Быстродействие и трудоемкость покадровой обработки сигнала

Быстродействие имеет большое значение в обработке цифровых сигналов и часто именно этот параметр является ключевым при выборе того или иного метода адаптации фильтрации к системам реального времени.

Авторами было проведено моделирование работы системы, в которой используется покадровая обработка сигнала, в среде Matlab, использование которой описано в работе [8]. Были сделаны замеры времени, затрачиваемого на накопление значений и их обработку методом экстремальной фильтрации - трудоёмкости, которые приведены в таблице 1.

Таблица №1 Зависимость быстродействия от размера буфера

Из таблицы 1 видно, что при любой длине буфера трудоемкость гораздо больше времени накопления. Последствием этого будут пропуски значений при обработке сигнала, поступающего на вход системы, и неправильно вычисленные параметры.

Решением данной проблемы является разделение буфера на равные участки. Так, например, если буфер, в котором сохранено 200000 точек, разделить на участки, содержащие 25000 точек каждый, то время обработки уменьшиться - с.

Экспериментально это значение составит 8.26 с, что значительно меньше времени (299.5063 с), полученного при моделировании работы метода покадровой обработки сигнала без разделения буфера на части. Меньшее время, затраченное на обработку массива, будет означать, что после данной операции придётся еще ожидать окончания заполнения буфера, которое составляет 10 с.

Если продолжать деление буфера на ещё более короткие части, то время обработки будет падать. Так, например, если буфер того же размера - 200000 точек, разделить на участки, содержащие уже не 25000 точек, а 20000 точек, то время обработки станет ещё меньше - с. Экспериментально полученное значение меньше (6.3336 с). Следовательно, необходимо стремиться к разделению буфера на максимальное количество частей минимальной длины.

Но, с другой стороны, минимальный размер участка, при разбиении буфера, определяется частотными свойствами процесса, поэтому в системах распознавания, где параметры составляющих несут информацию об объекте, размер участков выбирается исходя из условия:

,

где N - длина участков при разбиении буфера; dt - шаг дискретизации; f_min - самая низкочастотная информативная составляющая.

В системах обнаружения достаточно фиксировать самую высокочастотную из информативных составляющих, которая определяется по формуле.

,

где f_min - самая низкочастотная информативная составляющая.