16344

Линейная фильтрация сигналов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Линейная фильтрация сигналов Методические указания к лабораторной работе Лабораторная работа по исследованию прохождения сигналов через линейные цепи с постоянными параметрами используется в процессе изучения курса Радиотехнические цепи и сигналы и Радиолок...

Русский

2013-06-20

137.18 KB

12 чел.

Линейная фильтрация сигналов

Методические указания к лабораторной работе

Лабораторная работа по исследованию прохождения сигналов через линейные цепи с постоянными параметрами используется в процессе изучения курса «Радиотехнические цепи и сигналы» и «Радиолокационные системы» студентами специальности 201600 «Радиоэлектронные системы». Лабораторная работа «Линейная фильтрация сигналов» построена на базе алгоритмов быстрого преобразования Фурье и выполнена в форме приложения для Windows 95...98, NT.

  Ил. 7, список лит. 4 назв.

 Одобрено учебно-методической комиссией приборостроительного факультета для специальности 201600 «Радиоэлектронные системы».

 Рецензент Н. Г. Гайсов.

                                                                           Издательство ЮУрГУ, 2003.

1. Введение

 

 Лабораторная работа выполняется с использованием цифровой программной модели лабораторного стенда, выполненной в форме Windows - приложения. Укрупнённая структурная схема модели приведена на рис.1.

Рис. 1.

Назначение всех элементов этой схемы очевидно и не требует дополнительных пояснений.

Сигнал, сформированный управляемым модулем формирования сигнала, поступает в модуль фильтрации, вычисляющий реакцию на входной сигнал фильтра, частотная характеристика которого определяется модулем задания фильтра. Вычисление реакции фильтра на входной сигнал осуществляется в спектральном представлении сигнала и характеристики фильтра.

 Входной сигнал, реакция фильтра или их спектры (по выбору пользователя) отображаются модулем отображения в соответствующих окнах в виде осциллографических изображений. 

 Условия эксперимента, определяемые формой и параметрами сигнала, а также типом и характеристиками фильтра, задаются в главном рабочем окне приложения.

 Параметры, тип и форма сигнала или его огибающей задаются с помощью соответствующих элементов ввода и редакции данных, расположенных на поле главного рабочего окна.

 Тип фильтра и параметры его частотной характеристики задаются в специальном рабочем окне, которое открывается щелчком левой клавиши «мыши» по рубрике «Параметры фильтра» меню.

 Любые изменения условий эксперимента моментально отражаются в осциллограмме и спектрограммах

 Более подробное описание модели стенда приведено в приложении к данным методическим указаниям.

  1.  Цель лабораторной работы

- ознакомиться с методами анализа прохождения сигналов через линейные, стационарные цепи;

- закрепить основные положения теории сигналов и цепей;

- экспериментально исследовать процессы прохождения сигналов через  линейные цепи;

-  проанализировать влияние характеристик фильтра на сигнал, проходящий через него;

- проверить степень согласования экспериментальных данных с соответствующими теоретическими положениями.

 3. Расчетное задание

 

 Рассчитать и построить реакции одного – двух фильтров на сигналы, заданные преподавателем (задание выдаётся на подготовительном занятии, и выполняется перед лабораторной работой).

 

  4. Порядок выполнения работы и методические указания

 

 Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо:

  1.  Ознакомиться с приведенным в приложении описанием цифровой программной модели лабораторного стенда.
  2.  Спланировать программу лабораторного исследования в соответствии с целью лабораторной работы.
  3.  Выбрать и согласовать с преподавателем типы фильтров и сигналов, которые позволят Вам наиболее полно и наглядно объяснить влияние характеристик фильтра на различные входные воздействия.

 Во время выполнения лабораторной работы необходимо получить семейство графиков, наиболее полно характеризующих процесс линейной фильтрации.

 При выполнении работы обратите внимание на возможные отклонения расчётных и экспериментальных данных.

 В связи с тем, что физический смысл факторов, действующих при линейной фильтрации, довольно сложно выяснять, не имея графических иллюстраций, рекомендуется сохранять для помещения в отчёт наиболее характерные осциллограммы сигналов или их спектров и частотных характеристик фильтров. Значения сигналов можно сохранить в главном окне приложения (в графической форме, или в форме текстового файла), а частотную характеристику фильтра - окне установки параметров фильтров (в форме текстового файла).

5. Требования к содержанию отчета

 

 Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие материалы:

  1.  Материалы экспериментального исследования с указанием условий эксперимента, в том числе, с указанием временной структуры сигнала и его параметров.
  2.  Результаты выполнения расчетного задания. Графические изображения расчетных и экспериментальных зависимостей для одинаковых условий необходимо строить на общих координатных осях и в одинаковом масштабе.
  3.  Анализ результатов эксперимента с обоснованием причин выявленных отклонений результатов эксперимента от расчетных данных.
  4.  Список литературы, использованной при подготовке к лабораторной работе и при выполнении расчетного задания.

Примечание: Ссылки на литературные источники в тексте отчёта обязательны.

6.Контрольные вопросы

1. Какие формы представления сигнала наиболее удобны при анализе прохождения его через линейные инвариантные во времени (ЛИВ) цепи.

2. Запишите формулы вычисления реакции линейной цепи на входной сигнал, используя временную и спектральную формы представления сигнала.

3. Запишите частотную характеристику идеальной дифференцирующей цепи и RC или RL дифференцирующей цепи? В чём состоит отличие их характеристик?

4. Запишите частотную характеристику интегратора с конечным временем интегрирования и RC или RL интегрирующей цепи? В чём состоит отличие их характеристик?

5. Запишите импульсную и частотную характеристики идеальной линии задержки.

6. Постройте график сигнала на выходе дифференцирующей цепи с постоянной времени RC = 4 мкс, если на её вход поступает последовательность прямоугольных импульсов длительностью  10 мкс или 2 мкс с периодом повторения 14 мкс.

7. Какие искажения АМ сигнала возникают при прохождении его через параллельный и последовательный резонансный контур? Изобразите временные спектральные и векторные диаграммы.

8. Какие искажения ФМ сигнала возникают при прохождении его через параллельный и последовательный резонансный контур? Для обоснования ответа используйте временные спектральные и векторные диаграммы.

9. Какое влияние на сигнал оказывает наклон фазовой характеристики резонансного контура?

10. Какой частотной характеристикой должен обладать полосовой фильтр, не искажающий произвольный узкополосный сигнал? Приведите аналитическое и графическое обоснование Вашего ответа.

 7. Рекомендуемая литература

  1.  Гоноровский И. Р. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для ВУЗов – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 1986. – 512 с.: ил.
  2.  Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие для ВУЗов по спец. «Радиотехника» - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1988. – 208 с.:ил.
  3.  Радиотехнические цепи и сигналы. Примеры и задачи: Учебное пособие для ВУЗов/Под ред. И. С. Гоноровского – М.: Радио и связь, 1989. – 248 с.:ил.
  4.  Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач: Учеб. пособие для радиотехн. спец. Вузов. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 214 с.: ил.

                                                                                   Приложение

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

1.П. Общие положения.

Для исследования процессов линейной фильтрации Вашему вниманию предлагается программная цифровая модель, оснащённая удобным интерфейсом управления параметрами сигналов и визуального контроля деформации АКФ при изменении параметров сигнала.

 Структурная схема модели приведена на рисунке 1.П. Назначение всех элементов этой схемы очевидно и не требует дополнительных пояснений.

Рис. 1.П.

 Назначение всех элементов этой схемы очевидно и не требует дополнительных пояснений.

Сигнал, сформированный управляемым модулем формирования сигнала, поступает в модуль фильтрации, вычисляющий реакцию на входной сигнал фильтра, частотная характеристика которого определяется модулем задания фильтра. Вычисление реакции фильтра на входной сигнал осуществляется спектральным методом с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье (размер массива отсчетов 4096).

 Входной сигнал, реакция фильтра или их спектры (по выбору пользователя) отображаются модулем отображения в соответствующих окнах в виде осциллографических изображений. 

 Условия эксперимента, определяемые формой и параметрами сигнала и типом и характеристиками фильтра, задаются в главном рабочем окне приложения.

 Параметры, тип и форма сигнала или его огибающей задаются с помощью соответствующих элементов ввода и редакции данных, расположенных на поле главного рабочего окна.

   Тип Фильтра и параметры его частотной характеристики задаются в специальном рабочем окне, которое открывается щелчком левой клавиши «мыши» по рубрике «Параметры фильтра» меню.

 Любые изменения условий эксперимента моментально отражаются в осциллограмме и спектрограммах

   2.П. Главное рабочее окно приложения

 Сигнал и его АКФ, отображаются модулем отображения в главном рабочем окне, в поле для  визуального контроля, в форме осциллографического изображения. Примерный вид главного рабочего окна приведён на рисунке.

Рис. 2.П.

 Массивы отсчётов входного и выходного сигналов (или огибающие соответствующих радиосигналов) формируются и обновляются при любых изменениях параметров сигнала или фильтра и могут быть сохранены в форме текстовых файлов для использования в отчётах по лабораторной работе.  Для сохранения данных эксперимента воспользуйтесь меню главного окна «Файл/Сохранить/Имидж окна», «Файл/Сохранить/Значения сигнала», «Файл/Сохранить/АКФ сигнала» или «Файл/Сохранить/Все данные» (см. Рис. 3.П.)

Рис. 3.П.

 Значения сигнала, сохранённые в текстовых файлах, могут быть использованы в других  работах лабораторных комплексов по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы» и «Радиолокационные системы».

 Формат текстового файла значений сигнала имеет следующий вид:

Строка символов: (Возможно заголовок, содержащий номер эксперимента)

Строка символов: (Наименование типа сигнала)

Строка символов: («Длительность сигнала Тс = », целое без знака(Integer))

Строка символов: (Возможно шапка таблицы – «Отсчёт         Уровень»)

Строка данных: целое без знака (Integer),  реальное со знаком(Float)

 

      Число строк данных равно 256

…   

Строка данных: целое без знака (Integer),  реальное со знаком(Float)

 Параметры сигнала задаются в главном рабочем окне приложения с помощью соответствующих окон и инструментов редактирования и немедленно отражаются в изображении осциллограмм сигнала и спектра.

 Считывание числовых значений отсчётов входного или выходного сигнала можно осуществить, приблизительно совместив положение курсора «мыши» с необходимым элементом осциллограммы и нажав любую клавишу «мыши» (см. Рис. 4.П.).

Рис. 4.П.

 В нижней части главного рабочего окна приложения (см. Рис. 2.П.) помещено окно редактирования номера эксперимента. Номер эксперимента необходим для правильного распознавания сохранённых данных, и при смене типа сигнала наращивается автоматически. Однако при изменении только параметров сигнала необходимо корректировать его вручную, если сохраняются данные эксперимента для одной и той же формы сигнала, но при разных значениях его параметров.

  3.П. Окно ввода произвольной формы сигнала.

 Для исследования спектра сигнала с произвольной формой импульса или огибающей радиоимпульса служит специальное окно «Задание формы импульса (огибающей радиоимпульса)», которое вызывается из меню главного рабочего окна «Форма(Огибающая)/Произвольная».  Вид окна «Задание формы импульса (огибающей радиоимпульса)» приведён на рисунке 5.П.

В этом окне можно задать форму видеоимпульса или форму огибающей радиоимпульса с помощью средств графического редактирования прототипа или изобразить совершенно новую форму. Мнемокнопки управления изображением снабжены всплывающими ярлычками (типа “Hint”). Описание мнемокнопок приведено на рисунке 5.П.

Рис. 5.П.

 Назначение почти всех мнемокнопок очевидно вытекает из их наименования и не требует пояснения. Кнопка «Сгладить» доступна всегда но необходима она, пожалуй, только после ручного прорисовывания части прототипа или новых элементов формы импульса (огибающей). Сглаживание осуществляется путём фильтрации изображённой формы сглаживающим фильтром с колоколообразной АЧХ.

 

Для использования отредактированной формы импульса необходимо нажать клавишу «Принять», а для отмены всех изменений – клавишу «Отменить». Для обнуления значений формы импульса необходимо нажать клавишу «Очистить».

4.П. Окно установки параметров фильтра (цепи).

 Окно «Установка параметров цепи», внешний вил которого приведён на Рисунке 6.П, предназначено для выбора вида цепи и установки её основных параметров.

Рис 6.П.

 В этом окне пользователь может выбрать одну из шести предопределённых цепей или, щёлкнув левой клавишей «мыши» на ярлычке 7, с помощью меню «Файл/Загрузить» загрузить характеристику цепи из тестового файла, подготовленного заранее или из специальной библиотеки.

 Формат текстового файла, содержащего частотную характеристику цепи, имеет вид:

Строка символов: (Возможно заголовок, содержащий номер эксперимента)

Строка символов: (Возможно шапка таблицы:  «№ п/п    Реальная сост.  Мнимая сост.»)

Строка данных: целое без знака (Integer),  реальное со знаком(Float), реальное со знаком(Float)

 

…   Число строк данных равно 2048

Строка данных: целое без знака (Integer),  реальное со знаком(Float), реальное со знаком(Float)

 Воспользовавшись меню «Файл/Сохранить», пользователь может сохранить характеристику цепи, использовавшуюся в данном эксперименте.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80899. Система муниципальных правовых актов (МПА), Устав муниципального образования 43.13 KB
  РФ федеральным конституционным законам ФЗ №131ФЗ другим федеральным законам и иным нормативным правовым актам РФ а также конституциям уставам законам иным нормативным правовым актам субъектов РФ. В систему МПА входят: 1 устав МО правовые акты принятые на местном референдуме сходе граждан; 2 нормативные и иные правовые акты ПО МО; 3 правовые акты главы МО постановления и распоряжения главы местной администрации иных ОМС и должностных лиц МС предусмотренных уставом МО. Устав МО и оформленные в виде правовых актов решения...
80900. ПОНЯТИЕ, ОСОБЕННОСТИ, ФУНКЦИИ И ЗАКОНЫ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ 44.44 KB
  В основе социального управления лежит приоритет человеческого фактора над всеми иными. Функции управления не являются универсальными так как зависят от вида рассматриваемой организации. Законы управления.
80901. МОДЕЛИ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА 44.37 KB
  Под моделью управления следует понимать теоретически выстроенную целостную совокупность представлений о том как выглядит и как должна выглядеть система управления как она воздействует и как должна воздействовать на объект управления как она адаптируется и как должна адаптироваться к изменениям во внешней среде чтобы управляемая организация могла добиваться поставленных целей устойчиво развиваться и обеспечивать свою жизнеспособность. Модель управления включает в себя базовые принципы управления стратегическое видение целевые установки и...
80902. ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДЫ УПРАВЛЕНИЯ. БЛАГОПРИЯТНАЯ, НЕЙТРАЛЬНАЯ, АГРЕССИВНАЯ СРЕДА УПРАВЛЕНИЯ 43.99 KB
  Среда управления это совокупность внутренних и внешних субъектов сил активно влияющих на положение и перспективы организации на эффективность деятельности менеджеров. Типы среды: микросреда мезосреда макросреда. Микросреда внутр среда организации ее собственный персонал и взаимодействие человека с условиями жизни в личном окружении; Мезосреда среда непосредственного окружения партнеры поставщики потребители или социокультурная среда и сфера труда; Макросреда среда...
80903. ПОНЯТИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ 44.22 KB
  Об информации информационных технологиях и о защите информации ИТ – процессы методы поиска сбора хранения обработки предоставления распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов. Информационная технология ИТ процесс использующий совокупность методов и средств реализации операций сбора регистрации передачи накопления и обработки информации на базе программноаппаратного обеспечения для решения управленческих задач экономического объекта. Особенности ИТ: цель процесса – получение информации; предмет...
80904. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 85.5 KB
  ИТ включают в себя методы преобразования информации по заданному свойству в заданном направлении, что реализуется соответствующими средствами, называемыми инструментальными. Они включают в себя необходимый технических комплекс и соответствующее программное обеспечение, образуя сложные программно - аппаратные компьютерные системы с разнообразными функциями и возможностями поддержки управленческой деятельности.
80905. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОЛИТИКА (ГИП), ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ГОСУДАРСВТЕННОГО И МУНИЦИПАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ 46.21 KB
  ГИП комплекс политических правовых экономических социальнокультурных и организационных мероприятий государства направленный на обеспечение конституционного права граждан на доступ к информации. ГИП это особая сфера жизнедеятельности людей связанная с воспроизводством и распространением информации удовлетворяющей интересы государства и гражданского общества и направленная на обеспечение творческого конструктивного диалога между ними и их представителями. Различают аспекты ГИП: технологический регулирование процесса развития...
80906. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ УПРАВЛЕНЧЕСКОГО ТРУДА 46.33 KB
  Он основан на функциональном профессиональном квалификационном и операционнотехнологическом разделении труда. Функциональное разделение труда основывается на формировании групп работников управления выполняющих одинаковые общие функции менеджмента. Наряду с этим функциональное разделение труда предполагает выделение из общего состава менеджеров специалистов которые отвечают за процесс управления в целом а не за какуюто одну функцию.
80907. Психологический аспект в работе с инвалидами 25.75 KB
  Это связано прежде всего с дефектами их физического состояния вызванного заболеваниями приведшими к инвалидности а также с имеющимся комплексом сопутствующей соматической патологии и с пониженной двигательной активностью характерными для большинства инвалидов. Психологические проблемы возникают при изолированности инвалидов от внешнего мира как вследствие имеющихся недугов так и в результате неприспособленности окружающей среды для инвалидов на креслоколясках при разрыве привычного общения в связи с выходом на пенсию при наступлении...