Signaalitöötluse  alused  II (FKEF.04.009)

Ingliskeelne nimetus: Fundamentals of Signals and Systems II
Õppeaste: bakalaureuseõpe, magistriõpe
Kohustuslik õppekavades: infotehnoloogia, rakendusfüüsika mag. 
Valikaine õppekavades: füüsika:4, füüsika:mag, füüsika:dokt, rakendusinformaatika:3 
Kohustuslikud eeldusained: Signaalitöötluse alused I (FKEF.04.008)
Soovitatavad eeldusained:  
Vastutav(ad) õppejõud: prof. akad. Peeter Saari
Instituut: FKEF
Osalejate piirarv: 34
Kontrolli vorm: eksam (kirjalik)
Aine maht: 2 AP
Loenguid: 20h
Harjutustunde/seminare: 12h
Praktilisi töid: 8h
Iseseisvat tööd: 40h
Kontrolltöid: 1
Referaate: -
Aineveeb: http://www.physic.ut.ee/instituudid/efti/loengumaterjalid/signproc2/

Aine sisu lühikirjeldus

Loengukursuse eesmärk on süvendada teoreetilisi alusteadmisi ja praktiliste meetodite tundmist füüsikaliste mõõtmiste tundlikkuse ja infotehnoloogilise tõhususe tõstmiseks, signaalide analüüsiks ja töötluseks ning anda orienteerumisvõime uusimates arengusuundades selles valdkonnas. Aineveeb sisaldab interaktiivseid töölehti-konspekte  praktiliste harjutustega .

Auditoorse töö ajakava

Loengud
  1. Sissejuhatus tuletab meelde põhimõisteid signaalide ja süsteemide kirjeldamiseks ja süvendab nende käsitlust seotuna muude füüsika ja inseneriteaduste valdkondadega.
     LNI-süsteemide kirjeldamine diferentsiaalvõrranditega ja Greeni funktsioon.  1.-st ja 2.-st järku süsteemid. Põhjuslikkus ja dispersiooniseosed. Hilberti teisendus.  Laiaribaliste signaalide detekteerimine. 
  2. Müra ja filtreerimine on signaali muundamine LNI-süsteemi abil eesmärgiga kõrvaldada/vähendada soovimatuid moonutusi ja/või tõsta tundlikkust.
    Müra kirjeldamine. Wiener-Khinchin'i teoreem. Aditiivne ja multiplikatiivne müra.  Signaal-müra-suhe.  Kooskõlastatud filter. Wieneri filter. Müra transformeerumine amplituud-, sagedus- ja faasimodulatsioonis. Rakendusnäited: mõõteseadme suurima tundlikkuse saavutamise probleemipüstitus, sünkroondetekteerimine;  kostete määramine müradiagnostikaga, kujutiste shifreerimine ja äratundmine  optiliste kooskõlastatud filtritega-hologrammidega.
  3. Signaalitöötluse mõningaid uuemaid kontseptsioone tasub vähemasti aimetasemel tunda, sest tänapäevane infotehnoloogia on võimeline uusi kui tahes keerukaid meetodeid väga kiiresti evitama ja turule paiskama …
     Noodikiri, spektrogramm, Gabori ja Wigneri teisendused. Multiskaalalised töötlusmeetodid ja lainekese (wavelet-) teisendus.  Lineaarne ja mittelineaarne vähimruutude meetod. Signaali taastamine spektri järgi. Dekonvolueerimine. Femtosekundiliste laservälgete diagnostika.
  4. Valitud küsimusi  infotehnoloogia füüsikalistest alustest on mõeldud täiendama füüsikastuudiumi põhikursusi mõninga tänapäeva infotehnoloogia seisukohalt olulise teabematerjaliga.
    5.  

Kirjandus

Interaktiivne konspekt harjutustega avaneb siit!
  1. S.L.Hahn, "Hilbert Transforms in Signal Processing," Artech House, Boston - London, 1996.
  2. J.-L. Starck, F. Murtagh, A. Bijaouhi, "Image Processing and Data Analysis - The Multiscale Approach," Cambridge  Univ. Press, 2000.
  3. N.  Gershenfeld, "The Physics of Information Technology," Cambridge  Univ. Press, 2000.
  4. H.P.Hsu, "Schaum's outline of theory and problems of Signals and Systems, " McGraw-Hill, New York [etc.], 1995 (olemas TÜ/FO raamatukogus).
  5. A.V.Oppenheim, A.S. Willsky, and I.T.Young, "Signals and Systems, " Prentice-Hall, USA, Englewood Cliffs, 1983.
  6. H.Kwakernaak and R.Sivand, "Modern Signals and Systems, " Prentice-Hall, USA, Englewood Cliffs, 1990.
  7. A.Mar (Ed.), "Digital Signal Processing Applications, " Prentice-Hall, USA, Englewood Cliffs, 1992. 
  8. G.A.Korn & T.M.Korn, "Mathematical Handbook for Scientists and Engineers", McGaw-Hill, N.Y.-London, 1961 (Tõlge: Nauka, Moskva, 1970).
  9. W.J.Tompkins, "Biomedical Digital Signal Processing: C Language Examples and Laboratory Experiments for the IBM PC ", Prentice-Hall, USA, Englewood Cliffs, 1993.
  10. S.I.Baskakov, "Radiotehnicheskije tsepi i signalõ,"  Võshaja shkola, Moskva, 2003/1988/1984; TÜ/FO raamatukogus olemas.
  11. A.B. Sergijenko, "Цифровая обработка сигналов," Publishing House 'Piter', Peterburi, 2003, TÜ/FO raamatukogus olemas.
  12. L.M.Soroko, "Osnovõ holografii i kogerentnoi optiki", Nauka, Moskva, 1971.
  13. L.A.Vainshtein & D.E.Vakman, "Razdelenije chastot v teorii kolebanii i voln", Nauka, Moskva, 1983.
  14. D. Vakman, "Signals,Oscillations and Waves; A Modern Approach", Artech House, Boston-London, 1998.
  15. N.Wiener, "Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine", N.Y.-London, 1961 (TÜ raamatukogus olemas tõlge eesti keelde, olemas tõlge vene keelde).
  16. L.Cohen, "Time-frequency distributions - A Review", Proc. IEEE, 77, 941, 1989
  17. P.Saari, J.Aaviksoo, A.Freiberg, K.Timpman, "Elimination of excess pulse broadening at high spectral resolution of picosecond duration light emission", Optics Commun. 39, 94, 1981.
  18. H.Sõnajalg, A.Gorokhovskii, R.Kaarli, V.Palm, M.Rätsep, P.Saari, "Optical pulse shaping by filters based on spectral hole burning" Optics Commun., 71, 377, 1989.
  19. P.Saari, R.Kaarli, M.Rätsep, "Temporally multiplexed Fourier holography and pattern recognition of femtosecond-duration images", J.Luminesc., 56, 175, 1993.
  20. A.Freiberg, P.Saari, "Picosecond spectrochronography", IEEE J.Quantum Electronics, QE-19, 622, 1983.
  21. D.J.Kane, R.Trebino, "Characterization of Arbitrary Femtosecond Pulses Using Frequency-resolved Optical Gating", IEEE J.Quantum Electronics, 29, 571, 1993; vt ka veeb  www.physics.gatech.edu/frog  .
  22. H.M.Ozaktas, B.Barshan, D.Mendlovic, and L.Onural, " Convolution, Filtering, and Multiplexing in Fractional Fourier Domains and Their Relation to Chirp and Wavelet Transforms", J. Opt. Soc. Amer. A , 11, 547, 1994
  23. MathCad'i Educational files aadressilt http://www.mathsoft.com/eduindex.html
  24. http://www.dspguide.com - üks paljudest veebidest, kust allalaaditav (PDF-formaadis) mahukas õpik.

Jooksva kontrolli osakaal eksamihindes, eksamile pääsemise tingimused

Tehakse 1 hindeline, peamiselt ülesannete lahendamises seisnev kontrolltöö peale poole programmi läbimist.
Kontrolltööd hinnatakse 100 punkti skaalas. Kontrolltöös saadud punktisumma, jagatud 3-ga (st kaalukordajaga 1/3) läheb arvesse eksamihinnet määravate koond(protsendi)punktidena. Eksam (kirjalik) on koondtest kogu programmijärgse materjali ulatuses, mille sooritamist hinnatakse 100 punkti skaalas, saadud
punktisumma, kaalukordajaga 2/3,  läheb arvesse eksamihinnet määravate koond(protsendi)punktidena.
 

Võlgnevuste likvideerimise võimalused

Kontrolltööle mitteilmumise  tõttu sooritamata jäänud või ebapiisava punktisummaga sooritatud kontrolltöö kordussooritus on võimalik vaid üks kord koos eksami tegemisega. Eksami kordussooritus  on võimalik üks kord enne semestri lõppu või uue semestri esimese kahe nädala jooksul (vt  õppekorralduseeskirja viimane redaktsioon).

www@physic.ut.ee