Способ повышения быстродействия спектрального анализа сигнала с применением микроконтроллеров

Авторы

Сафаралеев В. А.^*, Гусаров А. А.

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия

*e-mail: vka@mil.ru

Аннотация

В данной работе предлагается способ оптимизации алгоритма вычисления спектра сигнала, который по сравнению с БПФ при той же производительности микроконтроллера позволит существенно увеличить количество определяемых спектральных составляющих или исследовать сигнал с более высокой верхней частотой спектра. Кроме того, предлагаемый способ позволяет произвольно выбирать анализируемые частоты, практически снимает ограничение на размер оконной функции и перекрытие окон. Предлагаемый способ требует большого объема оперативной памяти.

Ключевые слова:

спектральный анализ, дискретное преобразование Фурье, быстродействие спектрального анализа, цифровая обработка сигналов

Библиографический список

1. Светлов Г.В., Суменков Н.А., Костров Б.В., Фокина Н.С. Применение теории дискретных сигналов, определенных на конечных интервалах, для обработки аэрокосмических изображений // Вестник Концерна ВКО "Алмаз – Антей". 2017. № 3ач(22). С. 94-102.
2. Якимов В.Н., Машков А.В. Вычислительно-эффективное алгоритмическое и программное обеспечение для спектрального анализа коррелограммным методом // Доклады XXV Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение DSPA – 2023» (Москва, 29–31 марта 2023): сборник трудов. – Москва: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2023. С. 110-115.
3. Альрубеи М.А., Поздняков А.Д. Оценка частоты при симметричной и несимметричной структуре спектральных компонент дискретизированного гармонического сигнала // Труды МАИ. 2023. № 129. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=173027. DOI: 10.34759/trd-2023-129-15
4. Подстригаев А.С., Смоляков А.В. Исследование спектра сигнала при двукратном частотном преобразовании // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118984. DOI: 10.34759/trd-2020-114-11
5. Попов О.Б., Черников К.В., Ождихин Г.М. Точный спектральный анализ звукового сигнала // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2012. Т. 12. № 6. С. 122-126.
6. Овчарук В.Н., Чье Ен Ун. Применение методов спектрального анализа в многоканальных системах регистрации сигналов акустической эмиссии // Приборы. 2021. № 11 (257). С. 35-39.
7. Абрамов А.Д. Оценка параметров микрорельефов деталей машин корреляционно-спектральным анализом их изображений // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26. № 6 (300). С. 20-27. DOI: 10.14489/td.2023.06.pp.020-027
8. Давыдов В.Т., Нежевенко Е.С. Спектральный анализ изображений в оптико-электронном процессоре // Автометрия. 1977. № 5. С. 13-17.
9. Ситникова А.Ю. Совершенствование инструментов технического анализа ценных бумаг посредством применения спектрального анализа и теории цифровой фильтрации // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2010. № 3 (23). С. 152-162.
10. Шугунов Л.Ж., Шугунов Т.Л. Исследование и анализ среднегодовой температуры на основе методов спектрального анализа и классической декомпозиции // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2006. № S1. С. 83-88.
11. Романова Е.Ю. Спектральный анализ дифференциального оператора с инволюцией в случае суммируемого потенциала // Евразийское Научное Объединение. 2018. № 11-1(45). С. 21-24.
12. Алиев М.Э. Спектральный анализ электроэнцефалограммы как метод исследования функциональной организации головного мозга // Научный альманах Центрального Черноземья. 2022. № 2-9. С. 111-119.
13. Агеев Ф.И. Вознюк В.В., Худик М.Ю. Повышение помехоустойчивости систем передачи данных фазоманипулированными шумоподобными сигналами в условиях действия помех с различной спектральной структурой на основе целенаправленной модификации спектра сигнала // Труды МАИ. 2021. № 118. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=158242. DOI: 10.34759/trd-2021-118-08
14. Вознюк В.В., Копалов Ю.Н. Исследование помехоустойчивости приема OFDM-сигналов в условиях непреднамеренных узкополосных шумовых помех // Труды МАИ. 2023. № 130. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=174611. DOI: 10.34759/trd-2023-130-14
15. Волчков В.П., Мирошниченко А.В. Синтез алгоритмов спектрального анализа сигналов на основе фреймов Вейля-Гейзенберга // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2018. Т. 18. № 4. С. 1001-1006.
16. Мусаев М.М., Кардашев М.С. Спектральный анализ сигналов на многоядерных процессорах // Цифровая обработка сигналов. 2014. № 2. С. 82-86.
17. Кабанов А.Н., Нечаев Г.И., Фоломкин Д.Н. Оперативный алгоритм спектрального анализа контролируемого процесса с помощью функций сложной формы // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2010. № 33. С. 104-107.
18. Мартюгин С.А. Практическая реализация дискретной модификации дробного преобразования Фурье, основанная на спектральном разложении оператора дискретного преобразования Фурье // Ракетно-космическая техника. 2015. Т. 1. № 1 (5). С. 3.
19. Кошелева Д.Д., Доронина А.В. Преобразование Фурье и быстрое преобразование Фурье // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 38. С. 626-632.
20. Пономарева Н.В. Быстрое параметрическое преобразование Фурье для спектрального анализа сигналов с высоким разрешением в заданном частотном диапазоне // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2019. Т. 9. № 1. С. 28-32.
21. Осипов О.В. Спектральный анализ дискретных сигналов с высоким частотным разрешением // Вычислительные методы и программирование. 2019. Т. 20. № 3. С. 270-282.
22. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2000. – 462 с.
23. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. – СПб.: Изд-во «Лань», 2009. – 592 с.
24. Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. – 656 с.
25. Солонина А.И., Улахонич Д.А., и др. Основы цифровой обработки сигналов. – СПб.: БХВ Петербург, 2005. – 768 с.
26. Кармин Новиелло. Освоение STM32. Leanpub, 2018. – 826 p.
27. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Оконные функции для гармонического анализа сигналов. - М.: Техносфера, 2014. – 112 с.

Скачать статью