455-0529/01 – Číslicové signály a soustavy (CSaS)
| Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Pavel Nevřiva, DrSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Pavel Nevřiva, DrSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2003/2004 | Rok zrušení | 2009/2010 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu Číslicové signály a soustavy je poskytnout dostatečný základ pro další studium v oblasti zpracování číslicových signálů a návrhu číslicových filtrů.
Student bude umět pracovat se signály s diskrétním časem a bude umět určit jejich základní charakteristiky, korelační funkce, spektra, spektrální hustoty. Bude schopen provést analýzu LTIL soustavy s diskrétním časem. Bude umět využívat prostředí MATLAB/Simulnik pro analýzu signálů a soustav s diskrétním časem.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Cílem předmětu Číslicové signály a soustavy je poskytnout zájemcům dostatečný teoretický základ pro další studium v oblasti moderní číslicové řídící a sdělovací techniky. Kurz je zaměřen na oblast zpracování číslicových signálů a návrhu číslicových filtrů.
Student bude umět pracovat se signály s diskrétním časem a bude umět určit jejich základní charakteristiky, korelační funkce, spektra, spektrální hustoty. Bude schopen provést analýzu LTIL soustavy s diskrétním časem. Bude umět využívat prostředí MATLAB/Simulnik pro analýzu signálů a soustav s diskrétním časem.
Tento kurz je určen pro posluchače bakalářského studia fakultě elektrotechniky a informatiky na VŠB - TU Ostrava. Cílem kurzu je poskytnout základní znalosti pro další studium v oblasti řízení, sdělovací technice, elektrických obvodech. Kurz Číslicové signály a soustavy se zabývá studiem signálů a soustav s diskrétním časem. Tento kurz navazuje na kurz Základy teorie signálů a soustav, který je věnovaný zejména signálům a soutavám se spojitým časem.
Kurz je rozčleněn do pěti hlavních částí: 1. Základní koncepce(kausalita, linearita, časova invariantnost, soustředěné parametry a jejich aplikace).
2. Analýza signálů (diskrétní Fourierova transformace, frekvenční spektrum a jeho výpočet).3. Analýza soustav (analýza LTIL soustav, diferenční rovnice, z-transformace). 4. Stabilita a její implikace (filtrace, frekvenční odezva, omezení modelu a paměť obvodů). 5. Rovnice stavových proměnných a počítačová simulace(numerické metody, prostředky pro simulaci).
Povinná literatura:
Horák B., Nevřiva P.: Signály a soustavy III. VŠB Ostrava, Ostrava 1998.
Chen Chi-Tsong: System and Signal Analysis. Saunders College Publishing, New York 1994.
Nevřiva P.: Signály a soustavy I a II VŠB Ostrava, Ostrava 1998.
Vejražka F.:Signály a soustavy. ČVUT Praha, Praha 1996.
Nevřiva P.:Signály a soustavy II. Elektronická učebnice. VŠB TU Ostrava, Ostrava 2005.
Doporučená literatura:
Couch L.W.II: Digital and Analog Communications Systems. Macmillan, New York 1989.
Nevřiva P.: Analýza signálů a soustav. BEN Praha, Praha 2000.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Student písemně vypracuje dva protokoly. První na téma analýza signálu s diskrétním časem, druhou na téma analýza soustav s diskrétním časem. Za každý protokol může student získat až 10 bodů. Za oba protokoly může tedy student získat maximálně 20 bodů.
Na konci semestru student vypracuje závěrečný test, za který může získat až 20 bodů.
Kurz je ukončen závěrečnou zkouškou, která se skládá z písemné části 0 - 50 bodů a z části ústní 0 - 10 bodů.
Aby student obstál u zkoušky musí uspět ve všech částech zkoušky.
Podmínky udělení zápočtu:
Studentu je udělen zápočet, pokud vypracoval a byly mu klasifikovány oba prezentované protokoly a pokud vypracoval a byl mu klasifikován kontrolní test a pokud získal celkem alespoň 10 bodů za cvičení.
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Modulace PAM-I , signál se spojitým časem. Impulsní signál wI(t)- signál se spojitým časem. Základní definice, vymezení studované problematiky, generování impulsního signálu wI(t) vzorkováním signálu w(t).
Spektrum impulsního signálu wI(t).Spektrální hustota impulsního signálu wI(t).
Obnova signálu w(t) filtrací impulsního signálu wI(t).
Shannonův a Kotělnikovův teorém, obnova signálu w(t) filtrací impulsního signálu wI(t) dolnopropustným filtrem, Shannonův a Kotělnikův teorém pro pásmové signály.
Signál s diskrétním časem w[k].
Základní definice, vymezení studované problematiky, autokorelační funkce signálu s diskrétním časem w[k],
vzájemná korelační funkce signálů s diskrétním časem wA[k] a wB[k].
Spektrum signálu s diskrétním časem w[k].FFT. Spektrum energie signálu s diskrétním časem w[k], spektrum výkonu signálu s diskrétním časem w[k].
Spektrální hustota signálu s diskrétním časem w[k].DTFT.Spektrální hustota energie signálu s diskrétním časem w[k],spektrální hustota výkonu signálu s diskrétním časem w[k].
Soustava s diskrétním časem. Základní definice, vymezení studované problematiky, LTIL soustava s diskrétním časem, konvoluce, popis LTIL soustavy s diskrétním časem H diferenční rovnicí.
Soustava s diskrétním časem H popsaná diferenční rovnicí.Analytické řešení v časové oblasti.
Soustava s diskrétním časem H popsaná diferenční rovnicí.Řešení v kmitočtové oblasti.Kmitočtový přenos soustavy.
Návrh číslicových filtrů a regulátorů.
Použití z-transformace. Základní vlastnosti z-transformace,popis LTIL soustavy H přenosem H(z),přenos soustavy, stabilita LTIL soustavy s diskrétním časem.
Zápis úlohy ve stavovém prostoru. Popis soustavy ve stavovém prostoru, analytická řešení stavových rovnic.
Laplaceova transformace a z-transformace stavových rovnic. Transformace vektoru funkcí, transformace matice funkcí.
Závěr. Další studium v oblasti předmětu Signály a soustavy .
Počítačové laboratoře:
Úvodní laboratorní cvičení.
Výpočet spektra impulsního signálu.
Výpočet spektrálních charakteristik impulsního signálu.
Modulace PAM-I , signál se spojitým časem. Výpočet charakteristik impulsního signálu.
Signál s diskrétním časem w[k]. Autokorelační funkce signálu s diskrétním časem w[k]. Vzájemná korelační funkce signálů wA[k] a wB[k].
FFT,Spektrum signálu s diskrétním časem w[k].
Výpočet spektrální hustoty signálu s diskrétním časem w[k].
Zadání a příprava protokolu č.1. Numerický výpočet souhrnných charakteristik energetických a periodických signálů s diskrétním časem. Charakteristické hodnoty a střední hodnoty signálů, korelační funkce signálů, spektrální charakteristiky signálů.
Symbolic Toolbox. Popis LTIL soustavy s diskrétním časem H diferenční rovnicí, z-transformace, stabilita.
Analytické řešení soustavy s diskrétním časem. Odezvy LTIL soustavy s diskrétním časem.
Zadání a příprava protokolu č.2. Numerická analýza soustav s diskrétním časem. Sestavení numerického modelu soustavy, výpočet odezvy soustavy na zadaný vstupní signál, výpočet odezvy soustavy na zadaný počáteční stav soustavy, výpočet celkové odezvy soustavy.
Modelování LTIL soustavy s diskrétním časem v MATLAB/Simulink.
Numerické řešení úlohy. Analytické řešení stavových rovnic.
Závěrečný test. Ukončení počítačových laboratoří.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.