[iDiode 0]

Здравствуйте, есть такая задача:
Имеются два источника аналоговых сигналов низкой частоты (меньше 50Гц) амплитудой ~1Вольт. Сигнал каждого канала состоит из полезного периодического сигнала и шума. 
Полезные сигналы одинаковы в обоих каналах. Шумы белые, не коррелированы. Шумы гораздо (в тысячу или миллион раз:)) сильнее полезного сигнала в обоих каналах.
Нужно охарактеризовать полезный сигнал - найти его спектр, например. Может быть существуют "рецепты", как это сделать наиболее оптимальным способом, т.е. как можно быстрее и точнее?
Спасибо. 

[_4afc_ 33]

1 hour ago, iDiode said:

Шумы гораздо (в тысячу ... раз:)) сильнее полезного сигнала в обоих каналах.
Нужно охарактеризовать полезный сигнал - найти его спектр, например.

Если добавить ещё 20 каналов и принять их синфазно, то в случае ЧМ сигнала его удастся демодулировать 🙂

[artemkad 100]

1 час назад, iDiode сказал:

Может быть существуют "рецепты", как это сделать наиболее оптимальным способом, т.е. как можно быстрее и точнее?

Статистическая радиотехника, раздел "Оптимальная фильтрация" Только там оптимальная в том смысле, что ничего лучше отфильтровать уже не сможет.

1 час назад, iDiode сказал:

Шумы белые, не коррелированы. Шумы гораздо (в тысячу или миллион раз:)) сильнее полезного сигнала в обоих каналах.

Что значит "сильнее"? Выше мощность/энергия шума или выше его спектральная плотность мощности/энергии?

[petrov 9]

https://electronix.ru/forum/topic/195655-knigi-pro-adaptivnye-antennye-reshyotki-dlya-starta/#comment-1954306

[Alex11 7]

Хочется уточнить задачу. Полосы шума и сигнала полностью перекрываются, или их можно поделить хотя бы частично? Суммарный сигнал (полезный+шум) 1В, стало быть полезный порядка 1 мкВ - 1 мВ? Чем Вы собираетесь его оцифровывать? В смысле количества полезных разрядов. Или хотите в аналоге разделить? И есть ли какие-то предположения о виде, периоде, или еще другие сведения о полезном сигнале?

[HardEgor 96]

В 12.12.2024 в 18:36, iDiode сказал:

Нужно охарактеризовать полезный сигнал - найти его спектр, например. Может быть существуют "рецепты", как это сделать наиболее оптимальным способом, т.е. как можно быстрее и точнее?

Наверное также как GPS-приемник ищет в шумах нужные последовательности.

[iDiode 0]

15 hours ago, Alex11 said:

Хочется уточнить задачу. Полосы шума и сигнала полностью перекрываются, или их можно поделить хотя бы частично? Суммарный сигнал (полезный+шум) 1В, стало быть полезный порядка 1 мкВ - 1 мВ? Чем Вы собираетесь его оцифровывать? В смысле количества полезных разрядов. Или хотите в аналоге разделить? И есть ли какие-то предположения о виде, периоде, или еще другие сведения о полезном сигнале?

 

17 hours ago, artemkad said:

Что значит "сильнее"? Выше мощность/энергия шума или выше его спектральная плотность мощности/энергии?

На осциллоскопе сигнал выглядит как "шум" амплитудою в 1В. Если мысленно исключить этот шум, ожидается увидеть малюсенький полезный сигнал в виде основного и нескольких его гармоник - все это в диапазоне герц или десятков герц. Так называемый "шум" скорее всего состоит из разных шумов, но в полосе полезного сигнала видимо можно его полагать "белым". Вообще полезный сигнал естественного происхождения, частота его известна с точностью которую эти самые явления природы допускают, то есть +/-. Длительность не ограничена - накапливать можно сколько душе угодно, но все же не годы хотелось бы.

Сам приемник - это черный ящик с двумя выходами, как описано ранее. Думалось, что само наличие у прибора двух выходов с определенными свойствами как-то упростит задачу, по сравнению со случаем если бы выход был только один. Но, видно, чудес не бывает  🙂

[khach 48]

Если частота известна и постоянна- то синхронный выпрямитель, желательно двухканальный в квадратурах, чтобы потом фазу сигнала определить. Ну или вообще многоканальный коррелятор программный. Хуже, если частота неизвестна или плывет так, что за время накопления уйдет по фазе градусов на 90.

Даже осцилл цифровой при внешней синхронизации частотой сигнала поднимает в режиме накопления с усреднением в 128-256 раз такой сигнал из шума. Особенно современные 12 битные.

[artemkad 100]

2 часа назад, iDiode сказал:

На осциллоскопе сигнал выглядит как "шум" амплитудою в 1В.

Т.е. о спектре ничего не известно, но общая энергия шума в разы больше сигнала. 

23 часа назад, iDiode сказал:

аналоговых сигналов низкой частоты (меньше 50Гц)

Думаю установка аналогового ФНЧ 4-5 порядка герц на 100Гц сильно поменяет картинку на осциллоскопе. Проблема лишь в том, что частоты низкие, а потому придется вместо LC-фильтров ставить активный фильтр на ОУ или специализированных усилителях. Можно было-бы поставить просто RC-фильтр на 100Гц, а затем промодулировать вверх до 455кГц, там пропустить через стандартный керамический резонатор, а потом спустить в низ, но это сложный путь.

[Alex11 7]

Так все-таки ожидаемая амплитуда - это милливольты или микровольты? От этого сильно зависит дальнейшее. Если микровольты, то Вам нужно оцифровать сигнал с разрядностью не меньше 24, а лучше 32. Если милливольты - все на 3 порядка легче. Дальше я бы копил сигнал и считал Фурье, но там тоже надо смотреть на разрядность и считать, похоже, в double или еще больше (это для микровольт).

Quote

активный фильтр на ОУ

Там можно еще набрать шума дополнительного, особенно в низких частотах.

[artemkad 100]

3 часа назад, iDiode сказал:

но в полосе полезного сигнала видимо можно его полагать "белым".

Вопрос не про то как он выглядит в полосе, а в том как он выглядит во всем диапазоне частот. Белый шум во всем диапазоне частот равномерный. Есть еще куча других шумов помимо белого - к примеру, фликкер-шум или розовый шум для низкочастотного сигнала гораздо опаснее белого шума

18 минут назад, Alex11 сказал:

Там можно еще набрать шума дополнительного, особенно в низких частотах.

Можно. Потому я бы делал RC-фильтр, а дальше или модулятор-усилитель-керамический фильтр-демодулятор или оцифровка(по сути модуляция+усиление) с последующей программной фильтрацией потока.

[artemkad 100]

4 часа назад, iDiode сказал:

Думалось, что само наличие у прибора двух выходов с определенными свойствами как-то упростит задачу, по сравнению со случаем если бы выход был только один.

Помнится, это может слегка упростить задачу повысив соотношение сигнал/шум в корень из 2 раз. Упростить может прибор с меньшим уровнем шума, к примеру модулируемые внутри усилители постоянного тока.

[iDiode 0]

53 minutes ago, Alex11 said:

Так все-таки ожидаемая амплитуда - это милливольты или микровольты? От этого сильно зависит дальнейшее. Если микровольты, то Вам нужно оцифровать сигнал с разрядностью не меньше 24, а лучше 32. Если милливольты - все на 3 порядка легче. Дальше я бы копил сигнал и считал Фурье, но там тоже надо смотреть на разрядность и считать, похоже, в double или еще больше (это для микровольт).

Там можно еще набрать шума дополнительного, особенно в низких частотах.

Думаю, будут микровольты, и на НЧ там действительно плоховато. Чисто для иллюстрции: подал один из каналов на входы звуковой карты, симулинком посмотрел спектр с накоплением 1000, при частоте дискретизации 8 КГц правда. Хорошего мало (I_out_spectra). Сеть и ее гармоники должны быть по замыслу и они присутствуют. Но разглядеть надо сигнал который предположительно будет меньше сетевого на несколько порядков, как это показано на другой картинке (Goal)

[artemkad 100]

У, тут не просто 50Гц, а скорее 7 Гц с гармониками на фоне помех от 50Гц и фликкер-шума. Тут однозначно сперва в качестве "черного ящика" надо иметь малошумящий МДМ-усилитель а-ля AD8628 и только задавив таким макаром фликкер-шум можно хоть что-то ловить. Или возможно даже понадобиться что-то с честным дифф-входом а-ля INA188 для отсечения синфазной 50 Гц. Вариант с резонатором тут скорее всего отпадает - трудно будет найти с нужной полосой(разве что часовые). Остается только оцифровка+программная обработка. Благо частоты низкие....

[arhiv6 22]

Судя по частотам, Резонанс Шумана измеряете? Разве по его обработке не написано множество статей? Например, тут рассматривают методы выделения из зашумлённого сигнала и фильтрацию от антропогенных помех + по тексту раскиданы ссылки на смежные материалы.