Digitale Signalverarbeitung
Helmut Roderer und Alfred Pecher
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Helmut Roderer, Alfred Pecher, Digitale Signalverarbeitung (2010), Vogel Communications Group, Würzburg, ISBN: 9783834360939
1842
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Beschreibung / Abstract
Im heutigen Informationszeitalter wächst der Anspruch, einen möglichst einfachen Zugang zu den mathematisch geprägten Themenkreisen der Signal- und Systemtheorie zu finden, ohne die Leistungsfähigkeit und die Möglichkeiten der Verfahren in ihrem vollen Umfang zu begrenzen. In knapper, modularer Form und mit wissenschaftlicher Präzision beschreiben die Autoren moderne Verfahren der Signal- und Systemtheorie. Dem Buch beigelegte interaktive Programme machen die teilweise schwierigen mathematischen Zusammenhänge nachvollziehbar und regen zu eigenen Versuchen mit unterschiedlichen Parametervariationen an.
Beschreibung
Helmut Roderer wurde 1936 in Würzburg geboren. Nach dem Studium an der Technischen Universität Darmstadt arbeitete er bei der Bölkow GmbH in München und bei der Dornier AG in Friedrichshafen im Bereich der Regelungstechnik und der Systemsimulation, größtenteils in leitender Funktion. Im Jahre 1972 wurde er als Professor für den Fachbereich Elektrotechnik an die Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt berufen, der er von 1980 beginnend bis zu seiner Emeritierung als Dekan für den Fachbereich Elektrotechnik vorstand. Sein Lehrgebiet an der Fachhochschule umfasste die digitale Signal Verarbeitung und die Prozessdatenverarbeitung. Während der Hochschultätigkeit wurden zahlreiche Projekte mit der Industrie auf diesem Arbeitsgebiet durchgeführt.
Alfred Pecher, Jahrgang 1964, studierte Elektrotechnik an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt und an der Universität Erlangen und promovierte an der Technischen Universität Ilmenau im Bereich der digitalen Signalverarbeitung. Zur Zeit arbeitet er bei der Schaeffler Gruppe als Leiter Versuch Kompetenzzentrum Akustik. Neben einer mehrjährigen Vorlesungstätigkeit an der Technischen Universität Ilmenau auf dem Gebiet der digitalen Signal Verarbeitung hält er seit 1998 Vorlesungen zum gleichen Themengebiet an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt. Alfred Pecher wurde im Jahre 2003 als Hauptpreisträger des Innovation Awards der FAG Kugelfischer Stiftung im Sektor Product Innovation zu einem Thema der digitalen Signalverarbeitung ausgezeichnet.
Alfred Pecher, Jahrgang 1964, studierte Elektrotechnik an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt und an der Universität Erlangen und promovierte an der Technischen Universität Ilmenau im Bereich der digitalen Signalverarbeitung. Zur Zeit arbeitet er bei der Schaeffler Gruppe als Leiter Versuch Kompetenzzentrum Akustik. Neben einer mehrjährigen Vorlesungstätigkeit an der Technischen Universität Ilmenau auf dem Gebiet der digitalen Signal Verarbeitung hält er seit 1998 Vorlesungen zum gleichen Themengebiet an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt. Alfred Pecher wurde im Jahre 2003 als Hauptpreisträger des Innovation Awards der FAG Kugelfischer Stiftung im Sektor Product Innovation zu einem Thema der digitalen Signalverarbeitung ausgezeichnet.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Titel
- Copyright
- Vorwort
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Signale
- 1.1 Einführung
- 1.2 Klassifizierung von Signalen
- 1.3 Grundoperationen an Signalen
- 1.4 Zeitdiskrete determinierte Signale
- 1.5 Stochastische zeitdiskrete Signale
- 1.6 Physikalische Darstellung eines zeitdiskreten Signals
- 1.7 Verarbeitung von Zeitreihen
- 1.8 Faltung
- 1.9 Laplace- und Z-Transformation
- 2 Fouriertransformation
- 2.1 Rechenregeln der Fouriertransformation
- 2.2 Wichtige Fouriertransformationspaare
- 2.3 Fouriertransformierte kausaler Signale
- 2.4 Diskrete Fouriertransformation
- 2.5 Ermittlung der Fouriertransformierten
- 2.6 Fourierreihen
- 2.7 Die Beziehung der Fouriertransformation zurLaplacetransformation
- 2.8 Parsevalsche Theoreme
- 2.9 Leckeffekt bei der DFT
- 2.10 Nichtstation¨are Signale
- 2.11 Aufgaben
- 3 Approximation von Signalen
- 3.1 Einführung
- 3.2 Herleitung der Least-Square-Methode
- 3.3 Approximation und Interpolation
- 3.4 Anwendungsbeispiele
- 3.5 Approximation mit orthogonalen Signalen
- 4 Systeme
- 4.1 Systembeschreibung
- 4.2 Aufteilung und Zusammenfassung
- 4.3 Klassifizierung von Systemen
- 4.4 Systemsimulation
- 4.5 Mathematische Systembeschreibung
- 4.6 Systembeschreibung mit Testsignalen
- 4.7 Verknüpfung von LTI-Systemen
- 5 Differenzengleichungssysteme
- 5.1 Gewichtsfunktion und Sprungantwort
- 5.2 Z-Übertragungsfunktion
- 5.3 Frequenzgang
- 5.4 Übertragungsstabilit¨at
- 5.5 Typen zeitdiskreter Systeme
- 5.6 Aufgaben
- 6 Differentialgleichungssysteme
- 6.1 Einführung
- 6.2 Untersuchung von Systemen im Zeitbereich
- 6.3 Anwendung der Laplacetransformation
- 6.4 Frequenzgang
- 6.5 Sprungantwort
- 6.6 Übertragungsstabilität
- 6.7 Numerische Berechnung der Systemantwort auf beliebige Eingangssignale
- 6.8 Aufgaben
- 7 Anregungsinvariante Approximation
- 7.1 Lösungsansatz
- 7.2 Übertragungsfunktion der sprunginvarianten Approximation
- 7.3 Numerische Berechnung der sprunginvarianten Approximation
- 7.4 Aufgaben
- 8 Zustandsdarstellung von Systemen
- 8.1 Darstellung für zeitkontinuierliche Systeme
- 8.2 Zustandsdarstellung zeitdiskreter Systeme
- 8.3 Diskretisierung der Zustandsdarstellung zeitkontinuierlicher Systeme
- 8.4 Matlab-Funktionen
- 8.5 Verknüpfung von Systemen
- 8.6 Aufgaben
- 9 Abtastung und Rekonstruktion vonSignalen
- 9.1 Abtastung
- 9.2 Rekonstruktion
- 9.3 Pulsamplitudenmodulation
- 9.4 Aufgaben
- 10 Spezielle zeitdiskrete Systeme
- 10.1 Phasenlineare Systeme
- 10.2 Reverse FIR-Systeme
- 10.3 Allpässe und Minimalphasensysteme
- 10.4 Filter
- 10.5 Online-Integration von Signalen
- 10.6 Differentiationsalgorithmen
- 10.7 Signalinterpolatoren
- 10.8 Algorithmen zur Signalglättung
- 10.9 Algorithmen zur Hilberttransformation
- 10.10 Goertzel-Algorithmus
- 10.11 Zufallszahlengeneratoren
- 11 Einstellen von Systemen in endlicher Zeit
- 11.1 Einstellen von zeitdiskreten Systemen in endlicher Zeit
- 11.2 Einstellen von zeitkontinuierlichen Systemen in kürzester Zeit
- 11.3 Aufgaben
- 12 Systemidentifikation
- 12.1 Schätzung von z-Übertragungsfunktionen
- 12.2 Frequenzanalyse bei Mehrtonsignalen
- 12.3 Rekursive Systemidentifikation
- 13 Korrelationsfunktionen und spektrale Leistungsdichte
- 13.1 Korrelationskoeffizient
- 13.2 Korrelationsfunktionen
- 13.3 Spektrale Leistungsdichte
- 13.4 Spektrale Kreuzleistungsdichte
- 13.6 Weißes und farbiges Rauschen
- 13.7 Aufgaben
- 14 Systemsimulation mit Simulink
- 14.1 Einführung
- 14.2 Simulation zeitdiskreter Systeme
- 14.3 Simulation zeitkontinuierlicher Systeme
- 15 Digitale Regelung
- 15.1 Vorbemerkung
- 15.2 Einführung in die Regelungsaufgabe
- 15.3 Grundzüge der digitalen Regelung
- 15.4 Kompensationsregler
- 15.5 Regelung mit endlicher Einstellzeit
- 15.6 Zweipunktregelung
- 15.7 Zeitoptimale Regelung von Strecken
- 15.8 Wurzelortskurve
- 15.9 Aufgaben
- 16 Ermittlung von Signalparametern aus Messwerten
- 16.1 Minimierung von Funktionen
- 16.2 Ermittlung von Signalparametern
- 17 Anhang 1: Darstellungen von Differenzengleichungssystemen
- 17.1 Kanonische Darstellungen
- 17.2 Parallelform
- 18 Anhang 2: Berechnung der Systemantwort mit der Gewichtsfunktion
- 19 Anhang 3: Fensterfunktionen
- 19.1 Einführung
- 19.2 Einige Fensterfunktionen
- 19.3 Blackman-Fenster
- 19.4 Dolph-Tschebycheff-Fenster
- 19.5 Kaiser-Fenster
- 20 Anhang 4: Transformation von Übertragungsfunktionen
- 20.1 Vereinbarungen
- 20.2 Transformation der Übertragungsfunktionen
- 20.3 Wichtige Transformationen
- 21 Anhang 5: Entwurf zeitkontinuierlicher Filter
- 21.1 Festlegung des Toleranzschemas
- 21.2 Transformation von Übertragungsfunktionen
- 21.3 Ermittlung des Toleranzschemas des Normtiefpasses
- 21.4 Entwurf zeitkontinuierlicher Normtiefpässe
- 21.5 Transformation des Normtiefpasses in das gewünschte Filter
- 22 Anhang 6: Bilineare Transformation
- 22.1 Definition der bilinearen Transformation
- 22.2 Eigenschaften der bilinearen Transformation
- 22.4 Numerische Ausführung der bilinearen Transformation
- 22.5 Transformationsmatrizen
- 22.6 Inversion der bilinearen Transformation
- 22.7 Beispiel
- 23 Anhang 7: Der FFT-Algorithmus
- 24 Anhang 8: Herleitung der Spline-Interpolation
- 25 Anhang 9: Matrizen
- 25.1 Definition der Matrix
- 25.2 Rechenregeln
- 25.3 Transposition einer Matrix
- 25.4 Determinante einer Matrix
- 25.5 Rang einer Matrix
- 25.6 Inverse einer quadratischen Matrix
- 25.7 Normen von Vektoren und quadratischen Matrizen
- 25.8 Differentiation nach Vektoren
- 25.9 Matrizenpolynome
- 25.10 Eigenwerte und Eigenvektoren
- 25.11 Spezielle Matrizen
- 26 Literaturverzeichnis
- Stichwortverzeichnis