Název:	Aplikace spektrální analýzy
Zkratka:	ASA
Typ:	povinně volitelný
Rozsah:	14 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny seminárních cvičení
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra měření FM TUL
Přednášející:	Doc. Ing. Ivan Jaksch, CSc.

 
Stručná anotace předmětu:

Cílem předmětu jsou speciální aplikace spektrální a korelační analýzy signálů. Studenti se seznámí zpracováním cyklostacionárních signálů, s Hilbertovou transformací, s analýzou silně nestacionárních signálů metodami spojené časově frekvenční analýzy (JTFA), s návrhem a použitím číslicových filtrů, s charakteristikami a funkcemi reálných a virtuálních FFT a CPB analyzátorů a základy funkce signálových procesorů. Ověří si aplikace při zpracování signálů z mechanických systémů, s identifikací systémů, číslicové filtrací a frekvenční analýze obrazu.

 
Témata přednášek:

Vybrané metody analýzy signálů: Charakteristiky náhodných signálů ve frekvenční oblasti. Výkonová spektrální hustota, korelační funkce, průchod signálu lineární soustavou, přenosové funkce, frekvenční charakteristiky, koherenční funkce. Cepstrální analýza.

Zpracování cyklostacionárních signálů, souběhová filtrace, synchronní filtrace. Analytický signál. Hilbertova transformace. Analýza amplitudové a frekvenční modulace. Analýza obálky modulovaných signálů.

Metody analýzy nestacionárních signálů. Spojená časově frekvenční analýza(JTFA), potřeba analýzy. Fourierova transformace v krátkých úsečkách (STFT).

Wavelety, Wigner-Villova distribuce, Cohenovy třídy. Použití.

Číslicové filtry. Vlastnosti a využití číslicových filtrů. Návrhy FIR a IIR filtrů.

Spektrální analyzátory. Dynamické spektrální analyzátory, blokové schéma, FFT, CPB. Princip činnosti, rychlost výpočtu, rozsah zpracování v reálném čase, měření transient signálů.

Frekvenční lupa, BSFA, zooming. Druhy frekvenčních lup. Časová okénka, druhy časových oken. Vliv na přesné určení amplitud a frekvencí pro jednotlivá okna.

Aplikace v technické diagnostice Základní pojmy mechanického kmitání strojů a hluku. Senzory mechanického kmitání, mikrofony. Charakteristiky.Monitorování stavu strojů. Měření se strojů pracujících cyklicky.

Určení přenosových funkcí LTI systémů Výpočet frekvenční charakteristiky. Vliv šumu, přesnost měření a aplikace koherenční funkce.

Signálové procesory. Signálové procesory, základy činnosti. Implementace analýzy signálů signálovými procesory.

Zpracování obrazu Využití analýzy signálů při zpracování obrazu. Dvojrozměrná Fourierova transformace.

 
Náplň cvičení:

Matematické odvození a procvičení diskrétních spekter základních průběhů. Celistvý a necelistvý počet period, různé šířky impulsů vzhledem k okénku, bílý a růžový šum.

Procvičování přednesené látky v programu TVFiltP, vytvoření samostatných programů.

Ukázky Hilbertovy transformace pro sinusové a modulované signály.

Program Signal Processing Toolset - ukázka spojené časově – frekvenční analýzy (JTFA)

Program Signal Processing Toolset - wavelety, Wigner-Villova distribuce, Cohenovy třídy.

Ukázka návrhu číslicových filtrů s pomocí programu v program Signal Processing Toolset a v MATLABu. Praktiké aplikace v reálném čase u multifunkčních desek a programu LabWindows/CVI.

Multianalyzátor PULSE a jeho charakteristiky. Virtuální FFT analyzátor na základě multifunkčních desek.

Praktické aplikace při měření a analýze signálů získaných z mechanických systémů s výkonným multianalyzátorem PULSE. Praktické aplikace při analyze kmitání a hluku strojů. Sestavení vlastních projektů pro měření a vyhodnocení.

Ukázka měření přenosových funkcí systémů s multianalyzátorem PULSE a virtuálním analyzátorem.

Implementace číslicové filtrace pomocí signálových procesorů Analog Devices v pevné a pohyblivé řádové čárce.

Ukázky analýzy signálů při zpracování obrazu v programu IMAQ Vision firmy National Instrument a v MATLABu.

 
Literatura:

Jaksch, I.: Soubor přednášek "Aplikace spektrální analýzy"

Bendat, J., Piersol A.: Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis, J.Willey, 1980

Qian,S.,.Chen, D.: Joint Time – Frequency Analysis, Prentice Hall, 1999

Randall,B.: Frequency Analysis, B&K, 1980

Tůma, J.: Zpracování signálů získaných z mechanických systémů užitím FFT., ST 1997

Sedláček, M.: Zpracování signálů v měřicí technice, ČVUT, 1998

Davídek a kol.: Analogové a číslicové filtry, ČVUT

Davídek,V., Sovka,P.: Číslicové zpracování signálů a implementace, ČVUT,1996

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 14.12.2001