Σήματα και Συστήματα (ECE_K340)
ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ ΜΙΧΑΛΗΣ (Θεωρία και Εργαστήριο), ΝΑΝΟΣ ΜΙΧΑΛΗΣ (Εργαστήριο), ΣΠΑΤΙΩΤΗΣ ΝΙΚΟΣ (Εργαστήριο)
Το μάθημα αποσκοπεί στην εκπαίδευση των φοιτητών σε έννοιες όπως το σήμα και το σύστημα καθώς επίσης και σε ένα σύνολο μαθηματικών εργαλείων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και επεξεργασία των σημάτων και των συστημάτων στα πεδία του χρόνου και της συχνότητας. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, οι αναλογικές και οι ψηφιακές τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα, ο σχεδιασμός υλικού, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.
ΛιγότεραΤο μάθημα αποσκοπεί στην εκπαίδευση των φοιτητών σε έννοιες όπως το σήμα και το σύστημα καθώς επίσης και σε ένα σύνολο μαθηματικών εργαλείων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και επεξεργασία των σημάτων και των συστημάτων στα πεδία του χρόνου και της συχνότητας. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, οι αναλογικές και οι ψηφιακές τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα, ο σχεδιασμός υλικού, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.
Το μάθημα αποσκοπεί στην εκπαίδευση των φοιτητών σε έννοιες όπως το σήμα και το σύστημα καθώς επίσης και σε ένα σύνολο μαθηματικών εργαλείων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση και επεξεργασία των σημάτων και των συστημάτων στα πεδία του χρόνου και της συχνότητας. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, οι αναλογικές και οι ψηφιακές τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα, ο σχεδιασμός υλικού, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.
Πληροφορίες
Περιεχόμενο μαθήματος
Ορισμός, κατηγορίες, χαρακτηριστικές παράμετροι και ιδιότητες σημάτων συνεχούς χρόνου. Ορισμός, κατηγορίες και συνδέσεις συστημάτων συνεχούς χρόνου. Σχέση εισόδου – εξόδου συστήματος. Το ολοκλήρωμα της συνέλιξης, οι ιδιότητές του και τρόποι υπολογισμού του. Σειρές Fourier. Μετασχηματισμός Fourier και ιδιότητές του. Ιδιότητες αυτοσυσχέτισης και συνέλιξης. Το θεώρημα Parceval. Φασματική πυκνότητα ισχύος. Απόκριση συχνότητας συστήματος. Ιδανικά και πραγματικά φίλτρα. Συνάρτηση αυτοσυσχέτισης. Μετασχηματισμός Laplace και περιοχή σύγκλισης. Ιδιότητες και θεωρήματα Μετασχηματισμού Laplace. Σχέση Μετασχηματισμών Fourier και Laplace. Ανάλυση γραμμικών συστημάτων με χρήση Μετασχηματισμού Laplace. Συνάρτηση μεταφοράς συστήματος.
Λέξεις κλειδιά: Σήματα συνεχούς χρόνου, συστήματα συνεχούς χρόνου, μελέτη συστημάτων LTI, συνέλιξη, ανάλυση Fourier (σειρά και μετασχηματισμός), μετασχηματισμός Laplace, απόκριση συχνότητας, συνάρτηση μεταφοράς, αναλογικά φίλτρα.
Δείτε το Περίγραμμα Μαθήματος
Μαθησιακοί στόχοι
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
- Να περιγράφουν τις χαρακτηριστικές παραμέτρους και τις ιδιότητες των σημάτων συνεχούς χρόνου.
- Να διακρίνουν και να αναγνωρίζουν τα στοιχειώδη σήματα συνεχούς χρόνου.
- Να αναγνωρίζουν τις διάφορες κατηγορίες συστημάτων συνεχούς χρόνου και να περιγράφουν συνδεσμολογίες συστημάτων.
- Να προσδιορίζουν τον καταλληλότερο τρόπο υπολογισμού της εξόδου ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος.
- Να επιλέγουν τρόπους ανάλυσης ενός σήματος συνεχούς χρόνου σε άθροισμα σημάτων απλής συχνότητας.
- Να περιγράφουν την μεθοδολογία υπολογισμού της απόκρισης συχνότητας ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος.
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων:
- Να υπολογίζουν τις χαρακτηριστικές παραμέτρους σημάτων συνεχούς χρόνου.
- Να υπολογίζουν την έξοδο γραμμικών και χρονικά αμετάβλητων συστημάτων μέσω του ολοκληρώματος της συνέλιξης.
- Να αποσυνθέτουν ένα σήμα σε άθροισμα απλών ημιτόνων μέσω αναπτύγματος σειράς Fourier και να υπολογίζουν το φάσμα μονής και διπλής πλευράς.
- Να υπολογίζουν τον μετασχηματισμό Fourier ενός σήματος τόσο από ορισμό του όσο και με χρήση των ιδιοτήτων του.
- Να υπολογίζουν την απόκριση συχνότητας ενός συστήματος με χρήση του μετασχηματισμού Fourier.
- Να υπολογίζουν τον ευθύ και τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace και την περιοχή σύγκλισής του.
- Να επιλύουν γραμμικές διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν γραμμικά και χρονικά αμετάβλητα συστήματα, μέσω του μετασχηματισμού Laplace.
- Να υπολογίζουν τη συνάρτηση μεταφοράς ενός συστήματος με χρήση του μετασχηματισμού Laplace.
Σε επίπεδο Ικανοτήτων:
- Να παράγουν την αναπαράσταση της κρουστικής απόκρισης όταν είναι γνωστή η γραμμική εξίσωση διαφορών που περιγράφει ένα γραμμικό σύστημα.
- Να επιλέγουν τον καταλληλότερο τρόπο υπολογισμού του φάσματος ενός σήματος, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του.
- Να αξιολογούν τις διαφορές μεταξύ του αναπτύγματος σειράς Fourier και του μετασχηματισμού Fourier.
- Να εξηγούν τη φυσική σημασία του μετασχηματισμού Fourier και να συγκρίνουν φάσματα διαφορετικών σημάτων.
- Να αξιολογούν τις ιδιότητες του μετασχηματισμού Fourier και να τις συνδέουν με λειτουργίες ανωτέρου επιπέδου, όπως για παράδειγμα η χρήση της ιδιότητας της ολίσθησης στη συχνότητα του μετασχηματισμού Fourier για την διαμόρφωση ενός σήματος σε αναλογικά ή/και ψηφιακά τηλεπικοινωνιακά συστήματα.
- Να συμπεραίνουν για την ευστάθεια και για την μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Laplace
- Να σχεδιάζουν ιδανικά και πραγματικά γραμμικά φίλτρα.
Διαλέξεις Θεωρίας
1. Εισαγωγή στα Σήματα
Σκοποί της Θεωρίας Σημάτων, Κατηγορίες Σημάτων, Χαρακτηριστικές Παράμετροι Σημάτων, Κατάταξη σημάτων ως προς την ενέργεια και την ισχύ, Απλές Πράξεις Σημάτων Συνεχούς Χρόνου, Ιδιότητες Σημάτων Συνεχούς Χρόνου.
2. Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου
Μοναδιαία Βηματική Συνάρτηση, Κρουστική Συνάρτηση ή Συνάρτηση Δέλτα, Συνάρτηση Μοναδιαίας Κλίσης (Ράμπα), Εκθετικά Σήματα, Ημιτονοειδή Σήματα, Τετραγωνικός Παλμός, Τριγωνικός Παλμός, Συνάρτηση Δειγματοληψίας, Τραίνο κρουστικών συναρτήσεων (σήμα Comb).
3. Εισαγωγή στα Συστήματα
Ορισμός και Κατηγορίες Συστημάτων (Συστήματα Συνεχούς Χρόνου, Συστήματα Διακριτού Χρόνου), Συνδέσεις Συστημάτων, Είδη Συστημάτων (Γραμμικά και Μη Γραμμικά Συστήματα, Αιτιατά και Μη Αιτιατά Συστήματα, Στατικά και Δυναμικά Συστήματα, Χρονικά Αμετάβλητα και Χρονικά Μεταβαλλόμενα Συστήματα, Ευσταθή και Ασταθή Συστήματα).
4. Μελέτη Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων
Περιγραφή των Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων (ΓΧΑ) Συστημάτων (Με συνήθεις διαφορικές εξισώσεις, Με το ολοκλήρωμα της συνέλιξης), Η Κρουστική Απόκριση των ΓΧΑ Συστημάτων, Το Ολοκλήρωμα της Συνέλιξης σε ΓΧΑ Συστήματα, Αναλυτικός Υπολογισμός του Συνελικτικού Ολοκληρώματος, Ιδιότητες της Συνέλιξης (Αντιμεταθετική ιδιότητα, Προσεταιριστική ιδιότητα, Επιμεριστική ιδιότητα, Ταυτοτική ιδιότητα, Ιδιότητα Ομογένειας, Ιδιότητα Εύρους).
5. Γραφική Μέθοδος Υπολογισμού του Συνελικτικού Ολοκληρώματος
Γραφική μέθοδος υπολογισμού του συνελικτικού ολοκληρώματος, Συνελίξεις γνωστών σημάτων συνεχούς χρόνου, Βηματική απόκριση συστήματος, Απόκριση συστήματος σε εκθετική μιγαδική είσοδο, Συνδεσμολογίες ΓΧΑ συστημάτων.
6. Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier
Επανάληψη στους ιδιορυθμούς, Συνθήκες ύπαρξης σειράς Fourier, Ανάπτυγμα σήματος σε Σειρά Fourier (Εκθετική μορφή, Τριγωνομετρική Α’ μορφή, Τριγωνομετρική Β’ μορφή), Κανονικοποιημένη ισχύς αναπτύγματος Fourier, Θεώρημα Parseval για περιοδικές συναρτήσεις, Φαινόμενο Gibbs.
7. Μετασχηματισμός Fourier
Ορισμός του Μετασχηματισμού Fourier, Φυσική Σημασία του Μετασχηματισμού Fourier, Συνθήκες Ύπαρξης του Μετασχηματισμού Fourier, Μετασχηματισμοί Fourier Βασικών Συναρτήσεων, Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier, Θεώρημα Parseval.
8. Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier
Αντίστροφος Μετασχηματισμός Fourier, Μετασχηματισμός Fourier Σημάτων Ισχύος, Σχέση Σειράς Fourier και Μετασχηματισμού Fourier, Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετ/σμό Fourier (Απόκριση Συχνότητας ΓΧΑ Συστήματος, Αναπαράσταση πλάτους & φάσης της απόκρισης συχνότητας, Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος σε Περιοδική Είσοδο, Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος σε μη-Περιοδική Είσοδο, Περιγραφή Γραμμικής Διαφορικής Εξίσωσης με Μετ/σμό Fourier).
9. Γραμμικά Φίλτρα
Ιδανικά Γραμμικά Φίλτρα Επιλογής Συχνοτήτων (Ιδανικό Βαθυπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Υψιπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Ζωνοπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Ζωνοφρακτικό Φίλτρο), Χαρακτηριστικές ιδιότητες ιδανικών φίλτρων, Εύρος Ζώνης Φίλτρων, Πρακτικά Φίλτρα, Πρότυπα Βαθυπερατά Αναλογικά Φίλτρα, Συσχετίσεις και Φασματικές Πυκνότητες, Συνάρτηση Αυτοσυσχέτισης, Συνάρτηση Ετεροσυσχέτισης.
10. Μετασχηματισμός Laplace
Ιδιοτιμές ΓΧΑ συστήματος, Μαθηματικός ορισμός μετασχηματισμού Laplace, Η περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace, Πόλοι και μηδενικά του μετασχηματισμού Laplace, Χρήσιμα ζεύγη μετασχηματισμών Laplace.
11. Ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace – Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace
Ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace , Συμμετρίες του μετασχηματισμού Laplace, Θεωρήματα συνέλιξης στο χρόνο και τη συχνότητα, Θεώρημα αρχικής και τελικής τιμής, Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace, Μέθοδος αναπτύγματος σε απλά κλάσματα.
12. Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace
Επίλυση Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων με τον Μετασχηματισμό Laplace, Συνάρτηση Μεταφοράς Συστήματος, Βηματική Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος, Μελέτη Συστημάτων στο Χώρο Κατάστασης.
Παραδόσεις Θεωρίας
Για το χειμερινό εξάμηνο του ακαδημαϊκού έτους 2024-2025, οι παραδόσεις του μαθήματος ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (ΘΕΩΡΙΑ) γίνονται:
- κάθε Τρίτη, ώρα 9.00 π.μ. - 12.00 μ.μ. στο μεγάλο Αμφιθέατρο (ΑΜΦ) (2 ώρες θεωρία, 1 ώρα φροντιστήριο)
- κάθε Τρίτη, ώρα 8.00 - 9.00 μ.μ. στην ηλεκτρονική τάξη https://meet.google.com/dnj-oepp-pem (επίλυση ασκήσεων)
Η εξ αποστάσεως διδασκαλία είναι επιπρόσθετη του επίσημου προγράμματος και προσφέρεται από τον διδάσκοντα στους φοιτητές/φοιτήτριες με σκοπό την καλύτερη εμπέδωση των εννοιών του μαθήματος.
Προτεινόμενα Συγγράμματα
Για το μάθημα ECE_K340 : ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ μπορείτε να επιλέξετε από την υπηρεσία ΕΥΔΟΞΟΣ του Υπουργείου Παιδείας, ένα από τα ακόλουθα συγγράμματα:
- [102071800]: Σήματα και Συστήματα Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου με Matlab και Octave, 3η Έκδοση (2022), Παρασκευάς Μιχάλης
- [31326]: Εισαγωγή στη θεωρία σημάτων και συστημάτων, Θεοδωρίδης Σέργιος, Μπερμπερίδης Κώστας, Κοφίδης Λευτέρης, 2003
Πρόσθετο Διδακτικό Υλικό (σε ηλεκτρονική μορφή, pdf):
- Βιβλίο [59303528]: "Σήματα και Συστήματα", Ασημάκης Νικόλαος, 2016 (Ηλεκτρονικό Βιβλίο)
Παρακαλώ να παρακολουθείτε τις ανακοινώσεις της Γραμματείας προκειμένου να ενημερωθείτε για τις προθεσμίες δήλωσης των συγγραμμάτων σας.
Εργαστηριακές Ασκήσεις
Άσκηση 0 - Εισαγωγή στο Matlab
Εισαγωγή και εξοικείωση με το περιβάλλον εργασίας του Matlab, χρήση συμβολικών μαθηματικών εκφράσεων, υπολογισμός αλγεβρικών παραστάσεων, δημιουργία γραφικών παραστάσεων και σύνταξη αρχείων συναρτήσεων m-files στο Matlab.
Άσκηση 1 - Σήματα Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου: Ημιτονοειδή σήματα, Πραγματικά εκθετικά σήματα, Μιγαδικά εκθετικά σήματα, Μοναδιαία κρουστική συνάρτηση ή Συνάρτηση Δέλτα (Dirac), Μοναδιαία βηματική συνάρτηση,
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Χαρακτηριστικές Παράμετροι Σημάτων και Ιδιότητες Σημάτων: Μέση και ενεργός τιμή σήματος, Ενέργεια σήματος, Μετασχηματισμοί της ανεξάρτητης μεταβλητής (Χρονική μετατόπιση, Ανάκλαση, Αλλαγή κλίμακας χρόνου), Ιδιότητες Σημάτων, Άρτια και περιττά σήματα, Περιοδικά και Απεριοδικά Σήματα
Άσκηση 2 - Συστήματα Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Είδη Συστημάτων: Αιτιότητα, Γραμμικότητα, Ευστάθεια, Χρονική Μεταβλητότητα,
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Συνέλιξη : Θεωρητικός υπολογισμός συνέλιξης, Υπολογισμός συνέλιξης στο Matlab, Συνδεσμολογίες Συστημάτων
Άσκηση 3 - Μετασχηματισμός Laplace
- Μετασχηματισμός Laplace: Ορισμός, Πόλοι και μηδενικά του μετασχηματισμού Laplace, Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace, Υπολογισμός Laplace με εντολές laplace() & ilaplace(), Επίλυση γραμμικών διαφορικών εξισώσεων με τον μετασχηματισμό Laplace
Άσκηση 4 - Ανάλυση Fourier Σημάτων Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Σειρές Fourier: Ανάπτυγμα σειράς Fourier
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Μετασχηματισμός Fourier: Μετασχηματισμός Fourier, Αντίστροφος Μετασχηματισμός Fourier, Θεώρημα Parseval, Μετασχηματισμός Fourier Σημάτων Ισχύος, Αυτοσυσχέτιση
Άσκηση 5 - Μελέτη Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου στο Πεδίο της Συχνότητας
- ΜΕΡΟΣ Α' - Συνάρτηση Μεταφοράς Συστήματος: Ορισμός της συνάρτησης μεταφοράς, Πόλοι και μηδενικά της συνάρτησης μεταφοράς, Υπολογισμός κρουστικής και βηματικής απόκρισης
- ΜΕΡΟΣ Β - Απόκριση Συχνότητας – Φίλτρα: Απόκριση συχνότητας, Υπολογισμός απόκρισης συχνότητας στο Matlab
Διεξαγωγή Εργαστηριακών Ασκήσεων
Οι εργαστηριακές ασκήσεις για το χειμερινό εξάμηνο του ακαδημαϊκού έτους 2024-2025 θα διεξαχθούν με τον ακόλουθο τρόπο:
- Κάθε Τρίτη ώρα 7.00 - 8.00 μ.μ. στην ηλεκτρονική τάξη https://meet.google.com/dnj-oepp-pem ο διδάσκων θα παρουσιάζει την τρέχουσα Εργαστηριακή άσκηση σύμφωνα με το ημερολόγιο. Η παρουσίαση αφορά αφενός στη σύνδεση της άσκησης με τη διάλεξη θεωρίας, αφετέρου στις τεχνικές προγραμματισμού που πρέπει να χρησιμοποιηθούν στο Matlab για την επίλυση των λυμένων παραδειγμάτων αλλά και των άλυτων ασκήσεων.
- Μια φορά ανά δύο εβδομάδες στις ημέρες/ώρες που έχουν ανακοινωθεί για κάθε Ομάδα οι φοιτητές/φοιτήτριες θα προσέρχονται στο εργαστήριο Τηλεπικοινωνιών & Δικτύων (αίθουσα Η2.03Α) και θα πραγματοποιούν την εργαστηριακή άσκηση.
- Σε προθεσμία 14 ημερών από τη διεξαγωγή της εργαστηριακής άσκησης οι φοιτητές/ φοιτήτριες θα παραδίδουν την αντίστοιχη Εργαστηριακή Αναφορά τους μέσω της επιλογής "Εργασίες" του eclass. Οι διδάσκοντες Εργαστηρίου θα αξιολογούν τις εργαστηριακές αναφορές. Οδηγίες για τη σύνταξη της Εργαστηριακής Αναφοράς στο Matlab θα βρείτε στην ενότητα "Εργαστηριακοί οδηγοί (2024-2025)".
Η συμμετοχή των φοιτητών/φοιτητριών στα σημεία 1 και 2, όπως και η υποβολή εργαστηριακών αναφορών είναι υποχρεωτική.
Μέθοδοι αξιολόγησης
Α. Αξιολόγηση Θεωρητικού Σκέλους (για όλα τα προγράμματα σπουδών, δηλ. ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο, ΠΛΗ/ΤΕΙ, ΗΛΕ/ΤΕΙ)
- Ενδιάμεση εξέταση (πρόοδος) που περιλαμβάνει επίλυση ασκήσεων και ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, διαβαθμισμένης δυσκολίας.
- Γραπτή τελική εξέταση που περιλαμβάνει επίλυση ασκήσεων, ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας, διαβαθμισμένης δυσκολίας.
- Ο βαθμός της ΘΕΩΡΙΑΣ του μαθήματος προκύπτει από τη σχέση:
Βαθμός Θεωρίας = Βαθμός γραπτής εξέτασης + 10%*Βαθμός προόδου
Β. Αξιολόγηση Εργαστηριακού Σκέλους (μόνο για τα προγράμματα σπουδών ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο, ΠΛΗ/ΤΕΙ)
Η αξιολόγηση των φοιτητών/φοιτητριών στο εργαστήριο του μαθήματος “Σήματα και Συστήματα” αποτελείται από τα παρακάτω στάδια εξέτασης:
- Παράδοση ατομικών εργαστηριακών αναφορών για τα εργαστήρια 1 έως και 5 (Βάρος: 50%): Η παράδοση της ατομικής αναφοράς κάθε εργαστηριακής άσκησης έχει καταληκτική ημερομηνία αυτή της διεξαγωγής της επόμενης εργαστηριακής άσκησης. Η προθεσμία υποβολής των εργαστηριακών αναφορών θα τηρηθεί αυστηρά. Ελάχιστος αριθμός εργαστηριακών αναφορών που πρέπει να παραδοθούνς: τέσσερις (4).
- Τελική εξέταση: θα λάβει χώρα μια εβδομάδα πριν την έναρξη της εξεταστικής περιόδου του χειμερινού εξαμήνου και θα περιλαμβάνει την ύλη που διδάχθηκε στις εργαστηριακές ασκήσεις και μόνο. Τα θέματα θα αποτελούνται από προβλήματα υλοποίησης σε Matlab και ερωτήσεις κρίσεως. (Βάρος: 50%).
- Ο βαθμός του εργαστηρίου του μαθήματος προκύπτει από τη σχέση:
Βαθμός Εργαστηρίου = 50% * Βαθμός εργαστηριακών αναφορών + 50% * Βαθμός τελικής εξέτασης εργαστηρίου
Παρατηρήσεις:
1. Για την επιτυχή παρακολούθηση του εργαστηρίου κάθε φοιτητής/φοιτήτρια των προγραμμάτων σπουδών ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο και ΠΛΗ/ΤΕΙ θα πρέπει:
- να έχει παρουσία σε τουλάχιστον 5 από τις 6 εργαστηριακές ασκήσεις, και
- να έχει παραδώσει τουλάχιστον 4 από τις 5 αναφορές εργαστηρίου, και
- ο συνολικός βαθμός εργαστηρίου (βαθμός αναφορών + τελική εξέταση) να είναι ίσος ή μεγαλύτερος του 5,0
2. Φοιτητές ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο: Το εργαστήριο βαθμολογείται από κοινού με τη θεωρία του μαθήματος με συντελεστή βαρύτητας 30% και βαθμό τουλάχιστον 5. Η επιτυχής παρακολούθηση του εργαστηρίου είναι αναγκαία για την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος συνολικά.
3. Φοιτητές ΠΛΗ/ΤΕΙ: Το εργαστήριο βαθμολογείται ξεχωριστά από τη θεωρία του μαθήματος.
4. Φοιτητές ΗΛΕ/ΤΕΙ: Δεν έχουν υποχρέωση παρακολούθησης εργαστηρίου.
5. Λοιπές Παρατηρήσεις:
- Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει από τη στάθμιση των βαθμών θεωρίας και εργαστηρίου με συντελεστές βαρύτητας 70% και 30% αντίστοιχα, εφόσον οι βαθμοί θεωρίας και εργαστηρίου είναι προβιβάσιμοι (δηλ. >= 5,0). Δηλ. Βαθμός Μαθήματος = 70% * Βαθμός Θεωρίας + 30% * Βαθμός Εργαστηρίου
- Η αξιολόγηση γίνεται στην ελληνική γλώσσα.
- Η εξέταση γίνεται με ανοικτά βιβλία και σημειώσεις, τα οποία πρέπει να φέρουν το όνομα του κατόχου τους.
- Επιτρέπεται η χρήση υπολογιστικής μηχανής (calculator).
- Δεν επιτρέπεται η χρήση υπολογιστών ή κινητών τηλεφώνων / smartphones κατά τη διάρκεια της εξέτασης.
Προτεινόμενη Βιβλιογραφία
Αγγλική
- Alkin O., «Signals and Systems: A Matlab Integrated Approach», CRC Press, 2014.
- Chaparro L.F., «Signals and Systems Using Matlab», Academic Press, Elsevier, 2nd edition, 2015.
- Corintios M., «Signals, Systems, Transforms, and Digital Signal Processing with Matlab», CRC Press, 2009.
- Hsu Η. «Signals and Systems», (Schaum’s Outlines), McGrawHill, 3rd edition, 2013.
- Ingle V.K., Proakis J.G, «Digital Signal Processing using MATLAB», Brooks Cole, 2000.
- Kalouptsidis N., «Signal Processing Systems: Theory and Design», John Wiley Interscience Publication, New York, 1997.
- Lathi B.P., Green R., «Essentials of Digital Signal Processing» Cambridge University Press, 2014.
- Prandoni P., Vetterli M., «Signal Analysis for Communications», EPF Press, online edition, 2008.
- Vetterli M., Kovacevic J., «Foundations of Signal Processing», Cambridge University Press, 2014.
- Ziemer R.E. et al, «Signals and Systems: Continuous and Discrete», PrenticeHall, 1998.
Ελληνική
- Ασημάκης Ν., «Σήματα, Συστήματα και Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων», Εκδόσεις Gutenberg, 2008.
- Ασημάκης Ν., Αδάμ Μ., «Σήματα και Συστήματα», Εκδόσεις Κάλλιπος, online.
- Θεοδωρίδης Σ., Μπερμπερίδης Κ., Κοφίδης Λ., «Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων», Εκδόσεις Τυπωθήτω, 2003
- Καραϊσκος Χ., Κάντζος Δ., «Σήματα και Συστήματα Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου», Σύγχρονη Εκδοτική, Αθήνα, 2015
- Καλουπτσίδης Ν., «Σήματα, Συστήματα και Αλγόριθμοι», Εκδόσεις Δίαυλος, 1994.
- Καραγιαννάκης Δ, «Ανάλυση Σήματος: Θεωρία και Εφαρμογές», Εκδόσεις Δίσιγμα, 2017.
- Καραμπογιάς Σ., «Σήματα και Συστήματα», Εκδόσεις Κάλλιπος, online.
- Καφεντζής Γ., «Επεξεργασία Σήματος Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου: Μια πρώτη εισαγωγή», Εκδόσεις Gutenberg, 2019
- Λιάβας Α., «Σήματα και Συστήματα», Πανεπιστημιακές Σημειώσεις, online, 2005.
- Λουτρίδης Σ., «Επεξεργασία Αναλογικών και Ψηφιακών Σημάτων», Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
- Μάργαρης Α. «Σήματα και Συστήματα Συνεχούς & Διακριτού Χρόνου», Εκδόσεις Τζιόλα, 2021.
- Μουστακίδης Γ., «Βασικές Τεχνικές Επεξεργασίας Σημάτων», Εκδόσεις Τζιόλα, 2004.
- Παλαμίδης Α., Βελώνη Α., «Σήματα και Συστήματα με Matlab», Εκδόσεις Σύγχρονη Εκδοτική, 2008.
- Παπαδημητρίου Ρ., Τζάννες Ν.Σ., «Ανάλυση Σημάτων – Συνοπτική Θεωρία και Ασκήσεις», Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 1982.
- Παρασκευάς Μ., «Σήματα και Συστήματα με Matlab, Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου», Εκδόσεις Τζιόλα, 2018.
- Σκόδρας Α., Αναστασόπουλος Β., «Σήματα και Επεξεργασία Εικόνας», Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2003.
- Τζάννες Ν.Σ., Πανάς Σ., «Θεωρία Σημάτων», Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 1987.
- Υφαντής Α., Γεωργίου Γ., «Ανάλυση σημάτων – Τόμος Α’», Εκδόσεις ΙΩΝ, 2002.
- Χατζίκος Ε., «MATLAB για Επιστήμονες και Μηχανικούς», 7η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2010.
Διδακτικό προσωπικό
Θεωρία
- Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς, Καθηγητής, email: mparask [at] go.uop.gr
Εργαστήριο
- Μιχάλης Νάνος, MSc, Μαθηματικός και Μηχανικός HY & Πληροφορικής, email: m.nanos@go.uop.gr
- Νίκος Σπατιώτης, MSc, Μηχανικός Πληροφορικής, υποψήφιος διδάκτορας, email: n.spatiotis@go.uop.gr
Για την επικοινωνία με τους διδάσκοντες χρησιμοποιήστε την επιλογή "Μηνύματα".
Ορισμός, κατηγορίες, χαρακτηριστικές παράμετροι και ιδιότητες σημάτων συνεχούς χρόνου. Ορισμός, κατηγορίες και συνδέσεις συστημάτων συνεχούς χρόνου. Σχέση εισόδου – εξόδου συστήματος. Το ολοκλήρωμα της συνέλιξης, οι ιδιότητές του και τρόποι υπολογισμού του. Σειρές Fourier. Μετασχηματισμός Fourier και ιδιότητές του. Ιδιότητες αυτοσυσχέτισης και συνέλιξης. Το θεώρημα Parceval. Φασματική πυκνότητα ισχύος. Απόκριση συχνότητας συστήματος. Ιδανικά και πραγματικά φίλτρα. Συνάρτηση αυτοσυσχέτισης. Μετασχηματισμός Laplace και περιοχή σύγκλισης. Ιδιότητες και θεωρήματα Μετασχηματισμού Laplace. Σχέση Μετασχηματισμών Fourier και Laplace. Ανάλυση γραμμικών συστημάτων με χρήση Μετασχηματισμού Laplace. Συνάρτηση μεταφοράς συστήματος.
Λέξεις κλειδιά: Σήματα συνεχούς χρόνου, συστήματα συνεχούς χρόνου, μελέτη συστημάτων LTI, συνέλιξη, ανάλυση Fourier (σειρά και μετασχηματισμός), μετασχηματισμός Laplace, απόκριση συχνότητας, συνάρτηση μεταφοράς, αναλογικά φίλτρα.
Δείτε το Περίγραμμα Μαθήματος
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:
Σε επίπεδο Γνώσεων:
- Να περιγράφουν τις χαρακτηριστικές παραμέτρους και τις ιδιότητες των σημάτων συνεχούς χρόνου.
- Να διακρίνουν και να αναγνωρίζουν τα στοιχειώδη σήματα συνεχούς χρόνου.
- Να αναγνωρίζουν τις διάφορες κατηγορίες συστημάτων συνεχούς χρόνου και να περιγράφουν συνδεσμολογίες συστημάτων.
- Να προσδιορίζουν τον καταλληλότερο τρόπο υπολογισμού της εξόδου ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος.
- Να επιλέγουν τρόπους ανάλυσης ενός σήματος συνεχούς χρόνου σε άθροισμα σημάτων απλής συχνότητας.
- Να περιγράφουν την μεθοδολογία υπολογισμού της απόκρισης συχνότητας ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος.
Σε επίπεδο Δεξιοτήτων:
- Να υπολογίζουν τις χαρακτηριστικές παραμέτρους σημάτων συνεχούς χρόνου.
- Να υπολογίζουν την έξοδο γραμμικών και χρονικά αμετάβλητων συστημάτων μέσω του ολοκληρώματος της συνέλιξης.
- Να αποσυνθέτουν ένα σήμα σε άθροισμα απλών ημιτόνων μέσω αναπτύγματος σειράς Fourier και να υπολογίζουν το φάσμα μονής και διπλής πλευράς.
- Να υπολογίζουν τον μετασχηματισμό Fourier ενός σήματος τόσο από ορισμό του όσο και με χρήση των ιδιοτήτων του.
- Να υπολογίζουν την απόκριση συχνότητας ενός συστήματος με χρήση του μετασχηματισμού Fourier.
- Να υπολογίζουν τον ευθύ και τον αντίστροφο μετασχηματισμό Laplace και την περιοχή σύγκλισής του.
- Να επιλύουν γραμμικές διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν γραμμικά και χρονικά αμετάβλητα συστήματα, μέσω του μετασχηματισμού Laplace.
- Να υπολογίζουν τη συνάρτηση μεταφοράς ενός συστήματος με χρήση του μετασχηματισμού Laplace.
Σε επίπεδο Ικανοτήτων:
- Να παράγουν την αναπαράσταση της κρουστικής απόκρισης όταν είναι γνωστή η γραμμική εξίσωση διαφορών που περιγράφει ένα γραμμικό σύστημα.
- Να επιλέγουν τον καταλληλότερο τρόπο υπολογισμού του φάσματος ενός σήματος, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του.
- Να αξιολογούν τις διαφορές μεταξύ του αναπτύγματος σειράς Fourier και του μετασχηματισμού Fourier.
- Να εξηγούν τη φυσική σημασία του μετασχηματισμού Fourier και να συγκρίνουν φάσματα διαφορετικών σημάτων.
- Να αξιολογούν τις ιδιότητες του μετασχηματισμού Fourier και να τις συνδέουν με λειτουργίες ανωτέρου επιπέδου, όπως για παράδειγμα η χρήση της ιδιότητας της ολίσθησης στη συχνότητα του μετασχηματισμού Fourier για την διαμόρφωση ενός σήματος σε αναλογικά ή/και ψηφιακά τηλεπικοινωνιακά συστήματα.
- Να συμπεραίνουν για την ευστάθεια και για την μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Laplace
- Να σχεδιάζουν ιδανικά και πραγματικά γραμμικά φίλτρα.
1. Εισαγωγή στα Σήματα
Σκοποί της Θεωρίας Σημάτων, Κατηγορίες Σημάτων, Χαρακτηριστικές Παράμετροι Σημάτων, Κατάταξη σημάτων ως προς την ενέργεια και την ισχύ, Απλές Πράξεις Σημάτων Συνεχούς Χρόνου, Ιδιότητες Σημάτων Συνεχούς Χρόνου.
2. Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου
Μοναδιαία Βηματική Συνάρτηση, Κρουστική Συνάρτηση ή Συνάρτηση Δέλτα, Συνάρτηση Μοναδιαίας Κλίσης (Ράμπα), Εκθετικά Σήματα, Ημιτονοειδή Σήματα, Τετραγωνικός Παλμός, Τριγωνικός Παλμός, Συνάρτηση Δειγματοληψίας, Τραίνο κρουστικών συναρτήσεων (σήμα Comb).
3. Εισαγωγή στα Συστήματα
Ορισμός και Κατηγορίες Συστημάτων (Συστήματα Συνεχούς Χρόνου, Συστήματα Διακριτού Χρόνου), Συνδέσεις Συστημάτων, Είδη Συστημάτων (Γραμμικά και Μη Γραμμικά Συστήματα, Αιτιατά και Μη Αιτιατά Συστήματα, Στατικά και Δυναμικά Συστήματα, Χρονικά Αμετάβλητα και Χρονικά Μεταβαλλόμενα Συστήματα, Ευσταθή και Ασταθή Συστήματα).
4. Μελέτη Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων
Περιγραφή των Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων (ΓΧΑ) Συστημάτων (Με συνήθεις διαφορικές εξισώσεις, Με το ολοκλήρωμα της συνέλιξης), Η Κρουστική Απόκριση των ΓΧΑ Συστημάτων, Το Ολοκλήρωμα της Συνέλιξης σε ΓΧΑ Συστήματα, Αναλυτικός Υπολογισμός του Συνελικτικού Ολοκληρώματος, Ιδιότητες της Συνέλιξης (Αντιμεταθετική ιδιότητα, Προσεταιριστική ιδιότητα, Επιμεριστική ιδιότητα, Ταυτοτική ιδιότητα, Ιδιότητα Ομογένειας, Ιδιότητα Εύρους).
5. Γραφική Μέθοδος Υπολογισμού του Συνελικτικού Ολοκληρώματος
Γραφική μέθοδος υπολογισμού του συνελικτικού ολοκληρώματος, Συνελίξεις γνωστών σημάτων συνεχούς χρόνου, Βηματική απόκριση συστήματος, Απόκριση συστήματος σε εκθετική μιγαδική είσοδο, Συνδεσμολογίες ΓΧΑ συστημάτων.
6. Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier
Επανάληψη στους ιδιορυθμούς, Συνθήκες ύπαρξης σειράς Fourier, Ανάπτυγμα σήματος σε Σειρά Fourier (Εκθετική μορφή, Τριγωνομετρική Α’ μορφή, Τριγωνομετρική Β’ μορφή), Κανονικοποιημένη ισχύς αναπτύγματος Fourier, Θεώρημα Parseval για περιοδικές συναρτήσεις, Φαινόμενο Gibbs.
7. Μετασχηματισμός Fourier
Ορισμός του Μετασχηματισμού Fourier, Φυσική Σημασία του Μετασχηματισμού Fourier, Συνθήκες Ύπαρξης του Μετασχηματισμού Fourier, Μετασχηματισμοί Fourier Βασικών Συναρτήσεων, Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier, Θεώρημα Parseval.
8. Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier
Αντίστροφος Μετασχηματισμός Fourier, Μετασχηματισμός Fourier Σημάτων Ισχύος, Σχέση Σειράς Fourier και Μετασχηματισμού Fourier, Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετ/σμό Fourier (Απόκριση Συχνότητας ΓΧΑ Συστήματος, Αναπαράσταση πλάτους & φάσης της απόκρισης συχνότητας, Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος σε Περιοδική Είσοδο, Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος σε μη-Περιοδική Είσοδο, Περιγραφή Γραμμικής Διαφορικής Εξίσωσης με Μετ/σμό Fourier).
9. Γραμμικά Φίλτρα
Ιδανικά Γραμμικά Φίλτρα Επιλογής Συχνοτήτων (Ιδανικό Βαθυπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Υψιπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Ζωνοπερατό Φίλτρο, Ιδανικό Ζωνοφρακτικό Φίλτρο), Χαρακτηριστικές ιδιότητες ιδανικών φίλτρων, Εύρος Ζώνης Φίλτρων, Πρακτικά Φίλτρα, Πρότυπα Βαθυπερατά Αναλογικά Φίλτρα, Συσχετίσεις και Φασματικές Πυκνότητες, Συνάρτηση Αυτοσυσχέτισης, Συνάρτηση Ετεροσυσχέτισης.
10. Μετασχηματισμός Laplace
Ιδιοτιμές ΓΧΑ συστήματος, Μαθηματικός ορισμός μετασχηματισμού Laplace, Η περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace, Πόλοι και μηδενικά του μετασχηματισμού Laplace, Χρήσιμα ζεύγη μετασχηματισμών Laplace.
11. Ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace – Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace
Ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace , Συμμετρίες του μετασχηματισμού Laplace, Θεωρήματα συνέλιξης στο χρόνο και τη συχνότητα, Θεώρημα αρχικής και τελικής τιμής, Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace, Μέθοδος αναπτύγματος σε απλά κλάσματα.
12. Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace
Επίλυση Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων με τον Μετασχηματισμό Laplace, Συνάρτηση Μεταφοράς Συστήματος, Βηματική Απόκριση ΓΧΑ Συστήματος, Μελέτη Συστημάτων στο Χώρο Κατάστασης.
Για το χειμερινό εξάμηνο του ακαδημαϊκού έτους 2024-2025, οι παραδόσεις του μαθήματος ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (ΘΕΩΡΙΑ) γίνονται:
- κάθε Τρίτη, ώρα 9.00 π.μ. - 12.00 μ.μ. στο μεγάλο Αμφιθέατρο (ΑΜΦ) (2 ώρες θεωρία, 1 ώρα φροντιστήριο)
- κάθε Τρίτη, ώρα 8.00 - 9.00 μ.μ. στην ηλεκτρονική τάξη https://meet.google.com/dnj-oepp-pem (επίλυση ασκήσεων)
Η εξ αποστάσεως διδασκαλία είναι επιπρόσθετη του επίσημου προγράμματος και προσφέρεται από τον διδάσκοντα στους φοιτητές/φοιτήτριες με σκοπό την καλύτερη εμπέδωση των εννοιών του μαθήματος.
Για το μάθημα ECE_K340 : ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ μπορείτε να επιλέξετε από την υπηρεσία ΕΥΔΟΞΟΣ του Υπουργείου Παιδείας, ένα από τα ακόλουθα συγγράμματα:
- [102071800]: Σήματα και Συστήματα Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου με Matlab και Octave, 3η Έκδοση (2022), Παρασκευάς Μιχάλης
- [31326]: Εισαγωγή στη θεωρία σημάτων και συστημάτων, Θεοδωρίδης Σέργιος, Μπερμπερίδης Κώστας, Κοφίδης Λευτέρης, 2003
Πρόσθετο Διδακτικό Υλικό (σε ηλεκτρονική μορφή, pdf):
- Βιβλίο [59303528]: "Σήματα και Συστήματα", Ασημάκης Νικόλαος, 2016 (Ηλεκτρονικό Βιβλίο)
Παρακαλώ να παρακολουθείτε τις ανακοινώσεις της Γραμματείας προκειμένου να ενημερωθείτε για τις προθεσμίες δήλωσης των συγγραμμάτων σας.
Άσκηση 0 - Εισαγωγή στο Matlab
Εισαγωγή και εξοικείωση με το περιβάλλον εργασίας του Matlab, χρήση συμβολικών μαθηματικών εκφράσεων, υπολογισμός αλγεβρικών παραστάσεων, δημιουργία γραφικών παραστάσεων και σύνταξη αρχείων συναρτήσεων m-files στο Matlab.
Άσκηση 1 - Σήματα Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου: Ημιτονοειδή σήματα, Πραγματικά εκθετικά σήματα, Μιγαδικά εκθετικά σήματα, Μοναδιαία κρουστική συνάρτηση ή Συνάρτηση Δέλτα (Dirac), Μοναδιαία βηματική συνάρτηση,
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Χαρακτηριστικές Παράμετροι Σημάτων και Ιδιότητες Σημάτων: Μέση και ενεργός τιμή σήματος, Ενέργεια σήματος, Μετασχηματισμοί της ανεξάρτητης μεταβλητής (Χρονική μετατόπιση, Ανάκλαση, Αλλαγή κλίμακας χρόνου), Ιδιότητες Σημάτων, Άρτια και περιττά σήματα, Περιοδικά και Απεριοδικά Σήματα
Άσκηση 2 - Συστήματα Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Είδη Συστημάτων: Αιτιότητα, Γραμμικότητα, Ευστάθεια, Χρονική Μεταβλητότητα,
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Συνέλιξη : Θεωρητικός υπολογισμός συνέλιξης, Υπολογισμός συνέλιξης στο Matlab, Συνδεσμολογίες Συστημάτων
Άσκηση 3 - Μετασχηματισμός Laplace
- Μετασχηματισμός Laplace: Ορισμός, Πόλοι και μηδενικά του μετασχηματισμού Laplace, Αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace, Υπολογισμός Laplace με εντολές laplace() & ilaplace(), Επίλυση γραμμικών διαφορικών εξισώσεων με τον μετασχηματισμό Laplace
Άσκηση 4 - Ανάλυση Fourier Σημάτων Συνεχούς Χρόνου
- ΜΕΡΟΣ Α’ - Σειρές Fourier: Ανάπτυγμα σειράς Fourier
- ΜΕΡΟΣ Β’ - Μετασχηματισμός Fourier: Μετασχηματισμός Fourier, Αντίστροφος Μετασχηματισμός Fourier, Θεώρημα Parseval, Μετασχηματισμός Fourier Σημάτων Ισχύος, Αυτοσυσχέτιση
Άσκηση 5 - Μελέτη Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου στο Πεδίο της Συχνότητας
- ΜΕΡΟΣ Α' - Συνάρτηση Μεταφοράς Συστήματος: Ορισμός της συνάρτησης μεταφοράς, Πόλοι και μηδενικά της συνάρτησης μεταφοράς, Υπολογισμός κρουστικής και βηματικής απόκρισης
- ΜΕΡΟΣ Β - Απόκριση Συχνότητας – Φίλτρα: Απόκριση συχνότητας, Υπολογισμός απόκρισης συχνότητας στο Matlab
Οι εργαστηριακές ασκήσεις για το χειμερινό εξάμηνο του ακαδημαϊκού έτους 2024-2025 θα διεξαχθούν με τον ακόλουθο τρόπο:
- Κάθε Τρίτη ώρα 7.00 - 8.00 μ.μ. στην ηλεκτρονική τάξη https://meet.google.com/dnj-oepp-pem ο διδάσκων θα παρουσιάζει την τρέχουσα Εργαστηριακή άσκηση σύμφωνα με το ημερολόγιο. Η παρουσίαση αφορά αφενός στη σύνδεση της άσκησης με τη διάλεξη θεωρίας, αφετέρου στις τεχνικές προγραμματισμού που πρέπει να χρησιμοποιηθούν στο Matlab για την επίλυση των λυμένων παραδειγμάτων αλλά και των άλυτων ασκήσεων.
- Μια φορά ανά δύο εβδομάδες στις ημέρες/ώρες που έχουν ανακοινωθεί για κάθε Ομάδα οι φοιτητές/φοιτήτριες θα προσέρχονται στο εργαστήριο Τηλεπικοινωνιών & Δικτύων (αίθουσα Η2.03Α) και θα πραγματοποιούν την εργαστηριακή άσκηση.
- Σε προθεσμία 14 ημερών από τη διεξαγωγή της εργαστηριακής άσκησης οι φοιτητές/ φοιτήτριες θα παραδίδουν την αντίστοιχη Εργαστηριακή Αναφορά τους μέσω της επιλογής "Εργασίες" του eclass. Οι διδάσκοντες Εργαστηρίου θα αξιολογούν τις εργαστηριακές αναφορές. Οδηγίες για τη σύνταξη της Εργαστηριακής Αναφοράς στο Matlab θα βρείτε στην ενότητα "Εργαστηριακοί οδηγοί (2024-2025)".
Η συμμετοχή των φοιτητών/φοιτητριών στα σημεία 1 και 2, όπως και η υποβολή εργαστηριακών αναφορών είναι υποχρεωτική.
Α. Αξιολόγηση Θεωρητικού Σκέλους (για όλα τα προγράμματα σπουδών, δηλ. ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο, ΠΛΗ/ΤΕΙ, ΗΛΕ/ΤΕΙ)
- Ενδιάμεση εξέταση (πρόοδος) που περιλαμβάνει επίλυση ασκήσεων και ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, διαβαθμισμένης δυσκολίας.
- Γραπτή τελική εξέταση που περιλαμβάνει επίλυση ασκήσεων, ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας, διαβαθμισμένης δυσκολίας.
- Ο βαθμός της ΘΕΩΡΙΑΣ του μαθήματος προκύπτει από τη σχέση:
Βαθμός Θεωρίας = Βαθμός γραπτής εξέτασης + 10%*Βαθμός προόδου
Β. Αξιολόγηση Εργαστηριακού Σκέλους (μόνο για τα προγράμματα σπουδών ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο, ΠΛΗ/ΤΕΙ)
Η αξιολόγηση των φοιτητών/φοιτητριών στο εργαστήριο του μαθήματος “Σήματα και Συστήματα” αποτελείται από τα παρακάτω στάδια εξέτασης:
- Παράδοση ατομικών εργαστηριακών αναφορών για τα εργαστήρια 1 έως και 5 (Βάρος: 50%): Η παράδοση της ατομικής αναφοράς κάθε εργαστηριακής άσκησης έχει καταληκτική ημερομηνία αυτή της διεξαγωγής της επόμενης εργαστηριακής άσκησης. Η προθεσμία υποβολής των εργαστηριακών αναφορών θα τηρηθεί αυστηρά. Ελάχιστος αριθμός εργαστηριακών αναφορών που πρέπει να παραδοθούνς: τέσσερις (4).
- Τελική εξέταση: θα λάβει χώρα μια εβδομάδα πριν την έναρξη της εξεταστικής περιόδου του χειμερινού εξαμήνου και θα περιλαμβάνει την ύλη που διδάχθηκε στις εργαστηριακές ασκήσεις και μόνο. Τα θέματα θα αποτελούνται από προβλήματα υλοποίησης σε Matlab και ερωτήσεις κρίσεως. (Βάρος: 50%).
- Ο βαθμός του εργαστηρίου του μαθήματος προκύπτει από τη σχέση:
Βαθμός Εργαστηρίου = 50% * Βαθμός εργαστηριακών αναφορών + 50% * Βαθμός τελικής εξέτασης εργαστηρίου
Παρατηρήσεις:
1. Για την επιτυχή παρακολούθηση του εργαστηρίου κάθε φοιτητής/φοιτήτρια των προγραμμάτων σπουδών ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο και ΠΛΗ/ΤΕΙ θα πρέπει:
- να έχει παρουσία σε τουλάχιστον 5 από τις 6 εργαστηριακές ασκήσεις, και
- να έχει παραδώσει τουλάχιστον 4 από τις 5 αναφορές εργαστηρίου, και
- ο συνολικός βαθμός εργαστηρίου (βαθμός αναφορών + τελική εξέταση) να είναι ίσος ή μεγαλύτερος του 5,0
2. Φοιτητές ΗΜΜΥ/Πανεπιστήμιο: Το εργαστήριο βαθμολογείται από κοινού με τη θεωρία του μαθήματος με συντελεστή βαρύτητας 30% και βαθμό τουλάχιστον 5. Η επιτυχής παρακολούθηση του εργαστηρίου είναι αναγκαία για την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος συνολικά.
3. Φοιτητές ΠΛΗ/ΤΕΙ: Το εργαστήριο βαθμολογείται ξεχωριστά από τη θεωρία του μαθήματος.
4. Φοιτητές ΗΛΕ/ΤΕΙ: Δεν έχουν υποχρέωση παρακολούθησης εργαστηρίου.
5. Λοιπές Παρατηρήσεις:
- Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει από τη στάθμιση των βαθμών θεωρίας και εργαστηρίου με συντελεστές βαρύτητας 70% και 30% αντίστοιχα, εφόσον οι βαθμοί θεωρίας και εργαστηρίου είναι προβιβάσιμοι (δηλ. >= 5,0). Δηλ. Βαθμός Μαθήματος = 70% * Βαθμός Θεωρίας + 30% * Βαθμός Εργαστηρίου
- Η αξιολόγηση γίνεται στην ελληνική γλώσσα.
- Η εξέταση γίνεται με ανοικτά βιβλία και σημειώσεις, τα οποία πρέπει να φέρουν το όνομα του κατόχου τους.
- Επιτρέπεται η χρήση υπολογιστικής μηχανής (calculator).
- Δεν επιτρέπεται η χρήση υπολογιστών ή κινητών τηλεφώνων / smartphones κατά τη διάρκεια της εξέτασης.
Αγγλική
- Alkin O., «Signals and Systems: A Matlab Integrated Approach», CRC Press, 2014.
- Chaparro L.F., «Signals and Systems Using Matlab», Academic Press, Elsevier, 2nd edition, 2015.
- Corintios M., «Signals, Systems, Transforms, and Digital Signal Processing with Matlab», CRC Press, 2009.
- Hsu Η. «Signals and Systems», (Schaum’s Outlines), McGrawHill, 3rd edition, 2013.
- Ingle V.K., Proakis J.G, «Digital Signal Processing using MATLAB», Brooks Cole, 2000.
- Kalouptsidis N., «Signal Processing Systems: Theory and Design», John Wiley Interscience Publication, New York, 1997.
- Lathi B.P., Green R., «Essentials of Digital Signal Processing» Cambridge University Press, 2014.
- Prandoni P., Vetterli M., «Signal Analysis for Communications», EPF Press, online edition, 2008.
- Vetterli M., Kovacevic J., «Foundations of Signal Processing», Cambridge University Press, 2014.
- Ziemer R.E. et al, «Signals and Systems: Continuous and Discrete», PrenticeHall, 1998.
Ελληνική
- Ασημάκης Ν., «Σήματα, Συστήματα και Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων», Εκδόσεις Gutenberg, 2008.
- Ασημάκης Ν., Αδάμ Μ., «Σήματα και Συστήματα», Εκδόσεις Κάλλιπος, online.
- Θεοδωρίδης Σ., Μπερμπερίδης Κ., Κοφίδης Λ., «Εισαγωγή στη Θεωρία Σημάτων και Συστημάτων», Εκδόσεις Τυπωθήτω, 2003
- Καραϊσκος Χ., Κάντζος Δ., «Σήματα και Συστήματα Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου», Σύγχρονη Εκδοτική, Αθήνα, 2015
- Καλουπτσίδης Ν., «Σήματα, Συστήματα και Αλγόριθμοι», Εκδόσεις Δίαυλος, 1994.
- Καραγιαννάκης Δ, «Ανάλυση Σήματος: Θεωρία και Εφαρμογές», Εκδόσεις Δίσιγμα, 2017.
- Καραμπογιάς Σ., «Σήματα και Συστήματα», Εκδόσεις Κάλλιπος, online.
- Καφεντζής Γ., «Επεξεργασία Σήματος Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου: Μια πρώτη εισαγωγή», Εκδόσεις Gutenberg, 2019
- Λιάβας Α., «Σήματα και Συστήματα», Πανεπιστημιακές Σημειώσεις, online, 2005.
- Λουτρίδης Σ., «Επεξεργασία Αναλογικών και Ψηφιακών Σημάτων», Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
- Μάργαρης Α. «Σήματα και Συστήματα Συνεχούς & Διακριτού Χρόνου», Εκδόσεις Τζιόλα, 2021.
- Μουστακίδης Γ., «Βασικές Τεχνικές Επεξεργασίας Σημάτων», Εκδόσεις Τζιόλα, 2004.
- Παλαμίδης Α., Βελώνη Α., «Σήματα και Συστήματα με Matlab», Εκδόσεις Σύγχρονη Εκδοτική, 2008.
- Παπαδημητρίου Ρ., Τζάννες Ν.Σ., «Ανάλυση Σημάτων – Συνοπτική Θεωρία και Ασκήσεις», Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 1982.
- Παρασκευάς Μ., «Σήματα και Συστήματα με Matlab, Συνεχούς και Διακριτού Χρόνου», Εκδόσεις Τζιόλα, 2018.
- Σκόδρας Α., Αναστασόπουλος Β., «Σήματα και Επεξεργασία Εικόνας», Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2003.
- Τζάννες Ν.Σ., Πανάς Σ., «Θεωρία Σημάτων», Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 1987.
- Υφαντής Α., Γεωργίου Γ., «Ανάλυση σημάτων – Τόμος Α’», Εκδόσεις ΙΩΝ, 2002.
- Χατζίκος Ε., «MATLAB για Επιστήμονες και Μηχανικούς», 7η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2010.
Θεωρία
- Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς, Καθηγητής, email: mparask [at] go.uop.gr
Εργαστήριο
- Μιχάλης Νάνος, MSc, Μαθηματικός και Μηχανικός HY & Πληροφορικής, email: m.nanos@go.uop.gr
- Νίκος Σπατιώτης, MSc, Μηχανικός Πληροφορικής, υποψήφιος διδάκτορας, email: n.spatiotis@go.uop.gr
Για την επικοινωνία με τους διδάσκοντες χρησιμοποιήστε την επιλογή "Μηνύματα".
Σκοποί της Θεωρίας Σημάτων, Κατηγορίες Σημάτων, Χαρακτηριστικές Παράμετροι Σημάτων, Κατάταξη σημάτων ως προς την ενέργεια και την ισχύ, Απλές Πράξεις Σημάτων Συνεχούς Χρόνου, Ιδιότητες Σημάτων Συνεχούς Χρόνου.
Μοναδιαία Βηματική Συνάρτηση, Κρουστική Συνάρτηση ή Συνάρτηση Δέλτα, Συνάρτηση Μοναδιαίας Κλίσης (Ράμπα), Εκθετικά Σήματα, Ημιτονοειδή Σήματα, Τετραγωνικός Παλμός, Τριγωνικός Παλμός, Συνάρτηση Δειγματοληψίας, Τραίνο κρουστικών συναρτήσεων (σήμα Comb).
Ορισμός και Κατηγορίες Συστημάτων, Συνδέσεις Συστημάτων, Είδη Συστημάτων.
Σχέση Εισόδου – Εξόδου Συστήματος Συνεχούς Χρόνου, Η Κρουστική Απόκριση Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων, Το Ολοκλήρωμα της Συνέλιξης σε Γραμμικά και Χρονικά Αμετάβλητα Συστήματα, Ιδιότητες της Συνέλιξης.
Γραφικός Υπολογισμός, Αναλυτικός Υπολογισμός του συνελικτικού ολοκληρώματος.
Ανάπτυγμα σήματος σε Σειρές Fourier, Κανονικοποιημένη Ισχύς Αναπτύγματος Fourier, Θεώρημα Parceval για περιοδικές συναρτήσεις.
Ορισμός του Μετασχηματισμού Fourier, Φυσική Σημασία του Μετασχηματισμού Fourier, Συνθήκες Ύπαρξης του Μετασχηματισμού Fourier.
Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier, Θεώρημα Parceval, Φαινόμενο Gibbs.
Μετασχηματισμός Fourier Σημάτων Ισχύος, Σχέση Σειράς Fourier και Μετασχηματισμού Fourier, Μελέτη Γραμμικών και Χρονικά Αμετάβλητων Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier.
Ιδανικά Γραμμικά Φίλτρα, Χαρακτηριστικές ιδιότητες ιδανικών φίλτρων, Συνθήκη αιτιότητας (Paley – Wiener), Εύρος Ζώνης Φίλτρων, Πρακτικά Φίλτρα.
Μαθηματικός ορισμός μετασχηματισμού Laplace, Η περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace, Χρήσιμα ζεύγη μετασχηματισμών Laplace, Πόλοι και μηδενικά του μετασχηματισμού Laplace.
Ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, Θεωρήματα συνέλιξης στο χρόνο και τη συχνότητα, Θεώρημα αρχικής και τελικής τιμής, Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Laplace.
Επίλυση Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων με τον Μετασχηματισμό Laplace, Συνάρτηση Μεταφοράς Συστήματος.