены https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=16652.

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 1

Раздел 1. Свертка дискретных сигналов

Лабораторная 1.

Исследование методов и цифровых устройств свертки фазокодоманипулированных сигналов (4 часа).

Лабораторная 2.

Исследование методов и цифровых устройств свертки широкополосных сигналов с частотной модуляцией (4 часа).

Раздел 2. Основы общей теории цифровых фильтров

Лабораторная 3.

Исследование методов и цифровых устройств обработки сигналов с использованием весовых функций (4 часа).

 

Методические указания к лабораторным работам приведены в https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=15738.

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье. Свойства дискретного преобразования Фурье. Алгоритмы БПФ с основанием 2.

2. Дискретная свертка и ее вычисление. Круговая свертка.

3. Использование ДПФ для вычисления круговой свертки. Линейная свертка. Секционированные свертки. Методы быстрого вычисления круговой свертки.

4. Квантование сигналов в цифровых фильтрах. Модели процесса квантования.

5. Детерминированные оценки ошибок квантования. Вероятностные оценки ошибок квантования.

6. Адаптивные дискретные и цифровые фильтры. Критерии настройки адаптивных фильтров и методы определения значений их параметров. Адаптивный фильтр-компенсатор помех. Принцип адаптивной компенсации помех. Адаптивный фильтр – линейное предсказывающее устройство.

7. Цифровые методы спектрального анализа. Классификация методов. Основные свойства оконных функций. Принципы выбора оконной функции.

8. Восходящие и нисходящие дискретные системы. Экспандер частоты дискретизации. Компрессор частоты дискретизации.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

1. Курсовая работа выполняется по индивидуальным заданиям. Основным содержанием работы является проектирование и (или) исследование алгоритмов цифровой обработки сигналов в области радиосистем. Анализу подлежат основные параметры алгоритмов и методов обработки. При разработке системы (или ее частей) необходимо рассматривать пути ее технической реализации и учитывать возникающие при этом ограничения.

2. Примерный перечень тем курсовых работ:.

3. 1. разработка алгоритмов цифровой обработки сигналов для конкретных радиотехнических устройств и систем;.

4. 2. разработка алгоритмов обработки сигналов в конкретных радиотехнических устройств и систем и их цифровой реализации;.

5. 3. разработка новых и модификация известных алгоритмов цифровой обработки сигналов;.

6. 4. исследование качества работы алгоритмов цифровой обработки сигналов;.

7. 5. исследование точности реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов.

 

Методические указания к курсовому проектированию приведены в https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=16653.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе освоения дисциплины Методы и алгоритмы ЦОС применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов и выполнения конкретного курсового проекта). Для реализации компетентностного подхода предусматривается использование при подготовке по данной дисциплине активных и интерактивных форм проведения занятий. При проведении практических и лабораторных работ, при выполнении курсового проектирования применяется имитационный или симуляционный подход. Шаги решения задач демонстрируются при помощи мультимедийной техники. В дальнейшем студенты самостоятельно решают аналогичные задания.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. 1. Гадзиковский В.И. Цифровая обработка сигналов . – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2013. - 766 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=335524

2. 2. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. – М.: Техносфера, 2012. - 1048 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=339869

3. 3. Умняшкин, С.В. Теоретические основы цифровой обработки и представления сигналов: учебное пособие для вузов / С.В. Умняшкин. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2012. – 304 с. – (Высшее образование) [Гриф УМО] - 2 экз.

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. 1. Крук Б. И., Журавлева О. Б. Основы спектрального анализа. Учебное пособие для вузов . – М.: Горячая линия–Телеком, 2013. - 148 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=333997

2. 2. Сосулин Ю.Г., Костров В.В., Паршин Ю.Н. Оценочно-корреляционная обработка сигналов и компенсация помех. – М.: Радиотехника, 2014. – 632 с. - 2 экз.

3. 3. Смит С. Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженеров и научных работников. – М.: Додэка-XXI, 2012. (1 экз.) - 1 экз.

4. 4. Филиппов А. К. Теоретические основы проектирования динамически реконфигурируемых систем обработки информации : учебное пособие. Владимир: ВлГУ, Дата публикации: 2010 - http://e.lib.vlsu.ru:80/handle/123456789/1371

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

http://analog.com.ru

http://www.walla.com

http://www.dspbook.km.ru

http://www.infanata.org

http://ibooks.ru

Программное обеспечение:

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

ibooks.ru

e.lib.vlsu.ru:80

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лаборатория «Сигнальные процессоры и цифровая обработка сигналов»

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

На практических занятиях пройденный теоретический материал подкрепляется решением задач по основным темам дисциплины. Занятия проводятся в компьютерном классе, используя специальное программное обеспечение. Каждой подгруппе обучающихся преподаватель выдает задачу, связанную с разработкой и программной реализацией алгоритмов обработки информации. В конце занятия обучающие демонстрируют полученные результаты преподавателю и при необходимости делают работу над ошибками.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу компьютерного моделирования в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Курсовая работа выполняется в соответствии с методическими указаниями на курсовую работу. Обучающийся выбирает одну из указанных в перечне тем курсовых работ, исходя из своих интересов, наличия соответствующих литературных и иных источников. В ходе выполнения курсовой работы преподаватель проводит консультации обучающегося. На заключительном этапе обучающийся оформляет пояснительную записку к курсовой работе и выполняет ее защиту в присутствии комиссии из преподавателей кафедры.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов»

по направлению подготовки 11.04.01 Радиотехника

 

Рабочая программа дисциплины «Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 11.04.01 Радиотехника.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 108 час. (3 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является экзамен .

Цель дисциплины: - ознакомление магистрантов с концептуальными основами цифровой обработки сигналов

- изучение современных методов математического описания и алгоритмов цифровой обработки информационных сигналов в различных радиотехнических системах.

Задачи дисциплины:

- изучение основных методов математического описания информационных сигналов в различных радиотехнических системах;

- формирование представлений о синтезе алгоритмов обработки сигналов для конкретных информационных радиотехнических систем.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 11.04.01 Радиотехника.

 

22.05.2018 г.