Інтернет-конференції НУБіП України, ПРОБЛЕМИ СУЧАСНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ І АВТОМАТИКИ В СИТЕМІ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ' травень, 2017

Розмір шрифту: 
ДОСЛІДЖЕНЯ ПРОБЛЕМИ ОПТИМАЛЬОГО ВИБОРУ МІРНОСТІ ДПФ ПРИ ВИЯВЛЕННІ І РОЗРІЗНЕННІ СИГНАЛІВ НА ФОНІ БІЛОГО ШУМУ
І.І. Чесановський, А.В. Ткачук

Остання редакція: 12-05-2017

Тези доповіді


Дискретне перетворення Фур’є (ДПФ), в силу особливостей механізму реалізації, володіє цілим рядом додаткових властивостей, через що, не завжди використовується інженерами лише для дослідження спектральної структури сигналів. З розвитком елементної бази вузлів цифрової обробки сигналів та обчислювальної потужності спеціалізованих процесорів, цифрова обробка сигналів почала здійснюватись на проміжній частоті, що відкрило широкий спектр її можливостей для більш глибокої математичної обробки. Одним із основних механізмів такої обробки, на сьогодні, є ДПФ, або модифікований «швидкий» варіант її реалізації ШДПФ. Саме при реалізації ДПФ на проміжній частоті чітко проявились його додаткові властивості, що полягають в наявності фільтруючого ефекту самого механізму матема-тичного перетворення. Слід відмітити, що фільтруючі властивості ДПФ для гармонійних сигналів детально вивчені і описанні в ряді робіт [2, 3], автори яких, з огляду на вже згаданий механізм ШДПФ, що реалізується з розмірністю  на цьому і обмежились.

Проте, враховуючи лінійність ДПФ, можна очікувати, що такі ж фільтруючі властивості, можливо дещо в меншій мірі, можуть проявитись і у випадку перетворення вузькосмугових сигналів, які достатньо точно апроксимуються полігармонійними функціями. Для широкосмугових сигналів фільтруючі властивості ДПФ не настільки очевидні і потребують дослідження. Враховуючи більш сильні кореляційні зв’язки окремих відліків таких сигналів, вибір мірності ДПФ при заданій частоті дискретизації може мати значний вплив на відношення синал/шум в процесі математичної обробки.

В задачах цифрової обробки сигналів теоретично встановлено чіткі межі допустимих частот дискретизації при обробці сигналів на проміжній частоті, що забезпечують неспотворене і безнадлишкове їх перетворення у цифровий вигляд. Проте, при визначенні мірності основних алгоритмів спектральної і кореляційної (узгодженої) обробки, з’являється ще один важливий чинник – спектральна щільність шуму, який як правило, не враховується, хоча потенційно, його урахування може дати позитивний результат при вирішенні задачі виявлення. Для встановлення основних співвідношень між розмірністю дискретної системи і відношенням сигнал/шум на її виході, досліджені фільтруючі властивості ДПФ, що є основою синтезу дискретних систем, в умовах перетворення суміші шуму і сигналів. В результаті цього дослідження визначені оптимальні співвідношеня між розмірністю ДПФ, базою сигналу та спектральною щільністю шумів.

На рис. показано характер залежності відношення сигнал-шум для вузькосмугового сигалу після обробки від мірності ДПФ, при зміні відношення сигнал-шум на вході.

Як видно з отриманої залежності, відношення сигнал/шум зі збільшенням мірності ДПФ монотонно збільшується. Це пов’язано з тим, що середньо-квадратичне значення шуму зі збільшенням мірності ДПФ збільшується у  разів, а величина біну ДПФ пропорційна  [2].

Як показало моделювання, у випадку сигналів з широкою смугою частот, підвищення мірності ДПФ також призводить до виграшу у відношенні сигнал/шум. При цьому, слід зазначити, що величина виграшу вже не настільки відчутна як у випадку вузькосмугових сигналів, а залежність цього виграшу від мірності ДПФ носить асимптотичний характер. Це вказує на наявність оптимальної мірності ДПФ для таких сигналів при заданому відношенні сигнал/шум, вище якого виграш підвищується значно повільніше ніж обчислювальні затрати в блоці ДПФ, а чутливість цього виграшу до зміни SNR стає критичною. При цьому встановлено, що в умовах виявлення сигналів на фоні шуму, правильний вибір мірності дискретної системи дає змогу при незначній варіації досягти виграшу в 5 дБ і більше за значенням відношення сигнал/шум. Як показало дослідження, цього можна досягти лише з урахуванням рівня шумів на вході системи при розрахунку мірності основних алгоритмів цифрової обробки сигналів.


Посилання


1. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов /  Л.Е.Варакин - Москва: Советское радио, 1970. – 376 с.

2. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов / Ричард Лайонс, 2-е изд., перев. с англ. под ред. А.А.Бритова. – Москва: Бином-Пресс, 2006. – 656 с.

3. Оппенгейм А Цифровая обработка сигналов / А.Оппенгейм, Р.Шафер; перев. с англ.С.А.Кулешова. – Москва: Техносфера, 2006. - 856 с.


Для перегляду доповідей необхідний обліковий запис на цьому веб-сайті. Натисніть сюди щоб створити обліковий запис.