[TAutomatic 0]

Привет сообществу.

Не знал, как описать в заголовке темы проблему в двух словах.... Честно говоря, как лаконично выкрутиться, не знаю.

Подробнее. Есть задача - анализировать спектр частот от датчиков, полоса от долей герца до нескольких килогерц. Примерно 0,5Гц - 2кГц.

Таких 8 каналов хотелось бы обрабатывать одним камнем чем-то из серии STM32F4xx. Для целей "попробовать", поскольку с ЦОС не приходилось сталкиваться наяву,

завел сигнал на одну ногу контроллера, выполняю АЦП сразу тремя доступными каналами ADC1-ADC3 с одной ноги, первый канал с медленным семплирование, но с разрешением 0,01Гц,

второй побыстрее, третий совсем быстро ну это разумеется "быстро" относительно максимальной частоты. Все работает неплохо, с генератора четко определяется спектр, магнитуда сигнала правильная.

Но есть одно но. Разумеется, когда подается сигнал на вход ближе к верхнему пределу, в первой полосе с невысокой максимальной частотой выборки возникает наложение спектра. На самом деле, можно логически решить задачу и не брать в расчет первую полосу, если в третьей да и либо во второй есть четкое значение. Но хочется сделать красиво. Заводить сигнал на 3 разные ножки с целью установки на каждом своего аналогового анти-алиазингового фильтра не хочется, тогда я не смогу в одном камне разместить 8 каналов. 

Тогда я предварительно погнал массив сырых значений через КИХ- фильтр. ЗдОрово! Это решение, фильтр работает. Но появилось еще одно но. Теперь магнитуда после FFT стала медленно плавать с частотой 0,06-0,07Гц., немного, но ощутимо для измерительного прибора, что есть недопустимо.

Видимо, что то еще "не докрутил" как нужно.

Коллеги, помогите если не трудно, код прикреплю "по требованию".

[dOb 10]

Можно разбить весь диапазон частот на зоны, для каждого определить спектр а потом склеить.

Снять сигнал с SampleRate несколько килогерц, потом перейти на половинную с помощью halfpass FIR с децимацией, и так далее много раз.

Делал что то подобное, но использовал TMS32C6XX.

[blackfin 22]

On 4/1/2024 at 11:47 AM, TAutomatic said:

Теперь магнитуда после FFT стала медленно плавать с частотой 0,06-0,07Гц, ...

Умножить сигнал на окно (Гаусса, Чебышева и т.п.) перед FFT не забыли?

[TAutomatic 0]

10 минут назад, blackfin сказал:

Умножить сигнал на окно (Гаусса, Чебышева и т.п.) перед FFT не забыли?

Не то что бы забыл, не знал 🙂  Я так понимаю, что оконную функцию стоит применять тогда, когда периодов сеплировано немного, что бы обрывки синусоиды не вносили искажения.

если поделитесь советом, тем не менее буду признателен.

Я делаю так. Для трех каналов буферы одинакового размера что бы проще укладывать в одну подпрограмму.

Для нижней части диапазона у меня частота выборок 40,96Гц, на буфере в 4096 семплов имею разрешающую способность 0,01Гц и 20Гц верх диапазона.

В средней части аналогично 2048Гц, 0,5Гц и 1кГц

Для верхней части 4096Гц,  1Гц и максимальная частот 2кГц

А что обозначает - склеить

Изменено 1 апреля пользователем TAutomatic
Ошибка правописания

[blackfin 22]

On 4/1/2024 at 12:39 PM, TAutomatic said:

Я так понимаю, что оконную функцию стоит применять тогда, когда периодов сеплировано немного, чтобы обрывки синусоиды не вносили искажения.

А что мешает попробовать и сравнить результаты?

См: Сергиенко А.Б., ЦОС., стр. 342.

[TAutomatic 0]

3 минуты назад, blackfin сказал:

А что мешает попробовать и сравнить результаты?

См: Сергиенко А.Б., ЦОС., стр. 342.

Так то оно правильно, попробовать ничего не мешает. Но я пока не совсем понимаю цель. Само по себе без предварительного КИХ БПФ выполняется правильно. С генератора 1Гц четко опознается познается с правильным индексом в массиве, никаких побочны гармоник существенной магнитуды нет, тоже самое для других частот и диапазонов: 100Гц, 1кГц например.

Если я применю окно любого вида, какой результат я должен получить, что бы я понимал?

КИХ, окно, БПФ - так?

[blackfin 22]

On 4/1/2024 at 12:52 PM, TAutomatic said:

КИХ, окно, БПФ - так?

Так, но антиалиасинговый фильтр нужно делать в аналоге. И полоса пропускания должна быть меньше половины частоты семплирования, но больше полосы входного сигнала.

Если используете оверсемплинг, то можно антиалиасинговый фильтр разбить на два: широкополосный - в аналоге, узкополосный - в цифре (напр., КИХ).

[TAutomatic 0]

1 минуту назад, blackfin сказал:

Так, но антиалиасинговый фильтр нужно делать в аналоге. И полоса пропускания должна быть меньше половины частоты семплирования, но больше полосы входного сигнала.

Если используете оверсемплинг, то можно антиалиасинговый фильтр разбить на два: широкополосный - в аналоге, узкополосный - в цифре (напр., КИХ).

Так в этом же и загвоздка, как я сделаю один аналоговый фильтр для всех полос? Если у меня максимальная частота 2кГц, то нужен фильтр на частоте среза 4кГц, что явно плохо для полосы 0,01-20Гц

Либо я не понимаю пока нюанса.

[GenaSPB 11]

5 hours ago, TAutomatic said:

Если у меня максимальная частота 2кГц

Sample rate сделайте килогерц шесть..семь.

Аналоговый фильтр на входе на 2.5 кгц

[blackfin 22]

On 4/1/2024 at 12:39 PM, TAutomatic said:

Для нижней части диапазона у меня частота выборок 40,96Гц, на буфере в 4096 семплов имею разрешающую способность 0,01Гц и 20Гц верх диапазона.

В средней части аналогично 2048Гц, 0,5Гц и 1кГц

Для верхней части 4096Гц,  1Гц и максимальная частот 2кГц

 

On 4/1/2024 at 1:09 PM, TAutomatic said:

Так в этом же и загвоздка, как я сделаю один аналоговый фильтр для всех полос? Если у меня максимальная частота 2кГц, то нужен фильтр на частоте среза 4кГц, что явно плохо для полосы 0,01-20Гц

Три банка фильтров с децимацией соединенных последовательно решат вашу проблему.
АЦП нужен один с частотой семплирования 4096 Гц (а лучше, 8192 Гц).
Аналоговый фильтр на входе тоже один с полосой пропускания 2 кГц.

 

Держите букварь:
 

multirate_article.pdf

[TAutomatic 0]

1 час назад, blackfin сказал:

 

Три банка фильтров с децимацией соединенных последовательно решат вашу проблему.
АЦП нужен один с частотой семплирования 4096 Гц (а лучше, 8192 Гц).
Аналоговый фильтр на входе тоже один с полосой пропускания 2 кГц.

 

Держите букварь:
 

multirate_article.pdf 2.93 МБ · 4 загрузки

Спасибо.

Ну а все таки по первичному вопросу. БПФ сигнала от образцового источника  дает постоянную магнитуду нужной частоты, при использовании КИХ начинает модулироваться синусоидальным сигналом очень низкой частоты?

[komah 4]

В 01.04.2024 в 20:25, TAutomatic сказал:

Спасибо.

Ну а все таки по первичному вопросу. БПФ сигнала от образцового источника  дает постоянную магнитуду нужной частоты, при использовании КИХ начинает модулироваться синусоидальным сигналом очень низкой частоты?

Это модуляция или все-таки сумма двух сигналов, один из которых с очень низкой  частотой? Если частота сигнала Fs на входе АЦП превышает Fd/2, цифровой фильтр уже не поможет.  Если сигнал узкополосный (чистый синус), то его можно и с меньшей, чем  Fs*2 частотой оцифровывать (вторая зона Найквиста и т.д.). Но если частота сигнала близка к Fd, то разностная частота попадет в первую зону и соответственно в спектр. КИХ фильтр это ФНЧ? Вот он эту частоту и приподнял.

[Ruslan1 17]

В 01.04.2024 в 10:47, TAutomatic сказал:

Подробнее. Есть задача - анализировать спектр частот от датчиков, полоса от долей герца до нескольких килогерц. Примерно 0,5Гц - 2кГц.

....

завел сигнал на одну ногу контроллера, выполняю АЦП сразу тремя доступными каналами ADC1-ADC3 с одной ноги, первый канал с медленным семплирование, но с разрешением 0,01Гц, второй побыстрее, третий совсем быстро ну это разумеется "быстро" относительно максимальной частоты.

А зачем разная частота семплирования?  

Я еще понимаю, чтобы динамический диапазон увеличить- подавать на два входа АЦП по-разному усиленный сигнал, и использовать для DSP ту последовательность, которая не переполняется. Но вот зачем разный семплрейт?

Кстати, про производительность- на F4 можно очень много чего, главное чтобы RAM хватило на нужные DSP.

 

Но лучше начинать с построения матмодели того, что делаете, на компьютере. Матлаб- наше все. А вот когда понравятся результаты, уже идти в железо.

[TAutomatic 0]

В 02.04.2024 в 21:43, komah сказал:

Это модуляция или все-таки сумма двух сигналов, один из которых с очень низкой  частотой? Если частота сигнала Fs на входе АЦП превышает Fd/2, цифровой фильтр уже не поможет.  Если сигнал узкополосный (чистый синус), то его можно и с меньшей, чем  Fs*2 частотой оцифровывать (вторая зона Найквиста и т.д.). Но если частота сигнала близка к Fd, то разностная частота попадет в первую зону и соответственно в спектр. КИХ фильтр это ФНЧ? Вот он эту частоту и приподнял.

Видится как модуляция низкочастотным сигналом. Задебажил значения за несколько десятков секунд, построил график в экселе, правильная красивая синусоида. Почему КИХ- фильтр низких частот с одной стороны красиво режет все на частоте среза, но в тоже время вносит искажение в исходный сигнал... Вот в чем вопрос да,

[komah 4]

Если фильтр реализован правильно, то новых спектральных составляющих он добавлять не должен. Думаю, дело не в нем. Код на Си, можно просто просто проверить на ПК, с модельным сигналом. Самый главный вопрос - соотношение между частотой сигнала и частотой дискретизации. Ну и посмотреть, нет ли ограничения при оцифровке - амплитуда слишком большая, опорное напряжение неправильное...