实时信号处理：系统设计与关键技术详解

实时信号处理是一门深入探讨信号采集、处理、分析以及实时应用的课程，它在信息技术领域占据着重要地位。该课程由苏涛博士、教授主讲，他的研究方向包括快速算法研究和高速实时信号处理系统的深入探索，尤其关注并行实时信号处理机设计、信号处理软件包和算法库的构建，以及数字信号处理器(DSP)和大规模可编程器件(FPGA/EPLD)的应用。 课程内容广泛，首先介绍了实时信号处理的概览，包括信号处理的发展历程，将其分类为离线和在线处理，以及高速信号处理在现代通信、雷达、图像和语音处理等领域的实际需求。讲解了当前信号处理的现状，强调了实时处理对于实时性和准确性的高要求。 第二章探讨了实时信号处理的设计流程，着重于算法的仿真，特别是通过MATLAB进行DSP软件设计，利用其集成设计环境简化设计过程。此外，课程还涵盖了基本原理和算法，如采样定理、正交插值-数字正交采样、谱分析和快速傅立叶变换(FFT)，以及数字滤波器设计、卷积和自适应信号处理等核心概念。 数字前端和后端设计章节涵盖了射频收发子系统、中频设计、模数/数字转换器，以及预处理等关键环节。处理单元的实现方法部分对比了不同类型的DSP，并介绍了并行处理器在系统设计中的运用，以及如何通过FPGA/CPLD实现滤波器和FFT等。 多处理器系统设计涉及系统拓扑选择、性能评估和开发难度，同时讨论了数据存储和通信技术，如DMA、存储器类型、总线标准以及高速数据传输技术。硬件设计部分深入解析高速电路设计的挑战、电磁兼容性和信号完整性，以及软硬件协同设计的重要性。 软件工程部分强调了系统软件化、开发手段演进，以及DSP程序设计优化和操作系统的选择。系统设计的考虑则涵盖了多个维度，如效率、成本、兼容性、功耗、抗干扰和可靠性等，以及优化改进策略和项目管理。 最后两章分别探讨了通用信号处理机的应用实例和系统设计案例，如滤波器设计、电力信号监测设备、图像处理和空时二维雷达自适应信号处理，以实践性的方式展示了实时信号处理的全面应用。 这门课程的目标是提供一套完整的方法论和技术支持，帮助学生理解和掌握实时信号处理的关键技术，为他们在实际工作中设计和实现高效、稳定的信号处理系统奠定基础。课程内容紧密围绕实际工程应用，注重理论与实践的结合，为学生在DSP和FPGA等硬件平台上的工作提供了坚实的理论基础。参考书目中的专业书籍为学习者提供了更深入的理论指导和实践经验。