Вейвлет-фильтрация сигналов без использования модельных функций

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022020042

Ключові слова:

рекурсивный алгоритм, среднеквадратичная погрешность, численная оптимизация, модельный сигнал, дискретное вейвлет-преобразование, фильтрация шумов, уровень декомпозиции

Анотація

Эффективная вейвлет-фильтрация реальных сигналов невозможна без определения их формы. Форма реального сигнала связана с его вейвлет-спектром. Для анализа формы часто используется непрерывная цветовая вейвлет-спектрограмма уровня сигнала. Недостатком непрерывной вейвлет-спектрограммы является сложность анализа размытого цветного изображения. Реальный сигнал с аддитивным шумом сильно искажает спектрограмму, основанную на непрерывном вейвлет-анализе, по сравнению с чистым сигналом. Поэтому идентификация реального сигнала по цветной непрерывной вейвлет-спектрограмме затруднена. Впервые, для решения этой задачи проведен сравнительный анализ спектрограмм сигналов, полученных на основе непрерывного вейвлет-преобразования в виде изображений с областями разного цвета переменной интенсивности, и корреляционных матриц, полученных на основе математических функций коэффициентов дискретных вейвлет-спектров. Сравнительный анализ полученных результатов с известными показал достаточную эффективность предложенного алгоритма как по снижению шума на итерацию, так и по конечному значению среднеквадратичной ошибки.

Посилання

Ю. Н. Кликушин, В. Ю. Кобенко, “Основы идентификационных измерений,” Журнал радиоэлектроники, no. 5, 2006, uri: http://jre.cplire.ru/iso/nov06/index.html.

А. К. Лагирвандзе, А. Н. Калиниченко, Т. В. Моргунова, “Алгоритм анализа форм кардиоциклов ЭКГ с использованием технологий машинного обучения,” Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе, no. 4, pp. 75–84, 2019, uri: https://cyberleninka.ru/article/n/algoritm-analiza-form-kardiotsiklov-ekg-s-ispolzovaniem-tehnologiy-mashinnogo-obucheniya/viewer.

Д. А. Кузин, Л. Г. Стаценко, П. Н. Анисимов, М. М. Смирнова, “Применение методов машинного обучения для классификации акустических сигналов по спектральным характеристикам,” Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», no. 3, pp. 48–53, 2021.

M. S. Salman, A. Eleyan, B. Al-Sheikh, “Discrete-wavelet-transform recursive inverse algorithm using second-order estimation of the autocorrelation matrix,” TELKOMNIKA (Telecommunication Comput. Electron. Control., vol. 18, no. 6, p. 3073, 2020, doi: https://doi.org/10.12928/telkomnika.v18i6.16191.

T. Hu, J. Zhao, S. Yan, W. Zhang, “Performance analysis of a wavelet packet transform applied to concrete ultrasonic detection signals,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1894, no. 112062, 2021, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1894/1/012062.

В. О. Браун, В. П. Долгушин, В. Н. Лоза, И. В. Пампуха, “Исследование возможностей и характеристик методов снижения уровня шума при обработке сигналов, основанных на применении вейвлет-технологии,” Журнал радиоэлектроники, no. 7, 2014, uri: http://jre.cplire.ru/jre/jul14/6/text.html.

Ю. К. Тараненко, В. В. Лопатин, О. Ю. Олейник, “Вейвлет фильтрация беспороговым методом на примере модельной функции DOPPLER,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 64, no. 7, pp. 438–448, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347021070049.

G. Galati, G. Pavan, F. De Palo, “Chirp signals and noisy waveforms for solid-state surveillance radars,” Aerospace, vol. 4, no. 1, p. 15, 2017, doi: https://doi.org/10.3390/aerospace4010015.

D. O. Hogenboom, C. A. DiMarzio, “Quadrature detection of a Doppler signal,” Appl. Opt., vol. 37, no. 13, p. 2569, 1998, doi: https://doi.org/10.1364/AO.37.002569.

L. Debnath, “The Gabor Transform and Time-Frequency Signal Analysis,” in Wavelet Transforms and Their Applications, Boston, MA: Birkhäuser Boston, 2002, pp. 257–306.

M. Kovačević, “Signaling to relativistic observers: an Einstein–Shannon–Riemann encounter,” Probl. Inf. Transm., vol. 56, no. 4, pp. 303–308, 2020, doi: https://doi.org/10.1134/S0032946020040018.

P. Virtanen et al., “SciPy 1.0: fundamental algorithms for scientific computing in Python,” Nat. Methods, vol. 17, no. 3, pp. 261–272, 2020, doi: https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2.

S. K. Goh, H. A. Abbass, K. C. Tan, A. Al-Mamun, C. Wang, C. Guan, “Automatic EEG artifact removal techniques by detecting influential independent components,” IEEE Trans. Emerg. Top. Comput. Intell., vol. 1, no. 4, pp. 270–279, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TETCI.2017.2690913.

B. Belkacemi, S. Saad, Z. Ghemari, F. Zaamouche, A. Khazzane, “Detection of induction motor improper bearing lubrication by discrete wavelet transforms (DWT) decomposition,” Instrum. Mes. Métrologie, vol. 19, no. 5, pp. 347–354, 2020, doi: https://doi.org/10.18280/i2m.190504.

Ю. К. Тараненко, “Методы дискретной вейвлет-фильтрации измерительных сигналов: алгоритм выбора метода,” Измерительная техника, no. 10, pp. 14–20, 2021, doi: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-10-14-20.

Форма и спектральная плотность вейвлета сигнала HypChirps (две частоты с гиперболическими функциями)

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-15

Як цитувати

Тараненко, Ю. К., & Ризун, Н. О. (2022). Вейвлет-фильтрация сигналов без использования модельных функций. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(2), 110–125. https://doi.org/10.20535/S0021347022020042

Номер

Том 65 № 2 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.