Закреплена за кафедрой | Кафедра общей и экспериментальной физики |
---|---|
Направление подготовки | 03.03.02. Физика |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
Учебный план | 03_03_02_Ф-2-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | 3 (6) | Итого | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Недель | 19 | 19,5 | ||||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 14 | 14 | 14 | 14 | 28 | 28 |
Лабораторные | 30 | 30 | 28 | 28 | 58 | 58 |
Сам. работа | 64 | 64 | 66 | 66 | 130 | 130 |
Итого | 108 | 108 | 108 | 108 | 216 | 216 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики
Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников В.А.
1.1. | Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с основными методами и техническими приемами цифровой фильтрации, обработки и преобразований информационных данных в современных информационных системах регистрации, накопления, обработки и представления данных, изучение методов реализации в информационных системах и на современных персональных компьютерах эффективных алгоритмов преобразования и анализа информационных данных. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В |
ОПК-5 | способностью использовать основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации и навыки работы с компьютером как со средством управления информацией |
ПК-2 | способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | основные виды цифровых фильтров, методы их анализа и синтеза; особенности цифровой фильтрации информации; основные методы статистической обработки данных; спектральный анализ сигналов; вейвлетные преобразования сигналов; методы децимации и интерполяции информационных данных; методы деконволюции и сжатия сигналов; оптимальные методы выделения информации при больших уровнях шумов; адаптивные методы фильтрации информации; системы преобразования информационных сигналов, классические приложения преобразования информационных данных |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | определять параметры линейных систем регистрации и формирования результатов наблюдений и выполнять классические преобразования данных; моделировать процессы регистрации данных и их обработки; оценивать корректность данных и производить их частотный анализ; определять параметры цифровых фильтров, выполнять расчеты цифровых фильтров и цифровую фильтрацию результатов наблюдений; выполнять расчеты фильтров деконволюции и применять их для решения задач геофизики; выполнять обработку результатов измерений с помощью программных пакетов общего и специального назначения; оформлять результаты обработки информационных данных |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | представлением о методах и технических приемах цифровой фильтрации, обработки и преобразований информационных данных в современных информационных системах регистрации, накопления, обработки и представления данных, о реализации в информационных системах и на современных персональных компьютерах эффективных алгоритмов преобразования и анализа информационных данных |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. | ||||||
1.1. | Введение в цифровую обработку сигналов. Цифровые сигналы. Обработка цифровых сигналов | Лекции | 5 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.2. | Каузальные нерекурсивные цифровые фильтры | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.3. | Функциональные преобразования сигналов. Операции цифровой обработки | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.4. | Корреляционные параметры фильтрации | Лабораторные | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.5. | Цифровые фильтры обработки одномерных сигналов. Нерекурсивные и рекурсивные цифровые фильтры | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.6. | Симметричные двусторонние НЦФ | Лабораторные | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.7. | Устойчивость фильтров. Частотные характеристики фильтров. Фазовая и групповая задержка сигналов. Структурные схемы цифровых фильтров | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.8. | Сглаживание данных методом наименьших квадратов | Лабораторные | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.9. | Фильтрация случайных сигналов. Сохранение природы сигнала. Математическое ожидание | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.10. | Разностные операторы НЦФ | Лабораторные | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л2.1 |
1.11. | Нерекурсивные частотные цифровые фильтры. | Лекции | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.12. | Разностные операторы дифференцирования | Лабораторные | 6 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.4, Л2.1 |
1.13. | Конструирование и расчет печатных плат. | Лекции | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.14. | Весовые функции | Лабораторные | 6 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.15. | Изучение механизмов переноса лекарственных веществ в биоткани человека методом электрофореза | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.16. | Нерекурсивные полосовые фильтры | Лабораторные | 6 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.17. | Аппаратура для лечения постоянным током | Лекции | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.3, Л2.1 |
1.18. | Рекурсивные цифровые фильтры | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.19. | Примеры построения устройств формирования, обработки и передачи биомедицинской информации на основе микропроцессорных устройств и микроконтроллеров | Лекции | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.20. | Низкочастотный цифровой фильтр Баттеруорта | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.4, Л2.1 |
1.21. | Основные направления развития БТС, отражающие тенденции и проблемы совершенствования медико- биологических и экологических исследований. | Лекции | 5 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.22. | Высокочастотный цифровой фильтр Баттеруорта | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.23. | Биотехнические инфраструктуры. Жизненный цикл и старение технических систем. Механотерапии. Биофизические нанотехнологии. Молекулярное узнавание | Лекции | 5 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л2.1 |
1.24. | Полосовой цифровой фильтр Баттеруорта | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.25. | Расчет RC- RL-цепей | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.26. | Оптимальные линейные цифровые фильтры | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л2.1 |
1.27. | Оптимальный фильтр обнаружения сигналов | Лабораторные | 5 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.4, Л2.1 |
1.28. | Фильтры деконволюции | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.29. | Оптимальные фильтры деконволюции | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.30. | Оценка статистических параметров шумов в сигналах | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.31. | Адаптивная очистка произвольных сигналов от шумов | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л1.1, Л1.3, Л1.4, Л2.1 |
1.32. | Корреляционное согласование массивов по аргументам при подготовке к обработке | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.33. | Рекурсивная режекция и селекция массивов цифровых данных | Лабораторные | 5 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.34. | Критерии построения. | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.35. | Фильтр Колмогорова-Винера | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.36. | Система линейных уравнений фильтра | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.37. | Частотная характеристика | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.38. | Эффективность оптимального фильтра | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.39. | Фильтры прогнозирования и запаздывания | Сам. работа | 5 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.40. | Оптимальные цифровые фильтры сжатия | Сам. работа | 5 | 10 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.41. | Оптимальный фильтр обнаружения сигналов. | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.42. | Устойчивость фильтров деконволюции | Сам. работа | 5 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.43. | Согласованный фильтр | Сам. работа | 5 | 6 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.44. | Оптимальные фильтры деконволюции | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.45. | Рекурсивная деконволюция сигналов | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.46. | Фильтры сжатия сигналов | Сам. работа | 6 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.47. | Аппроксимация сигналов и функций | Сам. работа | 6 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.48. | Аппроксимация сигналов и функций | Сам. работа | 6 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.49. | Сплайновая аппроксимация | Сам. работа | 6 | 8 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.50. | Спектральный метод | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.51. | Методика аппроксимации эмпирических данных | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.52. | Принцип фильтрации. | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.53. | Одномерные медианные фильтры | Сам. работа | 6 | 4 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.54. | Достоинства и недостатки медианных фильтров | Сам. работа | 6 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.55. | Медианная фильтрация комбинированных помех | Сам. работа | 6 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.56. | Очистка сигналов от квазидетерминированного шума. | Сам. работа | 6 | 2 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.57. | Коррекция яркости и контрастности | Сам. работа | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.58. | Основы вейвлетного преобразования сигналов | Сам. работа | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.59. | Принцип преобразования. | Сам. работа | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
1.60. | Вейвлетный спектр | Сам. работа | 6 | 1 | ОПК-5, ПК-2 | Л1.2, Л2.1 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
Билет №1 1 Метод быстрого преобразования Фурье. 2 Преобразование Уолша-Адамара, упорядоченное по Адамару. Билет №2 1 Преобразование Уолша-Адамара, упорядоченное по Уолшу. 2 Дискретизация сигналов. Билет №3 1 Квантование сигналов по уровню. 2 Прямой метод вычисления дискретного преобразования Фурье. Алгоритм Герцеля. Билет №4 1 Быстрое преобразование Уолша-Адамара, упорядоченное по Адамару. 2 Функции Радемахера и Хаара. Билет №5 1 Вывод формул быстрого преобразования Фурье. 2 Алгоритм Винограда вычисления дискретного преобразования Фурье. |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
1. Задачи спектрального анализа сложных сигналов, решаемых с использованием программы быстрого преобразования Фурье. 2. Провести сравнительный анализ эффективности преобразований Уолша-Адамара, упорядоченного по Адамару и преобразования Уолша-Адамара, упорядоченного по Уолшу. 3. Провести сравнительный анализ эффективности методов обработки пространственных объектов типа «точка» и «полилиния». |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
см. приложение (ФОС) |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Федосов В.П., Нестеренко А.К. | Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учеб. Пособие: Пособие | , | e.lanbook.com |
Л1.2 | Басараб М.А., Волосюк В.К., Горячкин О.В. | Цифровая обработка сигналов и изображений в радиофизических приложениях: монография | М.: ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2007 | elibrary.ru |
Л1.3 | Е.Н. Симонов | ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В РАДИОНАВИГАЦИИ КАК ОБРАТНАЯ НЕКОРРЕКТНАЯ ЗАДАЧА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ: Пособие | Лань, 2015 | e.lanbook.com |
Л1.4 | Л.Г, Севердлиг | Методика автоматической калибровки при обработке лидарных сигналов упругого обратного рассеяния: Пособие | Лань, 2017 | e.lanbook.com |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Стивен Смит; пер. с англ. А.Ю. Литвиновича, С.В. Витязева, И.С. Гусинского | Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженеров и научных работников [Электронный ресурс]: | М.: ДМК Пресс, 2011 | www.studentlibrary.ru |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Основы цифровой обработки сигналов, автор Дмитриев С.Ф. | portal.edu.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Программное обеспечение операционная система семейств Windows/Unix; приложения виртуальных машин Innotek VirtualBox и др.; антивирусные программы: Avast, Avira AntiVir и др. диспетчеры архивов: 7-zip и др.; файл-менеджеры: Far, Unread Commander и др.; офисный пакет Microsort Office, включающий приложения: о текстовый процессор Word, о табличный процессор Excel, о СУБД Access, программа создания презентаций PowerPoint, о программа создания печатной продукции Publisher и др. пакеты для символьных вычислений: MathCAD, Maxima и др.; пакеты компьютерной графики: Photoshop. |
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
419К | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации; | Учебная мебель на 17 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; компьютеры: NAIO Corp Z520, НЭТА - 4 in - 13 ед. |
404К | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 13 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; компьютеры: марка DEPO модель Neos 260 - 13 единиц |
Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
см. приложение (ФОС) |