Detail předmětu

Signály a soustavy

FEKT-KSISAk. rok: 2017/2018

Předmět Signály a soustavy se věnuje základům zpracování analogových a číslicových signálů a analýze systémů. Tato problematika tvoří součást řady různých technických zařízení. V předmětu jsou představeny základní principy spojitých a diskrétních signálů a systémů. Signály jsou reprezentovány jak v časové oblasti, tak také v kmitočtové oblasti. Dále jsou probírány základní typy signálů a jejich vlastnosti, potřebné operace se signály, klasifikace a analýza systémů. Studenti se také seznámí s vizualizací a zpracováním signálů pomocí počítače s běžným signálovým software a získají praktické zkušenosti s laboratorními přístroji jako osciloskop, signálový generátor, signálový analyzátor, apod. Studenti využijí získané znalosti v navazujících předmětech, které jsou zaměřeny na specifické aplikace metod zpracování signálů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen
- změřit, zobrazit a popsat signály,
- definovat a generovat potřebný signál,
- určit spektrum a vlastnosti signálů,
- provádět převody mezi analogovými a číslicovými signály,
- analyzovat systémy,
- diskutovat výhody a nevýhody komunikačních signálů.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti bakalářské matematiky (derivace, integrály, řešení rovnic, základy pravděpodobnostní analýzy, statistická rozložení).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává sedm samostatně vypracovaných úloh.

Způsob a kritéria hodnocení

Studenti mohou získat maximálně 30 bodů za aktivní práci během semestru a 70 bodů za závěrečnou zkoušku. Bodované aktivity jsou následující: jeden test uprostřed semestru zaměřený na počítání signálových příkladů (10 bodů), dvě počítačová cvičení (10 bodů) a pět domácích úkolůí (10 bodů). Závěrečná písemná zkouška obsahuje otázky z teorie signálů s soustav a početní příklady (70 bodů).

Osnovy výuky

1. Úvod do teorie signálů a soustav, základní operace se signály v časové oblasti, harmonický signál, funkce sinc(x), výkon a energie signálů.
2. Periodické a neperiodické signály, typické příklady, obdélníkové impulsy.
3. Fourierova transformace, základní vlastnosti, spektrální funkce vybraných signálů.
4. Korelace a konvoluce, vlastnosti, praktické aplikace, vzájemný vztah.
5. Systémy se spojitým časem, Laplaceova transformace, přenosová funkce.
6. Analýza systémů se spojitým časem, lineární a nelineární systémy.
7. Převody mezi analogovými a digitálními signály, vzorkování, rekonstrukce signálu ze vzorků.
8. Diskrétní Fourierova transformace, použití DFT, princip výpočtu FFT.
9. Systémy s diskrétním časem, prvky diskrétních systémů, charakteristiky.
10. Analýza systémů s diskrétním časem, testovací signály.
11. Signály v náhodných procesech, stacionarita a ergodicita.
12. Signály a soustavy pro přenos dat v komunikacích, modulace a demodulace.
13. Příklady zpracování signálů v multimédiích, lékařství a bezpečnostní oblasti.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s nejčastějšími typy signálů a jejich základními vlastnostmi a ukázat analýzu systémů včetně principů působení systémů na signály.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Cvičení na počítačích jsou povinná. Zameškanou výuku lze nahradit obvykle koncem semestru.

Základní literatura

JAN, J. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. Brno: VUT v Brně, 2002. (CS)
KAMEN, E. W., HECK, B. S. Fundamentals of Signals and Systems. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 2007. (EN)
MITRA, S. K. Digital signal processing. A computer-base approach. New York: The McGraw-Hill Companies, 2011. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BK bakalářský

    obor BK-EST , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Osnova

Přehled a rozdělení technických signálů, základní operace se signály v čase, harmonický signál.
Periodické signály v technické praxi, obdélníkové impulsy.
Fourierova transformace, základní vlastnosti, spektrální funkce vybraných signálů.
Lineární neparametrické systémy, ideální přenosový článek.
Signály jako náhodné procesy, stacionarita a ergodicita.
Korelace a konvoluce, vlastnosti, praktické aplikace, vzájemný vztah.
Ideální a skutečné vzorkování, rekonstrukce signálu ze vzorků.
Operace s diskrétními signály, diskrétní Fourierova řada.
Diskrétní Fourierova transformace, použití DFT, princip a význam FFT.
Náhodné signály s diskrétním časem.
Systémy s diskrétním časem, prvky diskrétních systémů, charakteristiky.
Signály a soustavy pro přenos dat v základním a v přeloženém pásmu.
Řešené příklady na zpracování signálů.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Osnova

Zpracování signálů v programu MathCAD.
Časové průběhy signálů, základní operace se signály (MATLAB).
Průchod signálů lineární a nelineární soustavou (MATLAB).
Působení přenosového kanálu na vybrané impulzy (MATLAB).
Zpracování externích signálů na počítači (MATLAB).

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Osnova

Seznámení s laboratoří. Bezpečnost práce, obsluha přístrojů.
Generování a zobrazení definovaných signálů.
Periodické signály a jejich spektra.
Vzorkování signálů.
Signály s diskrétním časem.
Modulované signály.