Podstawy teorii sygnałów

Analiza matematyczna, znajomość oprogramowania MS Word oraz MS Excel

przedmiot obligatoryjny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (75 godz.):

- udział w wykładach - 30 h,

- udział w laboratoriach - 30 h,

- konsultacje - 15 h.

Czas poświęcony na indywidualną pracę studenta (75 godz.):

- przygotowanie do laboratorium: 35 h,

- przygotowanie do sprawdzianów i egzaminu: 40 h.

Łącznie: 150 h (6 ECTS)

W1: Ma wiedzę z zakresu podstawowych charakterystyk i parametrów sygnałów deterministycznych i losowych (automatyka i robotyka s1: K_W09, fizyka techniczna s1: K_W06, astronomia s1: K_W09)

W2: Opisuje sygnały w dziedzinie czasu i częstotliwości (automatyka i robotyka s1: K_W09, fizyka techniczna s1: K_W06, astronomia s1: K_W08)

W3: Zna zasady próbkowania i kwantowania sygnałów i ich praktyczne uwarunkowania (automatyka i robotyka s1: K_W05, K_W09, fizyka techniczna s1: K_W06)

U1: Posiada umiejętność pozyskiwania informacji z różnych źródeł, dokonywania ich interpretacji, a także wyciągania wniosków (automatyka i robotyka s1: K_U01, fizyka techniczna s1: K_U03)

U2: Wykorzystuje MS Word oraz MS Excel do prezentacji wyników i analizy danych (automatyka i robotyka s1: K_U02, fizyka techniczna s1: K_U06)

U3: Potrafi opracować raport zawierający omówienie wyników realizacji zadania inżynierskiego (automatyka i robotyka s1: K_U05)

U4: Potrafi samodzielnie lub w zespole planować i przeprowadzać proste symulacje przetwarzania sygnałów (automatyka i robotyka s1: K_U16, fizyka techniczna s1: K_U13, astronomia s1: K_U12)

K1: Ma świadomość ograniczenia swojej wiedzy w zakresie analizy i przetwarzania sygnałów deterministycznych i losowych (automatyka i robotyka s1, fizyka techniczna s1, astronomia s1: K_K01)

Metoda dydaktyczna podająca:

wykład informacyjny (konwencjonalny) wzbogacany symulacjami komputerowymi przeprowadzanymi z zastosowaniem autorskich aplikacji.

Metoda dydaktyczna poszukująca:

laboratorium: doświadczeń, laboratoryjna

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- doświadczeń
- laboratoryjna

Zajęcia z Podstaw teorii sygnałów obejmują następujące treści:

- różne klasyfikacje sygnałów,

- podstawy analizy sygnałów okresowych w dziedzinie czasu i częstotliwości,

- podstawy analizy widmowej sygnałów z wykorzystaniem ciągłego i dyskretnego przekształcenia Fouriera,

- zagadnienie przetwarzania analogowo-cyfrowego,

- tw. o próbkowaniu Kotelnikowa-Shannona oraz tw. o kwantowaniu wg Widrowa,

- specyficzne cechy oraz architektury spektrografów stosowanych w radioastronomii.

Zajęcia z przedmiotu składają się z 30 h wykładu oraz 30 h ćwiczeń laboratoryjnych.

Wykład zawiera następujące treści:

- wprowadzenie i wyjaśnienie pojęcia sygnału a następnie omówienie różnych klasyfikacji sygnałów,

- podstawowe charakterystyki i parametry sygnałów stacjonarnych,

- podstawowe łączne charakterystyki sygnałów stacjonarnych,

- opis sygnałów deterministycznych w dziedzinie czasu i częstotliwości,

- wprowadzenie do opisu sygnałów losowych,

- podstawy analizy widmowej sygnałów z wykorzystaniem ciągłego i dyskretnego przekształcenia Fouriera,

- zagadnienie przetwarzania analogowo-cyfrowego,

- tw. o próbkowaniu Kotelnikowa-Shannona oraz tw. o kwantowaniu wg Widrowa,

- specyficzne algorytmy przetwarzania sygnałów stosowane m.in. w radioastronomii.

Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych:

1.Sygnały deterministyczne i losowe.

2.Główne charakterystyki sygnałów.

3.Łączne charakterystyki sygnałów.

4.Ilustracja twierdzenia o próbkowaniu.

5.Ilustracja kwantowania sygnałów oraz kwantowania z sygnałem ditherowym.

6.Detekcja sygnału okresowego metodą uśredniania koherentnego.

7.Detekcja sygnałów w szumie metodą autokorelacji i korelacji wzajemnej.

8.Błędy estymacji.

Podczas wykładu i ćwiczeń laboratoryjnych studenci zapoznają się ponadto z wybranymi algorytmami przetwarzania sygnałów cyfrowych, określaniem wartości średniej, średniokwadratowej, rozkładu wartości (histogramu), funkcji korelacyjnych i widmowych, metodami uśredniania sygnałów cyfrowych, koherentnym i niekoherentnym uśrednianiem sygnałów. Stosują uśredniające metody eliminowania zakłóceń z sygnałów powtarzalnych oraz metody korelacyjne do eliminowania zakłóceń z sygnałów deterministycznych i losowych. Uczą się oceny błędów estymacji podstawowych parametrów oraz charakterystyk sygnałów uzyskanych m.in. na podstawie ich cyfrowej reprezentacji.

Literatura podstawowa:

1. Lal-Jadziak J., Sienkowski S., Krajewski M.: Przetwarzanie sygnałów. Wybrane algorytmy i zastosowania. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2023.

2. Lal-Jadziak J.: Przetwarzanie sygnałów. Wybrane zagadnienia. Wydawnictwo UMK, Toruń 2020.

3. Kurs: Podstawy teorii sygnałów, https://moodle.umk.pl/WFAIIS/course/view.php?id=84

Literatura uzupełniająca:

1. Bendat J.S., Piersol A.G.: Engineering applications of correlation and spectral analysis. Wiley, New York 1993.

2. Bendat J.S., Piersol A.G.: Random data: Analysis and measurement procedures. Wiley, New York 2010.

3. Bilinskis I.: Digital alias free signal processing. Wiley 2007.

4. Lyons R.: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. WKŁ, Warszawa 2010.

5. Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKiŁ, Warszawa 2007.

6. Tadeusiewicz M., Ossowski M.: Sygnały i systemy. Zadania. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2001.

7.Widrow B., Kollar I.: Quantization Noise, Roundoff Error in Digital Computation, Signal Processing Control, and Communications. Cambridge University Press 2008.

8. Zieliński T.P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań. WKŁ, Warszawa 2007.

Metody oceniania:

Wykład

Osiem sprawdzianów z tematyki wykładu - W1, W2, W3

Egzamin pisemny (pytania otwarte/pytania zamknięte) - W1, W2, W3

Laboratorium

Sprawdziany z zakresu każdego ćwiczenia laboratoryjnego - W1, W2, W3

Raporty z każdego ćwiczenia laboratoryjnego U1, U2, U3, U4, K1

Warunkiem zaliczenia laboratorium jest zaliczenie wszystkich ćwiczeń.

Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie zaliczenia laboratorium.

Podstawą oceny z egzaminu/laboratorium jest liczba uzyskanych punktów.

Przyjmuje się następujące kryteria:

dst - od 50% maksymalnej liczby punktów

dst plus - od 60% maksymalnej liczby punktów

db - od 70% maksymalnej liczby punktów

db plus - od 80% maksymalnej liczby punktów

bdb - od 90% maksymalnej liczby punktów

nie dotyczy