75616

ПРИМЕНЕНИЕ ЦОС ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРОТКИХ СИГНАЛОВ. ОКОННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В том случае если анализируется одночастотный сигнал и он занимает все временное окно массив частотного спектра содержит только один ненулевой элемент номер которого равен количеству периодов сигнала во временном окне. Если же сигнал занимает не все временное окно а его часть то частотный спектр будет растекаться т. Для упрощения записи формулы приводятся в аналитической а не в дискретной форме с временным окном...

Русский

2015-01-15

233.5 KB

4 чел.

ОС. Лекция 10

ПРИМЕНЕНИЕ ЦОС ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРОТКИХ СИГНАЛОВ. ОКОННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ

Информативным параметром сигнала часто является частота. Для ее определения обычно используется быстое преобразование Фурье (БПФ). В том случае, если анализируется одночастотный сигнал и он занимает все временное окно, массив частотного спектра содержит только один ненулевой элемент, номер которого равен количеству периодов сигнала во временном окне (рис. 1).

                         А                                                              Б

                                                              

Рис. 1

Если же сигнал занимает не все временное окно, а его часть, то частотный спектр будет «растекаться», т.е. будет занимать несколько частотных линий (рис. 2).

            А                                                                  Б

                                                      

Рис. 2

Кроме того, в частотном спектре появляются т.н. боковые лепестки. Этот эффект называют эффектом Гиббса. Количество боковых лепестков видно на рис. 3, на котором амплитуда частотной составляющей представлена в логарифмическом масштабе. Количество периодов сигнала здесь равно 50. Для подавления боковых лепестков в частотном спектре применяется оконная  фильтрация.

                            Рис. 3

В настоящее время известны десятки различных по эффективности весовых функций. В идеальном случае хотелось бы иметь весовую свертывающую функцию с минимальной амплитудой осцилляций, высокую и узкую в главном максимуме.

В таблицах 1 и 2 приведены формулы и основные спектральные характеристики наиболее распространенных и часто используемых весовых окон. Носители весовых функций, в принципе, являются неограниченными и при использовании в качестве весовых окон действуют только в пределах окна и обнуляются за его пределами, что выполняется без дальнейших пояснений. Для упрощения записи формулы приводятся в аналитической, а не в дискретной форме, с временным окном 2t, симметричным относительно нуля (т.е. 0t). При переходе к дискретной форме окно 2t заменяется окном 2N+1 (полное количество точек дискретизации выделяемой сигнальной функции), а значения t - номерами отсчетов n (t = ntt). Следует заметить, что большинство весовых функций на границах окна (n = N) принимают нулевые или близкие к нулевым значения, т.е. фактическое окно усечения данных занижается на 2 точки. Последнее исключается, если принять 2t= (2N+3) tt.

Таблица 3.2.1.

Основные весовые функции

Временное окно

Весовая функция

Фурье-образ

Естественное (П)

П(t) = 1, |t|t; П(t) = 0, |t|>t

П(w) = 2t sinc[wt]

Бартлетта (D)

b(t) = 1-|t|/t

B(w) = t sinc2(wt/2).

Хеннинга, Ганна

p(t) = 0.5[1+cos(pt/t)]

0.5П(w)+0.25П(w+p/t)+0.25П(w-p/t)

Хемминга

p(t) = 0.54+0.46 cos(pt/t)

0.54П(w)+0.23П(w+p/t)+0.23П(w-p/t)

Карре (2-е окно)

p(t) = b(t) sinc(pt/t)

t·B(w)*П(w), П(w) = 1 при |w|<p/t

Лапласа-Гаусса

p(t) = exp[-b2(t/t)2/2]

[(t/b) exp(-t2w2/(2b2))] * П(w)

Кайзера-Бесселя

 

p(t) =,

Jo[x] =[(x/2)k/k!]2

Вычисляется преобразованием Фурье.

Jo[x] - модифицированная функция

          Бесселя нулевого порядка

Таблица 3.2.2.

Характеристики спектров весовых функций

Параметры

Ед.

изм.

П-

окно

Барт-

летт

Лан-цош

Хен-

нинг

Хемминг

Кар-

ре

Лаплас

Кайзер

Амплитуда:

 Главный пик

 1-й выброс(-)

 2-й выброс(+)

Ширина Гл. пика

Положения:

    1-й нуль

    1-й выброс

    2-й нуль

    2-й выброс

t

%Гл.п.

- “ -

wt/2p

wt/2p

wt/2p

wt/2p

wt/2p

2

0.217

0.128

0.60

0.50

0.72

1.00

1.22

1

-

0.047

0.89

1.00

-

-

1.44

1.18

0.048

0.020

0.87

0.82

1.00

1.29

1.50

1

0.027

0.0084

1.00

1.00

1.19

1.50

1.72

1.08

0.0062

0.0016

0.91

1.00

1.09

1.30

1.41

0.77

-

-

1.12

-

-

-

-

0.83

0.0016

0.0014

1.12

1.74

1.91

2.10

2.34

0.82

.00045

.00028

1.15

1.52

1.59

1.74

1.88

В качестве примера на рис. 4-6 приведены результаты применения оконных фильтров Барлетта, Хемминга и Хеннинга.

                                А                                                                          Б

                               В                                                                              Г

               Рис. 4. Пример использования оконного фильтра Барлетта.   

                                                               

                                                                   

                                    

                   Рис. 5. Пример использования оконного фильтра Хемминга.  

                                                                        

                   Рис. 6. Пример использования оконного фильтра Хеннинга.  

Литература.

  1.  Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. Учебник для вузов. М.:Питер, 2006.
  2.  Давыдов А.В. Цифровая обработка сигналов. http://prodav.narod.ru/textbook/index.html 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74122. SCADA – система TRACE MODE 45.95 KB
  SCD – система TRCE MODE. В 2005 г TRCE MODE – интегрированная SCD система для разработки АСУ ТП АСКУЭ и систем управления производством получила сертификат соответствия ГОСТ Р выданный ГОССТАНДАРТОМ России. По результатам испытаний в сертификационной лаборатории установлено соответствие интегрированной SCD TRCE MODE требованиям нормативных документов российских и международных стандартов. Это стало важным этапом в процессе повышения качества SCD системы TRCE MODE до уровня лучших мировых аналогов.
74123. Структура системы TRACE MODE 20.57 KB
  Монитор реального времени МРВ. Под управлением МРВ выполняются такие задачи как: запрос данных о состоянии технологического процесса с контроллеров нижнего уровня по любому из встроенных протоколов или через драйвер; передача на нижний уровень команд управления по любому из встроенных протоколов или через драйвер; обмен данными с платами УСО; сохранение данных в архивах; обмен по сети с удаленными МРВ; передача данных по сети на следующий уровень АСУ; обмен с базами данных через ODBC; представление оператору графической информации о...
74124. Автоматизированные информационные системы – общие понятия, структура 17.43 KB
  Автоматизированные информационные системы можно разделить на: Системы информационного обеспечения имеющие самостоятельное целевое назначение и область применения; Автоматизированные системы управления АСУ. Системы информационного обеспечения как правило содержат информационную базу используемую различными потребителями для удовлетворения информационных потребностей при принятии решений. Автоматизированные системы управления – человекомашинные системы обеспечивающие автоматический сбор и обработку информации с помощью различных...
74125. Программное обеспечение АСУ ТП. SCADA – системы 18.64 KB
  Программное обеспечение АСУ ТП принято делить на две категории: общее программное обеспечение включающее операционные системы SCDсистемы пакеты программ для программирования контроллеров компиляторы редакторы и т. К этой категории относятся программы для контроллеров реализующие определённые функциональные задачи обработки информации и управления; программы сгенерированные в среде SCDсистемы для визуализации. SCDсистемы супервизорное диспетчерское управление и получение данных – это программные продукты которые...
74126. Структура SCADA – систем 18.32 KB
  Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно аппаратной платформой. Датчики поставляют информацию контроллерам которые могут выполнять следующие функции:с бор и обработка информации о параметрах технологического процесса; управление электроприводами и другими исполнительными механизмами; решение задач автоматического логического управления и др...
74129. Операционные системы реального времени 16.47 KB
  Система называется системой реального времени СРВ если правильность её функционирования зависит не только от логической корректности вычислений но и от времени за которое эти вычисления производятся. Говорят что система работает в реальном времени если ее быстродействие адекватно скорости протекания физических процессов на объектах контроля или управления. Здесь имеются в виду процессы непосредственно связанные с функциями выполняемыми конкретной системой реального времени.
74130. Классификация систем реального времени 16.9 KB
  Принято различать системы жёсткого и мягкого реального времени. Системой жёсткого реального времени называется система где неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведёт к невозможности решения поставленной задачи. В качестве условной временной границы допустимого времени реакции обычно принимают 100 мкс.