Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов»




Скачать 190.73 Kb.
НазваниеПрограмма учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов»
Дата конвертации27.02.2013
Размер190.73 Kb.
ТипПрограмма



ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»





Согласовано





Утверждаю

Руководитель ООП

по специальности 130102

декан ГРФ

проф. А.С. Егоров




Зав. кафедрой

ГФХМР

проф. А.С. Егоров



ПРОГРАММА учебной дисциплинЫ


«ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ»


Специальность: 130102 «Технологии геологической разведки»

Специализации:

«Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых»,

«Сейсморазведка»

Квалификация (степень) выпускника: специалист

Форма обучения: очная


Составитель: проф. Д.Ф. Калинин


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Составитель: проф. Д.Ф. Калинин


Научный редактор: проф. А.С. Егоров


Цифровая обработка сигналов


1. Цели и задачи дисциплины:

    Целью преподавания дисциплины « Цифровая обработка сигналов» является ознакомление студентов с теоретическими основами и практическими приемами цифровой фильтрации, обработки и преобразований геоданных в современных системах регистрации, накопления, обработки и представления информации. Задачами дисциплины являются: изучение в требуемом объеме соответствующего математического аппарата цифровой обработки сигналов; изучение способов реализации эффективных алгоритмов преобразования и анализа геоданных на современных персональных компьютерах.


2. Место дисциплины в структуре ООП:

Курс "Цифровая обработка сигналов" входит в состав базовой части математических и естественнонаучных дисциплин цикла подготовки специалистов по специальности «Технологии геологической разведки» и изучается студентами специализаций «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», «Сейсморазведка» и «Геофизические информационные системы» в течение 6-го семестра после прохождения курсов «Математика», «Физика», «Информатика», «Обработка данных сейсморазведки», «Теория поля», «Теория функций комплексных переменных», «Операционное исчисление».

Для освоения курса «Цифровая обработка сигналов» обучающийся должен обладать базовыми знаниями по физике и математике, а также практическими навыками в рамках перечисленных выше дисциплин.


3. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-1, ОК-2, ОК-3, ОК-8, ОК-9, ОК-12, ОК-17, ОК-21, ПК-2, ПК-4, ПК-5, ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПК-21, ПК-23, ПК-24, ПК-25, ПК-26, ПК-27, ПК-29, ПСК-1.1, ПСК-1.2, ПСК-1.3, ПСК-1.4, ПСК-1.7, ПСК-1.8, ПСК-1.9, ПСК-4.1, ПСК-4.2, ПСК-4.3, ПСК-4.7, ПСК-4.8, ПСК-4.9, ПСК-5.2, ПСК-5.7, ПСК-5.8, ПСК-5.9, ПСК-5.10.

В результате изучения дисциплины студент должен:

    Знать: основные виды цифровых фильтров, методы их анализа и синтеза; особенности цифровой фильтрации геоинформации; основные методы статистической обработки сигналов (геофизических аномалий); спектральный анализ сигналов; вейвлет-преобразования сигналов; методы интерполяции геоданных; методы деконволюции и сжатия сигналов; оптимальные методы выделения информации при больших уровнях шумов; адаптивные методы фильтрации информации; системы преобразования сигналов.

    Уметь: определять параметры линейных систем регистрации и формирования результатов геофизических наблюдений и выполнять классические преобразования геоданных; моделировать процессы регистрации и обработки геоданных; 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 наблюдений с помощью программных средств общего и специального назначения; оформлять результаты обработки геоданных.

    Владеть: общими сведениями и методическими приемами цифровой фильтрации, обработки и преобразований сигналов (геофизических аномалий), практическими навыками реализации алгоритмов преобразования и анализа геоданных на ПЭВМ.



4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестр

6

Аудиторные занятия (всего)

51

51

В том числе:







Лекции

34

34

Практические занятия (ПЗ)

17

17

Семинары (С)

0

0

Лабораторные работы (ЛР)

0

0

Самостоятельная работа (всего)

21

21

В том числе:







Курсовой проект (работа)

0

0

Расчетно-графические работы

12

12

Реферат

0

0

Другие виды самостоятельной работы:







Работа с литературой

9

9

Вид аттестации (зачет, экзамен)

зачет

зачет

Общая трудоемкость час

зач. ед.

72

72

2

2


5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

Математические основы цифровой обработки (фильтрации) сигналов


Введение в цифровую обработку сигналов. Цифровые записи, как временные последовательности. Векторные представления сейсмических сигналов. Матричная форма представления сигналов (сейсмозаписей). Матричное представление процессов цифровой обработки.


Представление сигналов (сейсмозаписей) в частотной области. Дискретные преобразования Фурье. Операция свертки. Понятие о z-преобразовании временных последовательностей. Особенности цифровой фильтрации.

2

Корреляционные характеристики геофизических полей



Основные понятия теории случайных процессов. Математическое ожидание, дисперсия, автокорреляционная функция. Стационарность и эргодичность случайного процесса. Автокорреляционная функция (АКФ) и ее применение. Определение АКФ, основные виды автокорреляционных функций геофизических полей. Интервал корреляции, определение и его применение при обработке данных.


Построение корреляционной матрицы по АКФ. Взаимно-корреляционная функция (ВКФ). Применение ВКФ для оценки осей корреляции аномалий, величины отношения сигнал/помеха. Двумерная корреляционная функция (ДАКФ), определение и применение. Структурная функция и ее применение в задачах обработки данных.


3

Спектральный анализ геофизических сигналов



Спектры дискретно заданного сигнала. Спектры непрерывных сигналов и их дискретных аналогов. Спектры случайного процесса.


Z-преобразование и разложение сигналов по другим системам ортогональных функций. Основные приложения спектрального анализа при обработке геофизических данных.

4

Основы линейной фильтрации геофизических полей



Математическая модель геофизического поля. Понятие сигнала (геофизической аномалии) и помехи. Понятие линейной фильтрации. Свертка во временной и частотной области. Весовая функция фильтра. Амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристики фильтра.

Понятие аналогового и цифрового фильтров. Инвариантные и переменные во времени фильтры. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Построение фильтров для заданного диапазона частот. Низкочастотные, высокочастотные и полосовые фильтры. Режекторные фильтры. Идеальные фильтры. Фильтры Чебышева, Баттерворта и их частотные характеристики. Фильтр Страхова. Весовая функция и частотная характеристика линейного фильтра при аналитическом продолжении поля в нижнее полупространство.

Построение линейных фильтров в комплексной области с использованием Z-преобразования. Двумерные линейные фильтры. Скоростные (веерные) фильтры и интерференционные системы. Характеристика направленности и разрешающая способность интерференционной системы в сейсморазведке.

5

Оптимальные линейные фильтры



Критериальный подход к построению линейных фильтров. Критерий минимума среднеквадратического отклонения. Использование принципа регуляризации в рамках детерминистского и вероятностно-статистических подходов. Пиковое и энергетическое отношения «сигнал/помеха» и критерии построения фильтров на их основе. Фильтр Колмогорова-Винера и его использование при выделении аномалий в гравиразведке.

Оптимальная обратная фильтрация. Разделение «смеси» случайных величин посредством обратного фильтра. Построение фильтра прогнозирования. Согласованный фильтр в задачах обнаружения сигналов. Построение энергетического фильтра и оценка его качества. Двумерные оптимальные фильтры и их использование при обработке сейсмозаписей.


6

Выделение слабых геофизических сигналов на основе проверки статистических гипотез



Основные понятия теории статистических решений. Статистическая гипотеза. Ошибки I и II рода и их вероятности. Функции правдоподобия. Средний риск. Критерии принятия статистических решений. Критерий минимального риска (Байеса). Критерии Котельникова и максимального правдоподобия. Критерий минимакса. Критерии Неймана-Пирсона и Вальда. Критерий последовательного анализа. Надежность обнаружения сигнала (аномалии). Зависимость между величиной отношения «сигнал/помеха» и вероятностью обнаружения сигнала. Достоверный сигнал. Способы увеличения надежности обнаружения аномалий.

Способ обратных вероятностей для обнаружения заданного по форме сигнала с позиции проверки статистических гипотез. Оценка качества обнаружения сигнала. Способ межпрофильной корреляции и алгоритм обработки данных с использованием экстремумов ВКФ. Оценка направлений простираний аномалий. Суммирование исходных данных вдоль выделенных осей простирания аномалий. Применение способа межпрофильной корреляции для анализа сложных полей. Способ адаптивной (самонастраивающейся) фильтрации. Примеры применения. Непараметрические приемы обнаружения геофизических аномалий. Знаковая и порядковая статистики. Ранг элемента выборки. Знаково-ранговые и ранговые алгоритмы обнаружения сигналов.


7

Основы вейвлетного преобразования сигналов



Истоки и принципы вейвлет-преобразования сигналов. Вейвлетный спектр. Непрерывное и дискретное вейвлет-преобразования. Свойства вейвлета. Сопоставление вейвлет-анализа и Фурье-анализа. Частотно-временная локализация вейвлет-анализа. Практическое использование вейвлетов в геофизике. Примеры базисных вейвлетов

8

Корреляционно-регрессионный анализ, интерполяция и аппроксимация геофизических данных



Корреляция и регрессия. Оценка тесноты корреляционной связи. Виды регрессий и их применение. Корреляционные методы преобразования геофизических аномалий. Кусочно-полиномиальная аппроксимация наблюдаемых геофизических полей. Полиномиальная интерполяция и сглаживание. Интерполяция системой гармонических функций.

9

Дисперсионный и факторный анализ геофизических данных



Основы дисперсионного анализа. Однофакторный дисперсионный анализ и решающее правило (критерий Кочрена). Двухфакторный дисперсионный анализ. Применение дисперсионного анализа при изучении регрессионных зависимостей (трендов). Основы факторного анализа и метод главных компонент. Области применения факторного и компонентного анализов.


5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Компьютерные

технологии




+

+




+

+




+

+

2

Современные алгоритмы обработки данных сейсморазведки

+

+

+

+

+

+

+







3

Современные

геофизические

информационные

системы



















+

+

+

4

Интерпретация

гравитационных и

магнитных аномалий

+




+

+

+




+

+

+

5

Технологии интерпретации

сейсмических

данных

+

+

+

+

+




+







6

Комплексная ин-

терпретация гео-

физических дан-

ных




+










+




+

+


5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекции

Прак.

зан.

Лаб.

зан.

Семин.

СРС

Всего

час.

1

Математические основы цифровой обработки (фильтрации) сигналов

4

2







2

8

2

Корреляционные характеристики геофизических полей

4

2







3

9

3

Спектральный анализ геофизических сигналов

4

2







3

9

4

Основы линейной фильтрации геофизических полей

6

2







3

9

5

Оптимальные линейные фильтры

4

2







2

8

6

Выделение слабых геофизических сигналов на основе проверки статистических гипотез

4

2







3

9

7

Основы вейвлетного преобразования сигналов

2

1







1

4

8

Корреляционно-регрессионный анализ, интерполяция и аппроксимация геофизических данных

3

2







2

7

9

Дисперсионный и факторный анализ геофизических данных

3

2







2

7


6. Практические занятия:

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование практических занятий

Трудо-емкость

(час.)

1

1

Дискретизация сигнала во временной области, расчет статистических характеристик сигнала, построение частотных и кумулятивных кривых («MS Excel»)

2

2

3

Прямое дискретное преобразование Фурье, расчет гармонических коэффициентов, формирование АЧ и ФЧ спектров («MS Excel»)

2

3

3

Обратное дискретное преобразование Фурье, сопоставление исходного и результирующего сигналов во временной области («MS Excel»)

2

4

4

Формирование частотной характеристики ФНЧ. Выполнение низкочастотной фильтрации во временной области («MS Excel»)

2

5

2

Построение корреляционной зависимости сигналов до и после НЧ фильтрации (двумерное распределение). Расчет уравнения регрессии и коэффициента корреляции («MS Excel»)

2

6

2

Расчет АКФ и ВКФ сигналов до и после низкочастотной фильтрации. Определение радиуса корреляции («MS Excel»)

2

7

4

Выполнение НЧ и ВЧ фильтрации в частотной области. Расчет АЧ и ФЧ спектров результирующих сигналов («MS Excel»)

2

8

3

Анализ формы исходных импульсных сигналов с помощью Z-преобразования. Построение амплитудной и частотной составляющие комплексного спектра функций в Z-области («MS Excel»)

4

9

1

Приведение регистрируемого сигнала к первоначальному виду путем сжатия до единичного импульса (деконволюция). Расчет импульса, возникающего при возбуждении упругих колебаний во временной области («MS Excel»)

4

10

2

Оценка статистических и корреляционных характеристик геополей (COSCAD-3D)

2

11

8

Статистическое и корреляционное зондирование геополей с приведением к равномерной расчетной сети путем интерполяции («COSCAD-3D»)

2

12

7

Оценка спектральных и градиентных характеристик геополей, коэффициента анизотропии полей, процедуры вейвлет-анализа сигналов («COSCAD-3D»).

2

13

5

Обнаружение многопризнаковых аномалий методами общего расстояния, динамических сгущений, разделения смеси («COSCAD-3D»)

2

14

6

Обнаружение слабых аномалий методами: межпрофильной корреляции, самонастраивающейся фильтрации, обратных вероятностей («COSCAD-3D»)

2

15

9

Компонентный и факторный анализ геоданных («COSCAD-3D»)

2


7. Лабораторные занятия (семинары): не предусмотрены.


8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): не предусмотрены.


9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Е.А.Козлов, Г.Н.Гогоненков, Б.Л.Лернер и др. Цифровая обработка сейсмических данных. –М.: Недра. 1973

2. Никитин А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации. –М.: Недра. 1986

3. Серкеров С.А. Спектральный анализ гравитационных и магнитных аномалий. –М.: Недра. 2002


б) дополнительная литература

1. Бат М. Спектральный анализ в геофизике. –М.: Недра, 1980

2. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике: Справочник геофизика. – М.: Недра, 1990

3. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990

4. Дэвис Дж. С. Статистический анализ данных в геологии / Пер. с англ. в 2-х кн. под ред. Д.А.Родионова. –М.: Недра. 1990

5. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии. – М.: Недра. 1990

6. Канасевич Э.Р. Анализ временных последовательностей в геофизике. - М.: Недра, 1985

7. Клаербоут Дж. Теоретические основы обработки геофизической информации / Пер. с англ. Под ред. Ю.В.Тимошина. –М.: Недра. 1981

8. Комплекс спектрально-корреляционного анализа данных КОСКАД-3D (электронная информационно-справочная система, части 1,2,3) /под ред. А.В.Петрова –М.:РГГРУ.2008

9. Кулханек О. Введение в цифровую фильтрацию в геофизике. – М.: Недра, 1981

10. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. - М.: Мир, 1983

11. Никитин А.А. Статистические методы выделения геофизических аномалий. – М.: Недра. 1979

12. Худсон Д. Статистика для физиков. –М.: Мир, 1970


в) программное обеспечение: Microsoft “Excel”, “COSCAD-3D”, GS “Surfer”, “MathCad”

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет.


10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Специализированные аудитории, используемые при проведении лекционных занятий, оснащены мультимедийными проекторами и комплектом аппаратуры, позволяющей демонстрировать текстовые и графические материалы в проходящем и отраженном свете. Компьютерный класс с необходимым программным обеспечением и выходом в Интернет.

_____________________________________________________________________________

Разработчик:

Профессор кафедры ГФХМР Д.Ф. Калинин


Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconАдаптивная обработка сигналов
Обработки сигналов» и «Радиотехнические цепи и сигналы». Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Адаптивные системы»,...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconРабочая программа учебной дисциплины «цифровая обработка сигналов»
Целью дисциплины является обеспечение базовой подготовки студентов в области проектирования и применения схем цифровой обработки...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconЦифровая обработка сигналов
...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconУчебно-методический комплекс (умк) дисциплины «Цифровая и аналоговая обработка сигналов» для специальности кафедры ту
Курячий М. И. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов с грифом умо. – Томск: Томск гос ун-т систем упр и радиоэлектроники,...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconРабочая программа учебной дисциплины «Цифровая обработка сигналов»
Лдс) и дискретных сигналов, включая дискретное и быстрое преобразование Фурье (дпф и бпф); основные этапы проектирования цифровых...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconЛитература. Обработка изображений
Ярославский Л. П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии. М.: Радио и связь, 1987. 296 с

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconПрограмма вступительных испытаний по направлению магистерской подготовки 210300 Радиотехника
«Информатика», «Основы теории цепей», «Электроника», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Схемотехника аналоговых электронных устройств»,...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconЛекция посвящена перспективной области человеческих знаний цифровой обработке сигналов, то есть обработке средствами вычислительной техники последовательностей равноотстоящих во времени и пространстве отсчетов
Цифровая обработка сигналов: микропроцессоры, платы, средства разработки, программное обеспечение 11

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» icon7 Общие сведения о цифровой обработке сигналов
Цифровая обработка сигнала это арифметическая обработка в реальном масштабе времени последовательности значений амплитуды сигнала,...

Программа учебной дисциплинЫ «цифровая обработка сигналов» iconДоклад. Спецтема Рук
Заседание секции "Цифровая обработка сигналов " Московского отделения нторэс им. А. С. Попова


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница