Evolutionary Approach to Cope with Problems of Short-Time Signals

• Autorzy: Majewski J. , Wojtyna R.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2017.4.5

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, questions oriented at improving frequency domain representation of a digital signal with a considerably restricted number of samples are discussed. The proposed approach is based on adaptive synthesis implemented by means of a proper evolutionary algorithm. As compared to previously proposed techniques, our method is much more effective. This takes place, for instance, when the analysis is performed in a complex number domain. In particular, for a given number of signal samples, precision of the obtained reached spectrum can be much higher than in the case of real-valued analysis. Alternatively, time of the complex-valued analysis can be much shorter, as well. A compromise between the precision and speed of the analysis operations is also possible. Results of the carried out simulations are satisfactory and fully confirm theoretical predictions.

PL

Praca dotyczy problemu poprawy efektów analizy w dziedzinie częstotliwości sygnałów cyfrowych przy użyciu niewielkiej liczby próbek sygnału. Zaproponowane rozwiązanie jest oparte na syntezie adaptacyjnej i wykorzystuje odpowiedni algorytm ewolucyjny. W porównaniu z wcześniej prezentowanymi metodami nasze rozwiązanie daje wyraźnie lepsze rezultaty. Dotyczy to zwłaszcza analizy z wykorzystaniem liczb zespolonych. Przykładowo dla danej liczby próbek, precyzja uzyskanego widma może by dużo większa niż w przypadku analizy z wykorzystaniem liczb rzeczywistych. Alternatywnie, analiza w dziedzinie liczb urojonych, zamiast liczb rzeczywistych, może także trwać znacznie krócej. Możliwy jest także kompromis, tj. poprawa zarówno precyzji, jak i szybkości analizy. Wyniki przeprowadzonych symulacji są zadawalające i w pełni potwierdzają przewidywania teoretyczne.

Słowa kluczowe

EN

discrete short time signals; frequency domain analysis; evolutionary methods; spectrum leakage

PL

sygnały dyskretne z wąskim przedziałem czasu; analiza w dziedzinie częstotliwości; metody ewolucyjne; wycieki spektralne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 58, nr 4
• Strony: 26--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Majewski J.

• University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz

autor

Wojtyna R.

• University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz

Bibliografia

• [1] D. Zhang, L. Jin, 2013, Algorithm for characteristic harmonics analysis based on spectral refinement and interpolation”, 2nd IET Renewable Power Generation Conference, pp. 1 – 4, RPG.
• [2] S. Schuster, S. Scheiblhofer, A. Stelzer, (2009) “The Influence of Windowing on Bias and Variance of DFT-Based Frequency and Phase Estimation”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 58, Issue 6, pp. 1975–1990.
• [3] B. Ji, S. Niu, Z. Liang, Y. Miao, D. Wu, (2012) “Fast Fourier transform harmonic analysis based on nine terms minimum side-lobe cosine-sum window”, 2012 IEEE Power Engineering and Automation Conference, pp. 1–5, PEAM 2012.
• [4] F. Han, Y. Wang, M. Hao, (2010) “Leakage Analysis and Its Application in Calculating a Sinusoidal Parameters”, 2010 International Conference On Computer Design And Appliations, Vol. 2, pp. V2-6 – V2-9, ICCDA 2010.
• [5] H. Renders, J. Schoukens, G. Vilain, (1984) “High-Accuracy Spectrum Analysis of Sampled Discrete Frequency Signals by Analytical Leakage Compensation”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 33, Issue 4, pp. 287–292.
• [6] C. Offelli, D. Petri, (1990) “A frequency-domain procedure for accurate real-time signal parameter measurement”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 39, Issue 2, pp. 363–368.
• [7] Z. Hu, J. Guo, M. Yu, Z. Du, C. Wang (2006) “The Studies on Power System Harmonic Analysis based on Extended Prony Method”, International Conference on Power System Technology, pp. 1–8, PowerCon.
• [8] S.-R. Nam, S.-H. Kang, L.-M. Jing, et al. (2013) “A novel method based on Prony analysis for fundamental frequency estimation in power systems”, 2013 IEEE TENCON Spring Conference, pp. 327 – 331.
• [9] J. Majewski, R. Wojtyna, (2015) “Application of Evolutionary Algorithm to Signal Analysis in Frequency Domain”, SPA 2015 (Signal Processing – Algorithms, Architectures, Arrangements and Applications), pp. 12–15, Poznań 2015.
• [10] J. Majewski, R. Wojtyna, (2016) “Frequency-domain adaptive approach to problems with limited number of signal samples”, Elektronika 4/2016, pp. 14–17, SIGMA-NOT, Warszawa 2016.
• [11] J. Majewski, R. Wojtyna, 2016) “Evolutionary Algorithm for Transformation of Short-Time Signals into Frequency-Domain Description”, pp. 30–33, SPA2016.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).