Επεξεργασία Σήματος

Γενικά

• Κωδικός Μαθήματος: 1303
• Εξάμηνο: 3ο
• Τύπος Μαθήματος: Ειδικής Υποδομής (ΕΥ)
• Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό (ΥΠ)
• Γνωστική Περιοχή: Επικοινωνίες και Δίκτυα (ΕΔ)
• Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
• Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
• Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
• Προτεινόμενα προαπαιτούμενα μαθήματα: (1101) Μαθηματικά Ι, (1201) Μαθηματικά ΙΙ
• Συντονιστής: Κωτσάκης Ρήγας
• Διδάσκοντες: Κωτσάκης Ρήγας

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τον φοιτητή στις έννοιες και την ανάλυση των αναλογικών και διακριτών σημάτων και συστημάτων, στις βασικές αρχές που διέπουν τη λειτουργία τους και τις εφαρμογές στους στις τηλεπικοινωνίες, την ηλεκτρονική και τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση :

• Να περιγράφει τις βασικές έννοιες των αναλογικών και διακριτών σημάτων και συστημάτων, να αναγνωρίζει τις ομοιότητες και διαφορές τους.
• Να εξηγεί τις αρχές που διέπουν τα γραμμικά και χρονικά αμετάβλητα συστήματα και να υπολογίζει την έξοδό τους για δεδομένη είσοδο.
• Να συνδυάζει τα κατάλληλα μαθηματικά εργαλεία (συνέλιξη, μετ/σμοί Fourier, Laplace, Z) για την ανάλυση σημάτων και συστημάτων στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας.
• Να εφαρμόζει τις βασικές αρχές της δειγματοληψίας.
• Να εξηγεί τις βασικές αρχές των φίλτρων επιλογής συχνοτήτων και της διαμόρφωσης πλάτους των σημάτων.
• Να υπολογίζει τα μηδενικά και τους πόλους της συνάρτησης μεταφοράς ενός συστήματος και να αξιολογεί ένα σύστημα ως προς την ευστάθεια.
• Να σχεδιάζει απλά συστήματα για την εφαρμογή απλών διαδικασιών σε σήματα.

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
• Λήψη αποφάσεων.
• Αυτόνομη εργασία.
• Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Περιεχόμενο Μαθήματος

Βασική θεωρία σημάτων, ταξινόμηση, βασικές πράξεις και μετασχηματισμοί σημάτων σε συνεχή και διακριτό χρόνο, περιοδικότητα, συσχέτιση και ορθογωνικότητα σημάτων. Αναλογική και ψηφιακή συχνότητα. Ισχύς και ενέργεια. Βασικά σήματα.

Συστήματα συνεχούς και διακριτού χρόνου. Ταξινόμηση, οι έννοιες της γραμμικότητας και της χρονικής αμεταβλητότητας. Διαφορικές εξισώσεις και εξισώσεις διαφορών. Συνέλιξη και απόκριση συστημάτων. Υλοποίηση συστημάτων διακριτού χρόνου.

Ανάλυση στο πεδίο της συχνότητας. Αναπτύγματα Fourier, μετασχηματισμός Fourier σε συνεχή και διακριτό χρόνο (FT, DTFT). Διακριτός μετασχηματισμός Fourier (DFT) και ταχύς μετασχηματισμός Fourier (FFT). Το θεώρημα της δειγματοληψίας. Ανάλυση σημάτων συνεχούς και διακριτού χρόνου με DFT/FFT. Απόκριση συχνότητας συστημάτων.

Ιδανικά φίλτρα συνεχούς και διακριτού χρόνου. Εισαγωγή στην έννοια της διαμόρφωσης. Διαμόρφωση πλάτους και συχνοτική μετατόπιση.

Μετασχηματισμοί Laplace και Ζ. Ιδιότητες και αντίστροφοι μετασχηματισμοί Laplace και Z. Ανάλυση αναλογικών και ψηφιακών συστημάτων στο πεδίο της μιγαδικής συχνότητας. Συνάρτηση μεταφοράς, διασύνδεση συστημάτων, διαγράμματα μηδενικών και πόλων. Ευστάθεια ΠΕΠΕ (ΒΙΒΟ) συστημάτων.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

• Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών.
• Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
• Χρήση λογισμικού προσομοίωσης σημάτων και συστημάτων.
• Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση φοιτητών

A. Ενδιάμεση γραπτή εξέταση (πρόοδος) (ΕΕ) (40%)
- Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού/λάθους
- Ερωτήσεις σύντομης απάντησης

B. Γραπτή τελική εξέταση (ΤΕ) (60%)
- Επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.

Για την απονομή των πιστωτικών μονάδων ο συνολικός βαθμός του μαθήματος (ΕΕ*0,4+ ΤΕ*0,6) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5). Επιπλέον, ο ανεξάρτητος βαθμός σε κάθε μια από τις μεθόδους αξιολόγησης A και B πρέπει να είναι τουλάχιστον τέσσερα (4).

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος και ανακοινώνονται στο πρώτο μάθημα.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"

1. Α. Μάργαρης, "Σήματα και Συστήματα", Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί AΕ, 2011, ISBN: 978-960-418-366-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548733.
2. Σ. Λουτρίδης, "Επεξεργασία Αναλογικών και Ψηφιακών Σημάτων", Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί AΕ, 2016, ISBN: 978-960-418-548-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50655992.
3. Χ. Καραϊσκος και Δ. Κάντζος, "Σήματα και Συστήματα συνεχούς και διακριτού χρόνου", Σύγχρονη Εκδοτική ΕΠΕ, 2015, ISBN: 978-960-6674-99-0, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50657758.
4. A.V. Oppenheim, A.S. Willsky, S.H. Nawab, "Σήματα και Συστήματα", Εκδόσεις Γ.Χ. Φούντα, 2η εκδ., 2011, ISBN: 978960330733-4, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12273250.

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

1. M. Παρασκευάς, "Σήματα και Συστήματα με MATLAB", Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί AΕ, 2η εκδ., 2018, ISBN: 978-960-418-578-8.
2. Σ. Καραμπογιάς, "Σήματα και Συστήματα", Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών (www.kallipos.gr), 2015, ISBN: 978-960-603-327-8.
3. Ν. ΑΣημάκης, Μ. Αδάμ, "Σήματα και Συστήματα", Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών (www.kallipos.gr), 2015, ISBN: 978-960-603-116-8.

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

1. B.P. Lathi, "Signal Processing and Linear Systems", Oxford University Press, 2nd ed. 2009, ISBN: 9780195392579.
2. M.J. Roberts, "Signals And Systems: Analysis Using Transform Methods & MATLAB", McGraw-Hill, 3rd ed., 2017, ISBN: 9780078028120.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. IEEE Transactions on Signal Processing
2. IEEE Signal Processing Magazine
3. Elsevier Signal Processing