Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Signals and systems
Course of study:
2019/2020
Code:
HNKT-1-312-s
Faculty of:
Humanities
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Nowoczesne technologie w kryminalistyce
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Korohoda Przemysław (korohoda@agh.edu.pl)
Module summary

Student poznaje i uczy się stosować definicje i metody teorii sygnałów – w szczególności analizę częstotliwościową oraz metody klasyfikacji i porównywania sygnałów – a także wybrane, najważniejsze systemy pracujące w czasie ciągłym oraz proces przechodzenia do sygnałów i systemów z czasem dyskretnym. Proces nauki wspomagany jest stopniowo rozwijaną umiejętnością organizowania, realizowania oraz interpretowania wyników eksperymentu komputerowego, weryfikującego postawioną hipotezę.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się, podnoszenia swoich kompetencji zawodowych oraz pracy w zespole, zarówno w warunkach kontrolowanej konkurencyjności, jak i zespołowej realizacji wspólnego celu. NKT1A_K01, NKT1A_K02 Activity during classes,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
Skills: he can
M_U001 Umie przeprowadzić analizę stacjonarnego liniowego systemu przetwarzania analogowego oraz odpowiednio uproszczoną analizę stacjonarnego systemu nieliniowego, zweryfikować postawioną hipotezę, przedstawić i skomentować uzyskane wyniki. NKT1A_U06, NKT1A_U05, NKT1A_U03, NKT1A_U01 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_U002 Potrafi efektywnie korzystać ze źródeł literaturowych i internetu, dokonywać analizy sygnałów analogowych w dziedzinie czasu i częstotliwości, z wykorzystaniem narzędzi matematycznych oraz komputera. NKT1A_U04, NKT1A_U06, NKT1A_U05, NKT1A_U01 Activity during classes,
Examination
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna i rozumie zasady przetwarzania sygnałów w dziedzinie pierwotnej (np. czasu) i częstotliwości; w zakresie modelowania matematycznego zna formy opisu, zasady projektowania i stosowania stacjonarnych, liniowych systemów analogowych oraz sposoby stosowania i konsekwencje twierdzenia o próbkowaniu. NKT1A_W03, NKT1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_W002 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie inżynierskich zastosowań matematyki, obejmującą elementy niezbędne do opisu, analizy i modelowania sygnałów analogowych w zakresie systemów liniowych oraz wybranych sytemów nieliniowych. NKT1A_W02, NKT1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się, podnoszenia swoich kompetencji zawodowych oraz pracy w zespole, zarówno w warunkach kontrolowanej konkurencyjności, jak i zespołowej realizacji wspólnego celu. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Umie przeprowadzić analizę stacjonarnego liniowego systemu przetwarzania analogowego oraz odpowiednio uproszczoną analizę stacjonarnego systemu nieliniowego, zweryfikować postawioną hipotezę, przedstawić i skomentować uzyskane wyniki. - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi efektywnie korzystać ze źródeł literaturowych i internetu, dokonywać analizy sygnałów analogowych w dziedzinie czasu i częstotliwości, z wykorzystaniem narzędzi matematycznych oraz komputera. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie zasady przetwarzania sygnałów w dziedzinie pierwotnej (np. czasu) i częstotliwości; w zakresie modelowania matematycznego zna formy opisu, zasady projektowania i stosowania stacjonarnych, liniowych systemów analogowych oraz sposoby stosowania i konsekwencje twierdzenia o próbkowaniu. + - + - - - - - - - -
M_W002 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie inżynierskich zastosowań matematyki, obejmującą elementy niezbędne do opisu, analizy i modelowania sygnałów analogowych w zakresie systemów liniowych oraz wybranych sytemów nieliniowych. + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 105 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 h
Preparation for classes 18 h
Realization of independently performed tasks 24 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (28h):
  1. Modelowanie sygnałów analogowych.

    Matematyczny model sygnału analogowego, sygnały elementarne, układy funkcji Haara i Walsha, opis sygnału kosinusoidalnego i jego interpretacja, definicja częstotliwości, problem ciągłości fazy, wzajemne zależności między poznanymi sygnałami.

  2. Zapis sygnału za pomocą układu sygnałów bazowych, wstęp do analizy częstotliwościowej.

    Zastosowanie iloczynu skalarnego do oceny i uzyskiwania ortogonalności sygnałów oraz do porównywania i klasyfikowania sygnałów. Przykłady dla sygnałów rzeczywistych i zespolonych. Definicja bazy, przykłady i generowanie układów sygnałów ortogonalnych. Szereg Fouriera w trzech postaciach, wzajemne zależności, właściwości, przykłady obliczeń i interpretacja współczynników szeregu. Błąd aproksymacji skończonym szeregiem Fouriera.

  3. Analiza częstotliwościowa.

    Definicja i własności prostego i odwrotnego całkowego przekształcenia Fouriera. Podobieństwa i różnice w odniesieniu do szeregu Fouriera. Przykłady par sygnał – transformata. Twierdzenia związane z wyznaczaniem wymienionych par i przykłady zastosowań. Poszerzenie funkcyjnego modelu sygnału o pseudo-funkcję delta Diraca, własności delty Diraca oraz wybrane twierdzenia ułatwiające szybkie przekształcanie modeli matematycznych. Interpretacja cech sygnału w dziedzinie częstotliwościowej.

  4. Filtracja sygnałów, zastosowanie okien czsowych i częstotliwościowych

    Definicja i własności splotu. Twierdzenie o splocie i jego zastosowania. Transformacja Laplace’a i jej związki z transformacją Fouriera. Definicja i sposoby opisu systemu liniowego stacjonarnego w dziedzinie czasu, częstotliwości oraz Laplace’a. Wzajemne zależności między formami opisu stacjonarnego systemu liniowego. Skala decybelowa i jej zastosowanie do opisu charakterystyk filtrów. Dolnoprzepustowy filtr przyczynowy. Stabilność filtru, definicje i twierdzenia. Przykład filtru RC z wykorzystaniem poznanych form opisu. Dolnoprzepustowe filtry Butterwortha, Czebyszewa oraz Cauera, założenia, właściwości, projektowanie, przykłady. Zamiana filtru typu dolnoprzepustowego na inne typy filtrów.Okna: prostokątne, Bartletta, Hanna, Hamminga, Parzena, Gaussa; porównanie cech czasowych i częstotliwościowych, zastosowanie.

  5. Wybrane zastosowania i efekty nieliniowe.

    Energia i moc sygnału. Model pętli fazowej w ujęciu Teorii sygnałów, efekty czasowo-częstotliwościowe przetwarzania sygnałów kosinusoidalnych przez systemy nieliniowe.

  6. Wstęp do modulacji sygnałów.

    Transformacja Hilberta, definicja, właściwości, twierdzenia, interpretacja w dziedzinie czasu i częstotliwości, przykłady par sygnał – transformata, filtr Hilberta. Modulacje liniowe i ich sposoby opisu, schematy blokowe. Modulacja amplitudy dwuwstęgowa, z falą nośna i bez, jednowstęgowa, metody Hartleya i Weavera, opis w dziedzinie częstotliwości. Modulacja kwadraturowa. Modulacja fazy i częstotliwości, opis ogólny, przykłady zastosowań dla sygnałów prostokątnych.

  7. Sygnały losowe oraz próbkowanie.

    Sygnały losowe, sposoby ich opisu oraz filtracja liniowa. Losowe sygnały binarne oraz szum biały i szumy kolorowe. Twierdzenie o próbkowaniu w wersji teoretycznej oraz konsekwencje praktycznych realizacji, opis w dziedzinie czasu i częstotliwości, wersja dla sygnałów dolnopasmowych oraz dla sygnałów pasmowych. Efekt aliasingu oraz filtracja antyaliasingowa.

Laboratory classes (28h):

Ćwiczenia laboratoryjne maja na celu uzupełnienie ćwiczeń audytoryjnych o wyliczenia i symulacje zbyt żmudne i czasochłonne do wykonania bez użycia komputera. Podstawowym narzędziem jest pakiet Matlab. Zadania ilustrujące i ugruntowujące przestawioną na wykładzie teorię realizowane są w zespołach dwuosobowych, których pracę ocenia na bieżąco prowadzący zajęcia. Do poprawnego wykonania zadań konieczna jest znajomość wykładanej teorii w zakresie odpowiadającym wykonywanemu ćwiczeniu.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie z zajęć laboratoryjnych wynika z ocen za wykonywanie poszczególnych ćwiczeń oraz poziomu wykonania zadania końcowego/testu.
Przewiduje się dwa terminy poprawkowe-zaliczeniowe w ramach sesji, polegające na wykonaniu zadania końcowego/testu.
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest posiadanie oceny pozytywnej z zajęć laboratoryjnych.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową konieczne jest zdanie egzaminu.
Ocena końcowa jest określana przez ocenę z egzaminu. Jednak w przypadku, gdy ocena z laboratorium różni się od oceny z egzaminu o co najmniej 1 punkt, to ocena końcowa jest wyznaczana jako średnia z dwóch wartości: oceny z egzaminu oraz średniej z laboratorium i ćwiczeń, przy zaokrągleniu w stronę oceny z egzaminu w przypadku otrzymania wartości pośredniej.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student potwierdza nadrobienie materiału skutecznym wykonaniem kolejnych ćwiczeń o charakterze kontynuacyjnym. W razie potrzeby sugeruje się skorzystanie z godzin konsultacji.

Prerequisites and additional requirements:

Wiadomości z zakresu przedmiotów: Algebra, Analiza, Podstawy informatyki, Metodyki i techniki programowania.

Recommended literature and teaching resources:

1. J. Szabatin: Podstawy teorii sygnałów. WKiŁ, Warszawa 2004 i późniejsze wydania..
2. M. Kantor, Z. Papir: Modulacja i detekcja – zbiór zadań z rozwiązaniami. UWND AGH, Kraków 2008.
3. Z. Papir: Analiza częstotliwościowa sygnałów. UWND AGH, Kraków 1995.
4. H. Baher: Analog and Digital Signal Processing, John Wiley 2001.
5. J. Izydorczyk, G. Płonka, G. Tyma: Teoria Sygnałów. Helion 1999 i późniejsze wydania.
6. A. Wojnar: Teoria sygnałów. WNT, Warszawa 1980 i późniejsze wydania.
7. K.M. Snopek, Jacek M. Wojciechowski: Sygnały i systemy. Zbiór zadań. Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2010.
8. T.Zieliński, P.Korohoda, R. Rumian (red.): Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Podstawy, multimedia, transmisja. PWN, Warszawa 2014 .

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

P.Korohoda, R.Rumian: A practical multirate FIR-based equalizer – a case study. Proceedings of the 2018 International Conference on Signals and Electronic Systems, Kraków , Poland , pp. 102–107, Sept. 10–12, 2018.

P.Korohoda, R.Rumian: A practical multirate FIR-based equalizer – a case study. Proceedings of the 2018 International Conference on Signals and Electronic Systems, Kraków , Poland , pp. 102–107, Sept. 10–12, 2018.

A.Borys, P.Korohoda: Analysis of Critical Sampling Effects Revisited. Proceedings of the Signal Processing –Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications (SPA 2017), pp. 131-136, Sept., 2017.

P.Korohoda, R.Rumian: Audio in-band signalling system based on a complementary pair of peak and notch equalizers. Proceedings of the SPA 2016 : Signal Processing : Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications, Poznan, Poland, pp. 207–212, Sept. 21–23, 2016.

P.Korohoda, R.Rumian: Design of the mutually cancelling narrow passband and stopband filters – a case study. Proceedings of the 2016 International Conference on Signals and Electronic Systems, Kraków , Poland , pp. 57–62, Sept. 5-7, 2016.

P.Korohoda, K.Duda: Podstawy analizy częstotliwościowej i próbkowanie sygnałów, rozdział w: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji : podstawy – multimedia – transmisja, pod red. T.Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian, str. 31-86, PWN, Warszawa, 2014.
P.Korohoda, A.Borowicz, K.Duda: Sygnały losowe i szumy , rozdział w: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji : podstawy – multimedia – transmisja, pod red. T.Zieliński, P.Korohoda, R.Rumian, str. 87-105, PWN, Warszawa, 2014.

P.Korohoda, J.Kołodziej, J.Stępień: Time-frequency analysis of accelerometry data for seizure detection. Bio-Algorithms and Med-Systems, vol. 9 no. 2, pp. 65–71, 2013.

Additional information:

None