Педагогические науки/1. Дистанционное образование

Синица В.И., Лисогор М. В.

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт», Украина

Цифровой виртуальный анализатор АР-спектра на основе алгоритма Юла-Уолкера

Для продуктивного изучения теоретического материала курса «Цифровая обработка сигналов» в Национальном техническом университете Украины (КПИ) на кафедре «Информационно-измерительной техники» продолжается активная и серьезная работа по разработке серии виртуальных анализаторов и симуляторов с целью обеспечения гармоничного сочетания традиционных и компьютерных средств обеспечения учебного процесса.

Прикладные программы созданы в инструментальной среде разработки приложений LabVIEW (пакет LabVIEW 8.6), причем программное обеспечение разработано таким образом, что изучение и выполнение заданий возможно как на локальном рабочем месте, так и в режиме удаленного доступа к информационным ресурсам.

Для изучения раздела «Параметрические методы спектрального анализа» разработан анализатор, который позволяет реализовать спектральный параметрический метод нахождения спектральной плотности мощности для авторегрессионной (АР) модели на основе алгоритма Юла – Уолкера, что обеспечивает возможность ознакомится с параметрическим спектральным анализом и уяснить основные понятия данного метода.

Программная часть виртуального анализатора имеет пользовательский интерфейс, внешний вид которого представлен на рисунке 1.

Интерфейс пользователя анализатора «Спектральный АР - анализатор» состоит из трех основных полей: поле регулировки параметров входного сигнала; поле регулировки параметров спектрального анализа; графические поля.

Устанавливая параметры входного сигнала, и изменяя параметры анализа с помощью выбора порядка модели, можно оперативно наблюдать процесс и результаты спектрального анализа на графическом поле в виде спектрограммы

Рисунок 1 - Интерфейс пользователя анализатора: в графическом поле представлена осциллограмма спектра АР-модели

Например, в графическом поле «AR Analyzer» изображена спектрограмма входного сигнала, представленного суммой двух синусоидальных сигналов со следующими параметрами: амплитуда 1 – 1 В, частота 1 – 10 Гц амплитуда 2 – 2 В, частота 2 – 2 Гц, количество точек – 1000. Порядок АР - модели равен 4. Сам входной сигнал во временной области отображается в графическом поле «Signal». Вкладка «FFT Analyzer» содержит дисплей и его параметры для отображения спектра дискретного преобразования Фурье входного сигнала, что позволяет наглядно сравнить результаты вычисления спектральной плотности мощности АР – модели, найденной согласно параметрическому алгоритму Юла-Уолкера с дискретным преобразованием Фурье, для чего и служит графическое поле «Compare», которое содержит дисплей для отображения сравнения усредненных значений спектральной плотности мощности дискретного преобразования Фурье и спектральной плотности мощности АР – модели. Усредненные значения спектральной плотности мощности дискретного преобразования Фурье и спектральной плотности мощности АР - модели в свою очередь отображаются на дисплее вкладки «Average». Графическое поле «АЧХ» отображает амплитудно-частотную характеристику АР – модели.

Разработанный анализатор позволяет сократить образовательный процесс по данной теме и позволит более осмысленно принимать решение в каждом конкретном случае.

Вывод: виртуальный анализатор, обеспечивает понимание процесса параметрического спектрального анализа АР - модели по алгоритму Юла - Уолкера и делает его наглядным, а также является реальной возможностью для эффективной подготовки будущего специалиста.

Литература:

1 С.Л.Марпл-мл «Цифровой спектральный анализ и его приложения» /Под редакцией И.С. Рыжака. – М.: Мир, 1990;

2 С. М. Кей, С. Л. Марпл «Современные методы спектрального анализа: Обзор», статьи, Тииэр, т.69, №11, ноябрь 1981;

3 А. Б. Сергиенко «Цифровая обработка сигналов», Питер, 2002-608с.;

4 Тревис Д. «LabVIEW для всех». — М.: ДМК Пресс, 2004., справочные руководство Prentice Hall PTR LabVIEW for Everyone. Graphical. Programming. Made.Easy and Fun. 3rd Edition. Jul 2006.