Радиотехнические цепи и сигналы. Дискретная обработка сигналов и цифровая фильтрация

Н.А.Каратаева

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕЦЕПИ СИГНАЛЫ

Дискобработкасигналоветная ицифильтрацияровая

Методическиеуказания выполнениюкуработысовой

ТОМСК-2012

1

Министерствообразованиянауки РоссийскойФедерации

Федеральноег осударственное бюджетное образовательное учреждение высшегопрофессиональногообразования

Томгосударкийуниверситетистемтвенный управлениярадиоэлектроники

(ТУСУР)

КафедрателекиосновммуникацрадиотехникиТОР() й

Н.А.Каратаева

РАДИОТЕХНЦЕПИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

Дискобработкасигналоветная ицифильтрацияровая

Методическиеуказания выполнениюкуработысовой

2012

2

Рецензент:п рофессоркафедТОРТУСУРы д.т.н. ПуговкинА.В.

КаратаеваН.А.
Радиотехническиеце			писигналы.Дискобрсигнетнаяаботка	алови
цифильтрацуказанияровая:Методвыполнениюческиекурсовой
работы.	– Томск:	Томежвузовскийцентрдистанционного
образования,
2012.– 70с.
Изложецель,техническоезаданы,содержание, сходные				данные,вариантызаданий
примервыполнениякурсовойабтемеДискты« обрсигналоветнаяаботкацифровая
фильтрация»Работа. предназначаетсядлястудвсехфнтовбучениярм,изучающих
дисциплиныРадиотех« цеписигналы»Цифровая«ическиеобработ				касигналов».

Разработчики электве:рсиионной

Д.А.Макурин,П.С.Киселёв

© КаратаеваН.А.,	2012
© Факультетдистанционного		обучения, 2012

3

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................							4
1	ЗАДАНИЕ ..........................................................................................................						4
1.1. ЗАДАНИЕНАПЕРВУЮЧАС				ТЬКУРАБОТЫСОВОЙ		.....................................	4
1.2. ЗАДАНИЕНАВТОРУЮЧАС				ТЬКУРАБОТЫСОВОЙ		. ВАРИАНТ I ................	5
1.3. ЗАДАНИЕНАВТОРУЮЧАС				ТЬКУРАБОТЫСОВОЙ		. ВАРИАНТ II...............	5
2 ИСХОДДАНКУРНЫЕ				СОВОЙРАБОТЕ	...................................................		6
2.1		ПЕРЕЧЕНЬИСХОДНЫХДАН		НЫХ..................................................................			6
2.2		РАСЧЁТШИФРОВ ..........................................................................................					6
2.3		ТАБЛИЧНОЕПРЕДСТАВЛЕН		ИЕИСХОДДАННЫХ		ШИФРОВ ..............	6
2.4		ПРИМЕРВЫБОРАИСХОДНЫ		ДАННЫХПОШИФРАМ		..............................	28
3	ПРИМЕРНОЕСОДЕРЖАНИЕ			КУРАБОТЫСОВОЙ	.........................................		28
3.1		АНАЛОГОВАЯОБРАБОТКА		СИГНАЛА ........................................................			28
3.2		АНАНАЛОГОВОЙЛИЗЛИН		ЕЙНОЙЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ		ЦЕПИ ...................	28
3.3		РАСЧЕТПОСТРОЕНИЕО		ТКЛИКАНАВЫХОДЕАНА		ЛОГОВОЙ ЛЭЦ ......	29
3.4		ДИСКРЕТНАЯОБРАБОТКА		АНАЛОГОВОГОСИГНАЛА		...............................	29
3.5		СИНТЕЗЦИФИЛЬТРОВЫХ		РОВПОЗАДАННОЙАНАЛ		ОГОВОЙ ЛЭЦ ......	29
3.6		СИНТЕЗРЕКУРСИВНЫХЦ		ИФРОВЫХФИЛЬТРОВПО		КЛАССИЧЕСКОМУ
НЧ-ПРОТОТИПУ.................................................................................................							30
3.7		СИНТЕЗТРАНСВЕРСАЛЬНЫ		ХЦИФИЛЬТРОВРОВЫХ		МЕТОДОМ	30
ОКОНФУНКЦИЙЫХ .........................................................................................
4 УКАЗАНИЯПООФОРМЛЕНИ				ЮКУРАБОТЫСОВОЙ	....................................		30
СПИСПОЛЬЗУЕМЫХОК			СТОЧНИКОВ.........................................................				31
ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРИМЕРВЫПОЛНЕННОЙКУ					РСОВОЙРАБОТЫ .......................		32
П1 ТИТУЛЬНЫЙЛИСТ .......................................................................................							33
П2	СОДЕРЖАНИЕ ...............................................................................................						34
П3	ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................						37
П4 СПЕКТРАЛЬНЫЙАНАЛИЗАНАЛОГОВ				ОГОСИГНАЛА		.................................	39
П4 АНАНАЛОГОВОЙЛИЗЛИН				ЕЙНОЙЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ		ЦЕПИ.....................	45
П5 ДИСКРЕТИЗАЦИЯАНАЛОГО				ВОГОСИГНАЛА	...............................................		49
П6 СИНТЕЗЦИФИЛЬРОВОГО				ТРАМЕТОДОМИНВАРИАН		ТНОСТИ	56
ИМПУЛЬСНОЙХАРАКТЕРИ			СТИКИ.....................................................................			ОГО Z-
П7 СИНТЕЗЦИФИЛЬРОВОГО				ТРАМЕТОДОМБИЛИНЕЙН			61
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ..............................................................................................
П8 СИНТЕЗЦИФРОВОГОПОЛО				СОВОГОФИЛЬТРА	ЧЕБЫШЕВА......................		63
П9 ПРОВЕРКАРЕЗУЛЬТАТОВ				РАСПОМОЩЬЮЧЁТК В		ОМПЬЮТЕРНОЙ
СИСТЕМЫВИЗУАЛИЗАЦИИР			ЕЗУЛЬТАТОВМОДЕЛИРОВ			АНЦИФРОВЫХЯ
ФИЛЬТРОВ...........................................................................................................							68

			4
	Введение
	Однизновыхиперспективныхмнапрасовременнойл ний
обрадиосботкиявляетсяцигнароваяфи.Вееьтрацияснове
лежитпреобразованиеанало			говыхсигналовпоследовательностьчисел
обработкаэтойпоследовцифровомычислительномательности
уст,ролькоторогойствеможетигратькакуниверсальнаяЭВМ,так
специализирцифро. цессорв ванный
	Применениеврадиоэлцифровойильтрктрнике		ацииоткрывает
дополнительныевозмприобработкежноссигналов.Вчастнос,могути
бытьреализованысложныеалгоритмыфильтрации,которыеаналоговыми
методамиврядеслучаеввообщенеудаетсяосуществить.Сдругой
стороны,возможенсинтезцифровойорм			еаналоговизвестных
радиотехническустройствразличногофункциональногоназначения,х
именно:фильтров,преобразчаст,детекои.вап.ыторовелей
	Настоящсоваякуработасвоейцельюпривитьстудентам
практическиенавыкиоблади кретной			цифровойобработки
сигналовпримеререшенияконкретнойзадачи,включающейсебя
элеме,какси,нтанализакыезацифровогоильтра.
	Заднкуаниерсовуюаботусостоитиздвухчастей.Перваячасть
включаетподготовкуаналосигналацифровойового			обработке.Вторая	по
частьсодержсинтезанализцитфровогоильтра			вдвухариантах
выборустудента		.
1	Задание

1.1.Задание напервчастькуработыюсовой

1.1Дискретиз.1 заданныйшифвосстановитьгналромвать
аналоговыйсигнал,используярядКотельн		ик.Приопределениива
наивысшейча пектратотысигниспользоватьпороговыйлакритерий
(для f > fmax амплитудыспектральныхсоставляющихнепревышаютуровня
0.1 от максимальной).
1.1Рассч.2 спектрдитатьскретнойпоследовательности,
определеннойв	пункте 1.1Постро. граф. итьк
1.1Найти.3	Z-преобразованиянайдепу ктеной	1.1дискретной.1
последовательности.
1.1ОпределиФурье.4 дискрепреобразованиетноеДПФ()тойже
дискретнойпослед,П графстрвательности.В сстановитьк
аналоговыйсигнал,ис	пользуятригонометрическийрядФурье.
1.По1результатам.5 пункта1		.1найти.4исходнуюдискретную
послед.Пографстровательность. ик
1.1Произ.6 срарезультатовнениеестивычислений:
1)сравнитьформуспектрадискретизированнойпоследовательности
сосп ектромисходнаналсигналао; ового

	5
2)установитьсвязьмежду:	Z-преобразовиспектрплотальнойияостью
а) результатом
дискретнойпоследовательности;
б)междуспектромисходнперианалогодическсигналаового
дискротсчетатныспектральногоми	йплотности.

1.2.Заднавторниечастькуюработысовой.ВариантI

1.2Для.заданн1 аналоговой				линейной электрическойцепинайти
оператовыражперноефункциидаточнойние				К(р)	иимпульсную
характеристику g(t).
1.2Осуществи.2 синтезцифровцепиметоь й					домбилинейного
Z-преобразовпонанияйдевпун1ктеной				.2.1 К(р)	.Посхемутроить
алгоритмацифровогоильтраЦФ().
1.2.3ПросиЦФнтзвспоестимз ощьюетоданвариантности						.2.1 g(t).
импульснойхаракте		ристики (ИИХ)		понайденнойвп	ункте1
ПосхемутроитьалгоритмаЦФ.
1.2Найти.4отклЦФввивыходнойдекдискретной
последовательностинавходнуюдискретную						тельность,
полученнуювпункте1			.1на.основе1,выпунктоволнения1или.21.2			.2.3 с
помощьюобратного			Z-преобразования (либоспомощьюалгоритма
свертки)	повыборустудента.
1.2Сделать.5выводысравнеметодовсинтезапотрудоемкостиии,
сложконростиечногозультата,физическойдостоверностиполученной
формыткликавреальныхусловияхпродискреождения					тногосигнала
черезсинтезированнуюцепь.

1.3.Заднавторниечастькуюработысовой.ВариантII

1.3Методом.1билинейного			Z-преобразованиясинтезировать
цифровойильтр		различногоназначения	: фильтр нижнихчастотФНЧ()	,
фильтрверхнихчастотФВЧ(),полосо			войфильтрПФ()илирежекторный
фильтрРФ()	с заданнымиграничнымичастотамиполпропускания
заграждения. Приэтомвзависимостиотварикачествеаналоговогота
фильтра	необходимоиспольз вать		классическийнизкочастотныйНЧ(	-)
прототип одногоиздву		хтипов:
а)ФНЧсмаксиплоскойамплитудноально				-частотной
характерисАЧХ()фильБаттерворта( ),обеспечивающийикой				затухание
АЧХвполосепропускания		не более α,дБ изатуханиевполос
заграждменеения		β дБ;
б)ФНЧсравноволновойамплитудно			-частотнойхарактеристикой
(АЧХ)фильтр(Чебышева),обеспечивающийзатуханиеАЧХполосе				β дБ.
пропусканиянеболее		α,дБизатуханиевнеполосыменее

6

1.3Рассчита.2 амплитьудно -частотнуюиимпульсную характеристикисинтезированногоцифровогоильтра.

1.3.3 Опревидискретногоелсигналатьвыходефильтрапри воздействиинаеговхп следоваотсчетовзаданноговходель огости

сигнала x(t).

2	Исходданныеккуработесовой
	2.1 Перечеисходданныхьх
	Исходданявляютсяными:
	•	графическаямодеаналоь	говогосигнала	(таблица1);
	•	времеструктурааналонаясигна( овогоб2);лица
	•	модельлинейнойэлектрическойцепитаблица( 3);
	•	варцифантровогоильтра(аблица4);

• парзаметрытухиграничастотыцифровогочныея

фильтранижнихчастотФНЧ()таблица( 5	);
• парзаметрытухиграничастотыцифровогочныея
фильтраверхнихчасФВЧ()таблицаот( 6);

•	парзаметрытухиграничастотыцифровогочныея
полосовогофильтраПФ()таблица( 7);
•	парзаметрытухиграничастотыцифровогочныея
режекторногофильтраРФ(		)таблица( 8).

2.2 Расчёт шифров

Пример расчёташифров наоснованпоследнихдвухцпароляфр

(******37).

N N			2	=		37 66			= 24,4.				N1N2=24
1						100
N3N4				=			37 39				= 14,4.		N3N4=14.
						100
N5N6				=			37 43				= 15,9.		N5N6=15.
							100
N7 N8				=			37 32				= 11,8.		N7N8=11.
						100
N	9	N			=			37 100				= 37.	N9N10=37.
			10			100

2.3 Табличное представление исходданныхшифровх

7

Таблица1

– Модесигналованалоговых

Шифр

Графиксигнала

Шифр

Графиксигнала

N1N2

N1N2

S(t)

S(t)

01

E

09

E

t

1

t2 t3 Тос

t1

t2

Тос

S(t)

S(t)

02

E/2

t

2

t3

10

E

t

3

-E/2

t

1

Т

ос

-E

t1

t2

Тос

S(t)

S(t)

03

E

11

E/2

-E

t1

t

2

Т

ос

-E/2

t1

t2

Тос

S(t)

S(t)

E

E

04

12

t1

-E

t1

t2

Т

ос

-E

t2

Тос

05

S(t)

13

S(t)

E/2

E/2

t1

t2

Т

ос

t

1

t

2

t3 Т

ос

S(t)

S(t)

06

E

14

E

t2

t3

-E

t1

t2

Тос

-E

t

1

Т

ос

S(t)

S(t)

07

E

15

E/2

-E

t1

t2

Т

ос

-E/2

t1

t2 Т

ос

S(t)

S(t)

08

E/2

t2

t3

16

E

t2 t

3

-E/2

t

1

Т

ос

-E

t1

Тос

8

Таблица1

(продолжение)

Шифр

Графиксигнала

Шифр

Графиксигнала

N1N2

N1N2

17

S(t)

25

S(t)

E

E

t1

t2

t3 Тос

t1

t2

Тос

18

S(t)

26

S(t)

E

E/2

t1

t

2

Т

ос

t1

t2

t3 Тос

19

S(t)

27

S(t)

E

E/2

-E

t1

t

2

Т

ос

-E/2

t1

t2

Т

ос

20

S(t)

28

S(t)

E/2

E

t2

t3

t

1

Т

ос

-E

t

1

Т

ос

21

S(t)

29

S(t)

E/2

E

-E/2

t1

t2

Т

ос

-E

t

1 t2 Т

ос

22

S(t)

30

S(t)

E/2

E

t1

t2

Т

ос

t

1

t

2

t3

Т

ос

23

S(t)

31

S(t)

E/2

E

t1

t2

Т

ос

t

1

t

2

Т

ос

24

S(t)

32

S(t)

E

E/2

t2

t

3

t

-E

t1

t2

Т

ос

-E/2

1

Т

ос

9

Таблица1

(продолжение)

Шифр

Графиксигнала

Шифр

Графиксигнала

N1N2

N1N2

S(t)

S(t)

33

E/2

t

2

t3

41

E

-E/2

t

1

Т

ос

-E

t

1

t2

Тос

S(t)

S(t)

34

E/2

42

E

t

2

t3

-E/2

t1

t2 Т

ос

-E

t

1

Т

ос

S(t)

S(t)

35

E

43

E/2

t

1

t

2

t3 Т

ос

-E/2

t1

t2

Т

ос

36

S(t)

44

S(t)

E/2

E/2

t1

t2

Т

ос

t

1

t

2

t3 Т

ос

S(t)

S(t)

37

E

45

E

t

1

t

2

t

3 Т

ос

t1

t

2

t3 Т

ос

S(t)

S(t)

38

E

46

E/2

-E

t1

t2

t3 Т

ос

-E/2

t1

t2

Т

ос

S(t)

S(t)

39

E

t

1

47

E

t3

t

-E

t2

Т

ос

-E

1

2

Т

ос

S(t)

S(t)

40

E

48

E

-E

t1

t2

Т

ос

-E

t

1

t

2 Тос