Detail předmětu
Základy zpracování signálů
FSI-RSZ Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr
V předmětu se posluchači seznámí se základními teoretickými poznatky z oblasti číslicového zpracování jednorozměrných signálů, které si procvičí na úlohách v prostředí MATLAB. Důraz je kladen na pochopení základních termínů oboru a metod zpracování (signál, vzorkování, diskretizace, kvantování, konvoluce, Fourierova transformace, IIR a FIR filtrace). Součástí kurzu jsou také estimátory stavu dynamických systémů, tedy Kalmanův filtr a jeho nelineární varianty.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
základy Matlabu (nebo Octave), konkrétně práce s maticemi a vektory, jednoduché grafy, základy programování
Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů
Předmět je hodnocen na základě vypracovaného funkčního softwarového projektu, který používá některou z probíraných implementací metod zpracování signálu. Projekt je nutno odevzdat ve formě zprávy popisující řešenou úlohu a příslušných zdrojových kódů. Projekt je nutno představit spolužákům ve třídě formou krátké prezentace.
Zpráva ve formátu PDF má rozsah 5+ stran, obsahuje motivaci úlohy, upřesněné zadání, popis postupu a dosažené výsledky. Zdrojový kód musí být spustitelný na počítači vyučujícího. Prezentace musí být ve formátu PowerPoint nebo kompatibilním.
Hodnoceno je splnění cílů projektu, kvalita kódu a textu s ohledem na obtížnost zadání.
Účast na přednáškách je žádoucí, na cvičeních povinná. Způsob nahrazení zameškaných cvičení je plně v kompetenci vyučujícího.
Učební cíle
Cílem kurzu je seznámit posluchače se základy zpracování signálů, především s číslicovým zpracováním jednorozměrných signálů. Významnou část kurzu tvoří praktické úlohy realizované pomocí prostředí MATLAB.
Absolvent bude po absolvování kurzu rozumět základním termínům z oboru zpracování signálu, bude schopen analyzovat jednorozměrný signál a navrhnout filtr pro zadanou aplikaci v prostředí MATLAB.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-MET-P: Mechatronika, magisterský navazující, povinný
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace BIO: Biomechanika, povinně volitelný
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace IME: Inženýrská mechanika, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Osnova
1. Co je to signál. Klasifikace. Proč se zpracovává. Aplikace.
2. Spojitý / diskrétní signál, vzorkování, diskretizace, kvantování
3. Spojité systémy a jejich popis, Diskrétní signály
4. Lineární soustavy, princip superpozice, dekompozice
5. Konvoluce
6. Fourierova transformace
7. Fourierova transformace, vlastnosti
8. Digitální filtry, úvod, FIR filtry
9. IIR filtry
10. Kalmanův filtr
11. Rozšířený Kalmanův filtr
12. Unscented Kalmanův filtr, particle filtr
13. Laplaceova transformace, Z-transformace
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Osnova
1. Opakování Matlabu. Signal Processing Toolbox.
2. Načtení signálu, generování signálů
3. Analýza v časové oblasti
4. příkaz SPTool
5. Konvoluce
6. Korelační analýza
7. Spektrální analýza – úvod
8. Diskrétní Fourierova transformace
9. Filtrace – úvod
10. Filtrace – příkaz FDATool
11. Filtrace, aplikace
12. Časově frekvenční analýza, spektrogram
13. Kalmanův filtr, nelinární verze KF