38949

Методические погрешности анализа спектра с использованием процедуры ДПФ. Растекание спектра (эффект Гиббса - leakige). Слияние отсчетов спектра

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Методические погрешности анализа спектра с использованием процедуры ДПФ. Растекание спектра эффект Гиббса lekige. Слияние отсчетов спектра.Эффект появления ложных спектральных составляющих При расчете параметров процедуры ДПФ выбирают некоторую граничную частоту fg из логарифмического уравнения и находят интервал дискретизации t как: t = 1 2 fg 1.

Русский

2013-09-30

20.21 KB

22 чел.

МССМОЭС

4. Методические погрешности анализа спектра с использованием процедуры ДПФ. Растекание спектра (эффект Гиббса - leakige). Слияние отсчетов спектра. (Турнин)

 Невыполнение условия Котельникова t  = 1/(2 · f0max) является принципиальным обстоятельством, определяющим наличие методической погрешности при реализации ДПФ.

1.Эффект появления ложных спектральных составляющих

При расчете параметров процедуры ДПФ выбирают некоторую граничную частоту fg (из логарифмического уравнения) и находят интервал дискретизации t  как:

 t  = 1/(2 · fg) (1.9)

Вследствие нарушения условия Котельникова происходит наложение отсчетов спектра, соответствующих соседним периодам (см. рис. 1.4.), что приводит к искажению результирующего спектра. Рассмотренное явление получило название: «эффект появления ложных спектральных составляющих» (в англоязычной литературе – aliasing).

При этом отношение:

 Kal = S(fg)/S(0), (1.10)

где /S(fg)/ – значение амплитудного спектра на граничной частоте fg, /S(0)/значение амплитудного спектра на нулевой частоте (при равенстве нулю этого значения – значение ближайшей ненулевой по амплитуде гармоники) называется «коэффициент aliasing» и характеризует величину возникающей погрешности.

Kal=0,01 – прикидочный расчет

Kal=0,001 – средняя важность

Kal=0,0001 – существенный

2 Leakige (эффект “растекания” спектра) – эффект Гиббса

Причина: ограничение бесконечного сигнала интервалом ограничения Т.

Для апериодических сигналов рекомендуется интервал T ограничения выбирать из соотношений (но не менее T%):

T  6·эф,  (1.13)  T  3·эф,  (1.14)

где эф эффективная длительность сигнала. При этом выражение (1.13) используется для сигналов, заданных на временном интервале (-∞,+∞), выражение (1.14) – для заданных на [0,+∞).

При ограничении бесконечного по длительности апериодического сигнала конечным интервалом T на его краях появляются разрывы значения. Это приводит к искажению результата ДПФ: уменьшению величины отсчетов в низкочастотной области спектра и появлению паразитных отсчетов (пульсаций) в высокочастотной области (рис. 1.5) , соответствует сигналу и спектру до ограничения, рис. 1.6 — после. Указанное явление называется «эффект растекания» (в англоязычной литературе – leakige) или – эффект Гиббса /1,3/. 

Для уменьшения погрешность вследствие влияния эффекта Гиббса необходимо применять специальный метод сглаживания возникающих разрывов значения сигнала: умножение исходного сигнала g(t) на некоторую функцию – "окно" W(t):

 gw(t) = W(t) · g(t),  (1.15)

где gw(t) – сглаженный сигнал, не имеющий разрывов на краях интервала ограничения.

Функция – "окно" представляет собой гладкую функцию, значения которой в середине интервала задания близки к единице, а на краях интервала плавно уменьшаются до нуля.

Известно несколько различных по эффективности "окон" /3/, однако чаще всего используются "окно" Тьюки, которое на первых и последних 10% своей длины является отрезком синусоиды, а на остальных – равно единице (f2 на рис. 1.10) /4/ и функция Ханна, составленная из восходящего и нисходящего полупериода синусоиды. Функция Ханна эффективнее "окна" Тьюки по устранению паразитных пульсаций в высокочастотной части результирующего спектра, однако вносит дополнительные искажения в низкочастотной области /1/.

3 Эффект частокола (picket-fence effect)

Предварительное значение T% интервала ограничения сигнала определяется по выражению, следующему из (1.4):

 T% = 1/f,  (1.12)

где f интервал дискретизации получаемого спектра, фактически определяющий разрешение в области частот. Как правило, требуемое разрешение f задается исходя из условий конкретной проектной процедуры.

Выражение (1.12) определяет минимальную величину интервала ограничения; при выборе меньшего значения часть искомых гармоник в спектре сигнала будет потеряна при выполнении ДПФ (проявится так называемый «эффект частокола», в англоязычной литературе – picket-fence-effect).

4 Эффект слияния (unite)

Для одиночного импульса g(t) длительностью и, заданного на интервале [t1,t2], интервал ограничения T выбирается в зависимости от наличия разрывов значения в краевых точках t1 и t2 интервала ограничения (но не менее чем T%). В частности, при отсутствии разрыва значения хотя бы в одной краевой точке и выполнении соотношения:

 g(t1g(t2) = 0,  (1.17)

интервал ограничения выбирается равным длительности импульса:

 T = и .  (1.18)

В обратной ситуации, при g(t1g(t2) ≠ 0 выбирается

 T > и ;               T = и + и/2  (1.19)

Нарушение этого соотношения приведет к ошибке ДПФ, так называемому «эффекту слияния». В этом случае сигнал будет обрабатываться как периодический объект с периодом T = и (в соответствии с явлением периодичности) и разрывами на краях периода, отличными от исходных.

Для уменьшения ошибки, определяемой эффектом слияния, исходный массив дискретизированного сигнала, соответствующий интервалу и преобразуют в массив по соотношению (1.19) :

- первая часть массива, соответствующая интервалу и содержит отсчеты исходного сигнала;

- вторая часть массива, соответствующая и/2 (или и/4) заполняется нулевыми отсчетами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24253. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В СФЕРЕ ПР 75.5 KB
  ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В СФЕРЕ ПР. не совсем то но похожее Право как регулятор СОдеятельности. Специалистам в области ПР приходиться действовать во все более сложном правовом климате. Эта озабоченность вызвала появление новых законов и правовых норм.
24254. Потребности и их классификация. Процесс конкретизации потребности 49 KB
  Потребности и их классификация. Процесс конкретизации потребности. Потребности Согласно концепции маркетинга предпринимательская деятельность существует для удовлетворения нужд потребителя. Маслоу делил потребности по последовательности их удовлетворения когда потребности высшего уровня появляются после удовлетворения потребностей уровнем ниже.
24255. Роль связей с общественностью . Определения. Функции PR в обществе и организации 38 KB
  Роль связей с общественностью . 3е издание международного Вебстерского толкового словаря: PR как наука и искусство налаживания взаимного понимания и доброжелательности между личностью фирмой или учреждением и общественностью.Брум предложили следующее определение: PR это функция управления способствующая налаживанию или поддержанию взаимовыгодных связей между организацией и общественностью от которой зависит ее успех или неудача. В основном они сосредоточены на отдельном признаке или направлении деятельности специалистов в области...
24256. Этапы становления и развития PR в России и мире 27.5 KB
  мнение убежде агитация. мнение. книга Кристаллизуя общественное мнение. Задача ПР помочь ориентироваться в обве получать правдивую инфцию и формировать собственное мнение.
24257. Особенности использования Интернет-технологий в PR 40.5 KB
  Особенности использования Интернеттехнологий в PR Первая сеть компьютеров возникла в США в начале 60х годов ХХ столетия. Этот событие принято называть днем рождения Интернет. Эту сеть стали называть глобальной сетью Интернет. Чтобы Интернет постоянно и надежно работала ее основу составляют специальные компьютерные комплексы провайдеры.
24258. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧАЩИХСЯ ГИМНАЗИИ НА УРОКАХ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ 31.12 KB
  В Концепции модернизации казахстанского образования ставится задача по формированию «целостной системы универсальных знаний, умений, навыков, а также опыта самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевых компетенций, определяющих современное качество содержания образования».
24259. PR как профессия. Профессиональные коммуникации 35.5 KB
  При подготовке этих заявлений ПРспециалисты сами часто активно участвуют как в их разработке так и в оглашении политики компании. ПРотдел разрабатывает и публикует в средствах информации сведения о деятельности компании отвечает на вопросы журналистов готовит и размещает рекламные материалы о корпорации в целом институциональная реклама и ее отдельных подразделениях. ПРотдел поддерживает постоянные связи с государственными учреждениями местного и республиканского уровня; непосредственно участвует в разработке программ направленных на...
24260. Познание музыки как педагогическая проблема 46.17 KB
  То, что музыкальное искусство является искусством «интонируемого смысла» принимается на сегодняшний день всеми. Интонация - специфическая черта музыки, в то же время она связывает ее с другими видами искусства. Освоение учителями интонационных особенностей того или иного вида искусства позволило вести разговор с детьми языком самого искусства.