КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Основы цифровой обработки сигналов» на тему

«Проектирование цифро-аналогового тракта обработки сигналов».

Весенний семестр 2013/14 учебного года

1. Цели и этапы курсового проектирования

Целью курсового проектирования является закрепление студентами навыков решения прикладных задач цифровой обработки сигналов. В процессе выполнения курсового проекта студенты разрабатывают ряд основных каскадов цифро-аналогового преобразования сигналов.

Задание и этапы проектирования указаны в соответствующих разделах данных методических указаний. В ходе выполнения курсового проекта студенты должны приобрести необходимые практические навыки по основным методам цифровой обработки сигналов и закрепить на практике знания, полученные в лекционном курсе.

2. Содержание проекта

На защиту студент представляет пояснительную записку (ПЗ) в электронном и бумажном виде и полностью отлаженное программное обеспечение. Пояснительная записка должна содержать постановку задач (общую и по разделам), подробное описание выполняемых расчетов с обоснованием выбранных вариантов решения, графики в удобном для иллюстрации масштабе. Отдельные элементы графиков должны быть озаглавлены в поле рисунка и хорошо различаться в черно-белом варианте (Для изучения различных способов отображения линий на графике воспользуйтесь командой help plot в командном окне).

В приложении к ПЗ должна быть приведены тексты программ с разбивкой по разделам и подробными комментариями.

3. Задание на проектирование

   Разработать тракт аналого-цифрового преобразования сигналов с преобразованием сигналов из аналоговой формы в цифровую, подавлением помех, и преобразованием цифрового сигнала с подавленными помехами из цифровой формы в аналоговую. В ПЗ приведите общую структурную схему тракта.

1. Формирование входного сигнала и помех

Сформируйте входной полигармонический сигнал вида:

где

a_n= Kv*[1 2 1.2 2]; f_n=Kv*0.01*[1 0.7 0.3 0.1]*fs; w_n=2*pi*f_n;

t = (0:100000-1)*ts - ось времени;

Kv = 1+0.01*(12-k) 1+0.02*(12-k) 1+0.022*(12-k) 1+0.025*(12-k)];

k – номер варианта, равный порядковому номеру в списке группы,

набор помех вида:

a_{i n} = Kv*[5 10 10 50]; f_{i n}=Kv*0.01*[1.1 1.28 2.5 8.2] *fs; w_{i n}=2*pi*f _{i n};

и белый гауссовский шум g(t) со стандартным отклонением 0.5;

fs = 1000000Гц, условная частота дискретизации входного сигнала;

ts = 1/fs;

t = (0:100000-1)*ts.

Реальный аналоговый сигнал можно рассматривать как дискретный с частотой дискретизации равной бесконечности. Входные аналоговые сигналы условно представлены дискретизированными сигналами с высокой частотой дискретизации. Соответственно, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) моделируется как понижение частоты дискретизации входного сигнала.

На вход проектируемого тракта подается входной процесс в виде суммы сигнала помех и шума: proc(t) = s(t)+si(t)+ g(t).

2. Проектирование антиэлайзингового фильтра.

Антиэлайзинговый фильтр (АФ) необходим для предотвращения наложения спектров после дискретизации. В качестве модели аналогового фильтра следует применить цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтр) с аналогичными параметрами. Спроектируйте АФ порядком не выше 6-го исходя из противоречивых требований подавления внеполосных помех в дальней зоне, с одной стороны, и наименьшего искажения полезного сигнала, с другой. Источником искажений полезного сигнала является нелинейность фазо-частотной характеристики (ФЧХ) и неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) АФ.

Для оценки нелинейности ФЧХ в полосе полезного сигнала приведите в ПЗ графики АЧХ, ФЧХ и группового времени задержки (ГВЗ). Для оценки подавления помех приведите в ПЗ графики спектров входного процесса до АФ и после него. Для оценки искажений полезного сигнала в АФ подайте на вход тракта чистый сигнал без помех и шума и оцените искажение формы сигнала по графикам, а также средне-квадратическое отклонение (СКО) сигналов на входе и выходе АФ по формуле:

СКО = ,(M=100000).

При расчете СКО следует учитывать t_del - задержку S_вых относительно S_вх в АФ. При оценке СКО исключите из S_вх и S_вых начальные отсчеты, соответствующие времени переходного процесса в S_вых.

Для приблизительной оценки задержки можно сопоставить графики S_вх и S_вых на одном рисунке или воспользоваться графиком ГВЗ для АФ. Обе оценки должны примерно совпадать. Неточность оценки задержки полигармонического сигнала обусловлена тем, что в аналоговом и БИХ фильтрах ФЧХ нелинейна и, соответственно, для различных частотных компонент сигнала задержки в фильтре различаются. Задержанный S_вх формируется как сумма отдельных гармонических составляющих, с подстановкой (t-t_del) вместо t.

Постройте в ПЗ графики S_вх, S_вх(t-t_del), S_вых,и S_вх(t-t_del)-S_вых).

Постройте в ПЗ графики спектров на входе и выходе АФ. При построении расположите графики один под другим в одинаковых масштабах с помощью функции subplot. Для выравнивания масштабов воспользуйтесь функцией axis.