Análisis avanzado de frecuencias de señales con alta resolución de frecuencia
Autores: Flegner, Patrik; Kaur, Ján; Durdán, Milan; Laciak, Marek; Franáková, Rebecca
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis avanzado de frecuencias de señales con alta resolución de frecuencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Señales
Dominio de frecuencia
Algoritmo de DFT
Espectro de frecuencia
Resolución de frecuencia
Análisis de frecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 44
Citaciones: Sin citaciones
En la era actual, es importante analizar y utilizar varias señales en aplicaciones industriales o de laboratorio. Las señales medidas proporcionan información crítica sobre el sistema controlado, que puede estar contenida precisamente dentro de un rango de frecuencia estrecho. Muchos métodos y algoritmos existen para procesar dichas señales tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. En particular, el procesamiento de señales en el dominio de la frecuencia es primordial en la práctica industrial porque se buscan componentes dominantes dentro de una banda de frecuencia estrecha específica. El algoritmo de transformación discreta de Fourier (DFT) es la herramienta utilizada en la práctica para encontrar estos componentes de frecuencia. El algoritmo de DFT proporciona el espectro de frecuencia completo con un mayor número de pasos de cálculo, y su resolución de frecuencia es baja. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en encontrar un método para lograr una alta resolución del espectro de frecuencia. Un factor importante en la selección de la técnica fue que dicho algoritmo debería ser implementable en un sistema basado en microprocesador en condiciones industriales adversas. Los resultados de la investigación mostraron que el método de ZOOM de DFT cumple con estos requisitos. El zoom de frecuencia tiene muchas ventajas pero requiere algunas modificaciones. Se implementa en analizadores de alto rendimiento, pero falta una descripción detallada del algoritmo respectivo en artículos técnicos y literatura. Este artículo describe matemática y teóricamente en detalle el algoritmo de zoom de frecuencia modificado. Se realizan los pasos del zoom de frecuencia, desde la creación de una señal analítica a través del desplazamiento de frecuencia y la decimación hasta el análisis de frecuencia de la señal. El algoritmo permite el análisis de una señal con alta resolución de frecuencia en una banda de frecuencia limitada. Una modificación significativa de DFT ZOOM es el uso de la transformada de Hilbert para crear una señal analítica. Esto resuelve el problema de aliasing causado por la superposición entre el espectro fundamental y el espectro de banda lateral. Se presentan resultados del procesamiento de señales determinísticas y estocásticas utilizando el DFT ZOOM modificado. Los resultados experimentales presentados contribuyen a un análisis de frecuencia más detallado de la señal. Como parte de esta investigación científica, se abordaron a fondo los problemas de zoom de frecuencia, resolviendo los problemas parciales de este algoritmo, tanto en teoría como en el contexto de la teoría de señales.
Descripción
En la era actual, es importante analizar y utilizar varias señales en aplicaciones industriales o de laboratorio. Las señales medidas proporcionan información crítica sobre el sistema controlado, que puede estar contenida precisamente dentro de un rango de frecuencia estrecho. Muchos métodos y algoritmos existen para procesar dichas señales tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia. En particular, el procesamiento de señales en el dominio de la frecuencia es primordial en la práctica industrial porque se buscan componentes dominantes dentro de una banda de frecuencia estrecha específica. El algoritmo de transformación discreta de Fourier (DFT) es la herramienta utilizada en la práctica para encontrar estos componentes de frecuencia. El algoritmo de DFT proporciona el espectro de frecuencia completo con un mayor número de pasos de cálculo, y su resolución de frecuencia es baja. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en encontrar un método para lograr una alta resolución del espectro de frecuencia. Un factor importante en la selección de la técnica fue que dicho algoritmo debería ser implementable en un sistema basado en microprocesador en condiciones industriales adversas. Los resultados de la investigación mostraron que el método de ZOOM de DFT cumple con estos requisitos. El zoom de frecuencia tiene muchas ventajas pero requiere algunas modificaciones. Se implementa en analizadores de alto rendimiento, pero falta una descripción detallada del algoritmo respectivo en artículos técnicos y literatura. Este artículo describe matemática y teóricamente en detalle el algoritmo de zoom de frecuencia modificado. Se realizan los pasos del zoom de frecuencia, desde la creación de una señal analítica a través del desplazamiento de frecuencia y la decimación hasta el análisis de frecuencia de la señal. El algoritmo permite el análisis de una señal con alta resolución de frecuencia en una banda de frecuencia limitada. Una modificación significativa de DFT ZOOM es el uso de la transformada de Hilbert para crear una señal analítica. Esto resuelve el problema de aliasing causado por la superposición entre el espectro fundamental y el espectro de banda lateral. Se presentan resultados del procesamiento de señales determinísticas y estocásticas utilizando el DFT ZOOM modificado. Los resultados experimentales presentados contribuyen a un análisis de frecuencia más detallado de la señal. Como parte de esta investigación científica, se abordaron a fondo los problemas de zoom de frecuencia, resolviendo los problemas parciales de este algoritmo, tanto en teoría como en el contexto de la teoría de señales.