Methoden der digitalen Signalverarbeitung - Mit interaktivem Lernprogramm und LabView-Experimenten

Vernetztes Lernen für optimalen Studienerfolg: Das neue Lehrbuch ist eine umfassende Einführung in die digitale Signalverarbeitung für für Studentinnen und Studenten der Ingenieur- und Naturwissenschaften. Es enthält eine Vielzahl von grafischen Darstellungen zur Visualisierung von abstrakten Inhalten und stellt eine enge Verknüpfung von Mathematik und praktischen Anwendungen her. Ein Lernprogramm auf der Basis von interaktiven PDFs stellt eine zusätzliche Möglichkeit zur Vernetzung der Lehrinhalte dar. Mit den darin beschriebenen LabView-Experimenten können eigenständige Versuche mit einer grafischen Benutzeroberfläche durchgeführt werdenIn den ersten Kapiteln werden die fürs Verständnis erforderlichen mathematischen Werkzeuge wiederholt. Nach der Vorstellung der unterschiedlichen Signalarten, wie etwa stationäre, kontinuierliche und diskrete Signale, werden in den folgenden Kapiteln die Methoden der Signalverarbeitung und der Nutzen der verschiedenen Transformationen (Laplace, Fourier, Hilbert) behandelt.Die Verbindung zwischen analogen und digitalen Signalen stellt das Kapitel über die Signalabtastung und -rekonstruktion und die dadurch verursachten zusätzlichen Eigenschaften der Abtastwerte her. Die folgenden Kapitel geben eine Einführung in die Grundlagen der Systemtheorie und der Verarbeitung nichtstationärer und zweidimensionaler Signale.Die in einer Wertefolge enthaltene Information ist nur dann nutzbar, wenn über das zu untersuchende Objekt Vorkenntnisse vorliegen. Diese basieren auf naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten oder Signalstrukturen, welche von Experten als kennzeichnend für den Zustand oder die Eigenschaften eines Objekts erklärt wurden. Im letzten Kapitel werden einige in verschiedenen Fachgebieten angewendeten Signalmodelle vorgestellt, darunter die Modalanalyse, Untersuchung viskoelastischer Werkstoffe, Impedanz-Spektroskopie, inverse Filterung und die Untersuchung hysteresebehafteter Systeme. Diese Anwendungen lassen sich in LabView-Experimenten nachvollziehen.

Inhaltsverzeichnis

MATHEMATISCHES WERKZEUGKomplexe ZahlenTransformation von FunktionsvariablenGerade und ungerade FunktionenLineare DifferenzialgleichungenMathematische Anpassung von Funktionen an Messdaten FUNKTIONENPeriodische FunktionenPulsförmige FunktionenUnstetige FunktionenPolynomeLogarithmusArcustangens-FunktionDebye-FunktionKomplexe ExponenzialfunktionChirp-FunktionenSIGNALE Informationsgehalt von SignalenDeterminierte SignaleTransiente SignaleRauschsignaleStationäre SignaleNichtstationäre SignaleKausale SignaleKontinuierliche und diskrete SignaleEnergiesignaleLeistungssignaleOrtsabhängige SignaleKomplexwertige SignaleTestsignaleSTOCHASTISCHE ANALYSEZufallsprozesseErwartungswerte von ZufallsprozessenHistogrammWahrscheinlichkeitsdichte-FunktionZweidimensionale ZufallsprozesseFALTUNG FaltungsintegralEigenschaften der FaltungFaltungssummeZyklische FaltungSegmentierte Faltung2D-FaltungKORRELATIONKreuzkorrelationsfunktion (KKF)Eigenschaften der Kreuzkorrelations-FunktionAutokorrelationsfunktion (AKF)Eigenschaften der Autokorrelationsfunktion2D-KorrelationZyklische KorrelationZyklische 2D-KorrelationFOURIER-TRANSFORMATION Fourier-ReihenFourier-IntegralFourier-SpektrumInverse Fourier-TransformationFourier-PaareEigenschaften der Fourier-TransformationABTASTUNG UND REKONSTRUKTIONAmplituden-QuantisierungQuantisierung im ZeitbereichBegrenzung der MessdauerRekonstruktion des AnalogsignalsDISKRETE FOURIER-TRANSFORMATIONQuantisierung im SpektralbereDFT-Summe Berechnung der DFT-Summe Zyklisches DFT-SpektrumLeckeffektFensterfunktionenInverse diskrete Fouriertransformation (IDFT)Simultane FFT zweier AbtastfolgenFourier-DeskriptorenSpektralanalyse von RauschsignalenDiskrete Fourier-SpektrenZyklische Faltung mit der FFTZweikanalanalyseCepstrumanalyseHILBERT-TRANSFORMATIONHilbert-PaareKramers-Kronig-RelationEigenschaften der Hilbert-TransformationAnalytische SignaleDiskrete Hilbert-TransformationLAPLACE-TRANSFORMATIONLaplace-IntegralKorrespondenzen der Laplace-TransformationEigenschaften der Laplace-TransformationLösung von Differenzialgleichungen im BildbereichSYSTEME Lineare zeitinvariante SystemeReale SystemeKausale SystemeSystemfunktionenZusammenhang zwischen den SystemfunktionenKenngrößen von SystemfunktionenZusammenschaltung von SystemenMechanische ModellsystemeElektrische ModellsystemeTotzeit-SystemANALYSE NICHTSTATIONÄRER SIGNALEAufteilung nichtstationärer Signale in TeilsequenzenKurzzeit-Fourier-TransformationDiskrete Kurzzeit-Fourier-TransformationWavelet-Transformation2D-FOURIER-TRANSFORMATION2D-Fourier-IntegralEigenschaften der 2D-Fourier-TransformationKorrespondenzen der 2D-Fourier-Transformation2D-DFTANWENDUNGENInterpolation und DezimierungModalanalyseRelaxationsprozesseViskoelastische WerkstoffeImpedanz-SpektroskopieAnalyse von OberflächenprofilenInverse FilterungModellbildung von Oberflächenwellen-FilternPreisach-Modell

Über den Autor / die Autorin

Norbert Stockhausen ist emeritierter Professor der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik an der Hochschule München. Er studierte Physik an der TU München. Nach dem Diplom arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU München auf dem Forschungsgebiet "Phasenübergänge in Nanoporen". Nach der Promotion arbeitete er an einem Forschungsinstitut der Druckindustrie (FOGRA) an den Themen Papier-Rheologie und Color-Management. Von 1990 bis 2010 war er Professor an der Hochschule München und entwickelte in dieser Zeit ein interaktives Lernprogramm im Zusammenhang mit der Vorlesung "Digitale Signalverarbeitung".

Zusammenfassung

Vernetztes Lernen für optimalen Studienerfolg: Das neue Lehrbuch ist eine umfassende Einführung in die digitale Signalverarbeitung für für Studentinnen und Studenten der Ingenieur- und Naturwissenschaften. Es enthält eine Vielzahl von grafischen Darstellungen zur Visualisierung von abstrakten Inhalten und stellt eine enge Verknüpfung von Mathematik und praktischen Anwendungen her. Ein Lernprogramm auf der Basis von interaktiven PDFs stellt eine zusätzliche Möglichkeit zur Vernetzung der Lehrinhalte dar. Mit den darin beschriebenen LabView-Experimenten können eigenständige Versuche mit einer grafischen Benutzeroberfläche durchgeführt werden
In den ersten Kapiteln werden die fürs Verständnis erforderlichen mathematischen Werkzeuge wiederholt. Nach der Vorstellung der unterschiedlichen Signalarten, wie etwa stationäre, kontinuierliche und diskrete Signale, werden in den folgenden Kapiteln die Methoden der Signalverarbeitung und der Nutzen der verschiedenen Transformationen (Laplace, Fourier, Hilbert) behandelt.
Die Verbindung zwischen analogen und digitalen Signalen stellt das Kapitel über die Signalabtastung und -rekonstruktion und die dadurch verursachten zusätzlichen Eigenschaften der Abtastwerte her. Die folgenden Kapitel geben eine Einführung in die Grundlagen der Systemtheorie und der Verarbeitung nichtstationärer und zweidimensionaler Signale.
Die in einer Wertefolge enthaltene Information ist nur dann nutzbar, wenn über das zu untersuchende Objekt Vorkenntnisse vorliegen. Diese basieren auf naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten oder Signalstrukturen, welche von Experten als kennzeichnend für den Zustand oder die Eigenschaften eines Objekts erklärt wurden. Im letzten Kapitel werden einige in verschiedenen Fachgebieten angewendeten Signalmodelle vorgestellt, darunter die Modalanalyse, Untersuchung viskoelastischer Werkstoffe, Impedanz-Spektroskopie, inverse Filterung und die Untersuchung hysteresebehafteter Systeme. Diese Anwendungen lassen sich in LabView-Experimenten nachvollziehen.

Bericht

"Eine leicht verständliche Einführung in die digitale Signalverarbeitung?"Markt & Technik (17.11.2017)"Das Lehrbuch von Herrn Stockhausen ist sehr ansprechend, anschaulich sowie motivierend gestaltet. Es beleuchtet viele interessante Aspekte der Signalverarbeitung, sodass ich es nicht nur meinen Studierenden im Modul "Signalverarbeitung", sondern auch im Modul "Medizinelektronik - med. Signalverarbeitung" als ergänzendes Werk empfehle. Es richtet sich etwas mehr an Einsteiger auf dem Gebiet der Signalverarbeitung.Inhaltlich deckt es sich nur teilweise mit meinen Lehrveranstaltungen aus anderen Fakultäten, die im Masterstudium evtl. noch einen gewissen Nachholbedarf bei grundlegenden Themen der Signalverarbeitung haben, kann es sehr hilfreich sein."Prof. Dr.-Ing. Reinhold Orglmeister, TU Berlin (August 2017)

Produktdetails

• Autoren: Norbert Stockhausen
• Verlag: Wiley-VCH
• Sprache: Deutsch
• Produktform: Fester Einband
• Erschienen: 09.11.2016
• EAN: 9783527413607
• ISBN: 978-3-527-41360-7
• Seiten: 656
• Abmessung: 177 mm x 252 mm x 36 mm
• Gewicht: 1513 g
• Illustration: 452 Farbabb.
• Themen: Naturwissenschaften, Medizin, Informatik, Technik > Technik > Elektronik, Elektrotechnik, Nachrichtentechnik; Physik, Informatik, Elektrizitätslehre, informationstechnologie, Signalverarbeitung, Digitale Signalverarbeitung (DSP), digitale Signalverarbeitung, Elektrotechnik u. Elektronik