Интерактивный интерфейс для спектрального анализа сигналов

Аннотация: Статья посвящена разработке интерактивного интерфейса для спектрального анализа сигналов. Описываются функции и руководство пользования программным продуктом.

Преобразование Фурье – это мощный инструмент, применяемый в различных научных областях. В некоторых случаях его можно использовать как средство решения сложных уравнений, описывающих динамические процессы, которые возникают под воздействием электрической, тепловой или световой энергии. В других случаях оно позволяет выделять регулярные составляющие в сложном колебательном сигнале.

Любой сигнал можно разложить на составляющие, такое разложение называется спектральным. При этом сигнал можно представить в виде графика зависимости параметров сигнала от частоты, такая диаграмма называется спектральной или спектром сигнала.

Разрабатываемое приложение ориентировано на ознакомление и изучение спектрального разложения сигнала. Благодаря визуализации с помощью графиков можно легко понять физический смысл преобразования Фурье. Также можно изучить влияние основных фильтров на спектр сигнала.

Руководство пользования программного продукта «спектральный анализ сигналов».

Программа поддерживает функцию вида:

Графический интерфейс приложения представлен на рис. 1.

Рис. 1. Меню настройки параметров и выбора фильтра 

В меню настройки параметров происходит ввод характеристик сигнала. Каждое поле учитывает только первые 10 значений, введенных через пробел. Для ввода дробного числа используется точка. Частотный диапазон построения Фурье–образа от 0 до 20 Гц. Период дискретизации равен 0,02 с.

В меню выбора фильтра происходит настройка требуемого для выполнения определенной задачи. Представлены такие фильтры как ФНЧ, ФВЧ, полосовой и режекторный. Выбирая нужный вариант и задавая определенный сигнал, можно изучить, как изменяется спектральная картина сигнала, и, как следствие, реализовать полученные данные на практике. Для построения графика сигнала и его спектра необходимо нажать кнопку ОК. На рис. 2. приведен пример построения графиков.

Рис. 2. График сигнала и его спектра

Получен график сигнала

и его спектра.

Также было проведено сравнение результатов разработанного интерфейса с результатами, полученными с помощью программного обеспечения Wolfram Mathematica, они повторяют друг друга.

В данном приложении планируется реализовать:

1)    Графический ввод функции;
2)    Дополнить интерфейс обратным преобразованием Фурье;
3)    Графический ввод спектра;
4)    Экспорт полученных данных.

Интерактивное приложение «Спектральный анализ сигналов» было разработано в среде программирования Android Studio 2.1.

Список литературы

1. Сазанов В. М., Парфенов Н. С. Цифровая обработка сигналов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.computer-museum.ru/histussr/dsp.htm.
2. Canvas: официальный сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://developer.android.com/reference/android/graphics/Canvas.
3. Custom View: официальный сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://developer.android.com/guide/topics/ui/custom-components.

  

Материал поступил в редакцию 10.06.2018
© Шуринов Л. Е., Петрушин И. С., 2018