Analiza czasowo-częstotliwościowa sygnałów niestacjonarnych z przykładami zastosowań

Lenort, F.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Analiza czasowo-częstotliwościowa sygnałów niestacjonarnych z przykładami zastosowań

Autorzy

Lenort F.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://ilot.edu.pl/prace_ilot/?spis_zeszytow.html

Identyfikatory

Warianty tytułu

Time-frequency analysis for non-stationary signals with application examples

Języki publikacji

Abstrakty

W praktyce spotykamy się często z koniecznością analizy krótkotrwałych sygnałów o zmiennych własnościach spektralnych w czasie. Odpowiedzi impulsowe obiektów zanikają często w czasie krótszym od jednej sekundy. Analiza modalna takich sygnałów jest utrudniona i wymaga specjalnych metod. Prowadzone sa intensywne prace nad metodami analizy mowy przez komputer. W pracy przytoczono podstawowe informacje o metodach analizy czasowo-częstotliwościowej, spotykanych w literaturze. Zwrócono uwagę na ich zalety i ograniczenia. stosowana jest też do tych celów szybka transformata Fouriera. W rozprawie zaproponowano algorytm szybkiego obliczania transformaty Fouriera o zwiększonej rozdzielczości w dolnym zakresie częstotliwości i metodę rekurencyjną obliczania transformaty Fouriera dla potrzeb analizy czasowo-częstotliwościowej. Wskazano na zalety i wady opracowanych metod. Opracowane algorytmy szybkiego obliczania transformaty Fouriera zastosowano do analizy modalnej odpowiedzi impulsowych samolotu celem określenia odporności na drgania flatterowe. Wyprowadzono układ równań, opisano zasady określania parametrów składowych postaci drgań. Metodę przetestowano na danych modelowych i rzeczywistych. Poddano też analizie odcinki zanikających drgań buffetingowych celem oceny własności flatterowych samolotu. Przedstawiono wyniki analizy czasowo-częstotliwościowej sygnałów akustycznych, muzycznych i mowy. Zwrócono uwagę na zastosowanie praktyczne metody do rozpoznawania słów przez komputer. Przytoczono wyniki wykonanych prac w tym zakresie, opisano problemy do rozwiązania.

This paper presents a method of the time-frequency analysis and its application to modal analysis and numerical computing of the non-parametric time-frequency representation for non-stationary signals. To achieve this aim, an efficient algotithm for calculation discrete Fourier transform was developed. This algorithm offers good frequency resolution at low spectral frequencies. High resolution is obtained by increasing the density of sampling for the analyzed signals. In research practice it has been proved that the formula for the vibration damping coefficients can be invented, emploing the Fourier transform. Fourier transform was also used to the modal frequencies identification. The recurrence procedure for calculating of the discrete Fourier transform, which enables very fast calculations especially in the case of precise time-frequency representations approach, has been established. These methods have been tested both on the model and the experimental data. The decomposition of the structure aircraft impulse response in flight is presented togother with time-Frequency representations (contour maps) for acoustic signals.

Słowa kluczowe

sygnał niestacjonarny analiza mowy analiza czasowo-częstotliwościowa transformaty Fouriera

Wydawca

Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa

Czasopismo

Prace Instytutu Lotnictwa

Rocznik

2001

Tom

Nr 1 (164)

Strony

1--76

Opis fizyczny

Bibliogr. 106 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Lenort F.

Instytut Lotnictwa

Bibliografia

[1] Abla M. A.: The Application of Recent Techniques in Flight Flutter Testing. NASA SP-415, Washington 1976.
[2] Adamczak K.: Obliczenia prędkości krytycznej flatteru samolotu W300 z paliwem i z podwieszeniami. Oprac. wewn. OBR Mielec. Nr bibl. OLO-4/173/90, 1990.
[3] Bair E. F., Sinder N.S., Wittman R.B.: Stabilizer Flutter Investigated by Flight Test. Grumman Aircraft Engineering Corp. NASA SP-385. Washington 1975.
[4] Bartley J.: Flight Flutter Testing of Multi-Jet Aircraft. Boeing. NASA SP-385. Washington 1975.
[5] Beauchamp K. G.: Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i cyfrowymi WST, Warszawa 1978,
[6] Bennett R. M., Desmarais R. N.: Curve Fitting of Aeroelastic Transient Response Data with Exponential Functions. NASA SP-415, Washington 1976.
[7] Brigham E. O.: The Fast Fourier Transform. Prentice-Hall Inc., USA 1974.
[8] Brignac W. J., Ness H. B., Johnson M. K., Smith L. M: YF-16 Flight Flutter Test Procedures. General Dynamic Corporation, NASA SP-415, Washington 1976.
[9] Broadbent E. G.: Vector Plotting as an Indication of the Approach to Flutter. Royal Aircraft Establishment. NASA SP-385, Washington 1975.
[10] Bruel&Kjaer: Dual Channel Signal Analyzer Type 2034. Familiarization guide, 1983
[11] Bruel&Kjaer: Non - Stationary Signal Analysis Software Type 9362. System Development. BU 0152. 1993.
[12] Bruel&Kjaer: Non - Stationary Signal Analysis Software Type 9362. Lecture Note, BU 7538-12, 1993.
[13] Bruel&Kjaer: Zoom FFT. No. 2,1980.
[14] Brue&Kjaer and LMS International: B&K 3550 Multichannel Analysis System and IMS CADA Modal, 1994.
[15] Candy J.V.: Signal Processing. The Modern Approach. McGraw-Hill Book Company, USA 1988.
[16] Dowell E.H., Cartiss H.C., Scanlan R.H., Sisto R.: A Modern Course in Aeroelasticity. Kluwer Academic Publishers. Dordrech Boston London, 1989.
[17] Dragon Systems Speech Recognition Software. Florida 1997 (Internet).
[18] Dublin M., Peller R.: Flight Flutter Testing of Supersonic Interceptors. Canvair. NASA SP-385, Washington 1975.
[19] Fiszdon W.: Wstęp do aerosprężystości. PWN, Warszawa 1951.
[20] Forsching H.W.: Grundlagen der Aeroelastik. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1974.
[21] Flight Flutter Testing Symposium. National Aeronautics and Space Administration. NASA SP-385, Washington 1975.
[22] Flutter Testing Techniques. National Aeronautics and Space Administration. NASA SP-415, Washington 1976.
[23] Hammond Ch. V., Doggett R. V.: Determination of Subcritical Damping by Movingblock/Randomdec Applications. NASA SP-415, Washington 1976.
[24] Hartog J. P.: Drgania mechaniczne. PWN, Warszawa 1971.
[25] Heo H., Chung Nam: Influence on Nonlinear Aeroelastik Rezonance Due to Chaotic Response. Korca Uniwersity. International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics. FRG Aachen 1991.
[26] Herlufsen H. The Use of Wavelet Transform for Analysis of Transient Noise. Bruel and Kjaer 1993.
[27] Hollingsworth E. G., Cohen M.: Determination of F-4 Aircraft Transonic Buffet Charakteristics. J. Aircraft Vol. 8, Nr 10, 1971.
[28] Holmes P. J. Moon F. C.: Strange Attractors and Chaos in Nonlinear Mechanics. J. of Applied Mechanics. Vol. 105, 1983.
[29] Houbolt J. C. On Identifying Frequencies and Damping in Subcriticai Flutter Testing. Aeronautical Research Associates of Princeton Inc., NASA SP-415, Washington 1976.
[30] Hurley S. R.: The Application of Digital Computers to Near - Real - Time Processing of Flutter Test Data. Lockhead. NASA SP-415, Washington 1976.
[31] IBM Corporation Voice Type Application Factory for Windows. IBM, 1995 (Internet)
[32] IBM Corporation: Voice Type Dictation for OS/2 and Windows. IBM, 1995 (Internet).
[33] Katz H., Foppe F. G., Grossman D. T.: F-15 Flight Flutter Test Program. Mc Donnell Aircraft Company. NASA SP-415, Washington 1976.
[34] Krzymień W., Lorenc Z.: Badania modelu flatterowego z 30% sterem wysokości w tunelu aerodynamicznym śred. 5m. Oprac. wewn. Instytutu Lotnictwa, Warszawa 1989.
[35] Lamper R.E.: Vvedenie w teoriju flattera. Masinostroenie Moskwa 1990.
[36] Lazzaro J.: Speak Naturally. Byte, 23 July 1997.
[37] Lenort F.: Próba określenia modelu matematycznego silnika turboodrzutowego jako obiektu regulacji. Prace Instytutu Lotnictwa Nr 68, Warszawa 1977.
[38] Lenort F.: Program analizy drgań wzbudzanych w locie. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. RL-379, Warszawa 1980.
[39] Lenort F.: Program analizy drgań wzbudzanych w locie na EMC Hewlett-Packard. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. RL-411, Warszawa 1981.
[40] Lenort F.: Wyniki wzbudzania drgań platowca SZD-45 Ogar w locie za pomocą pirotechnicznego wzbudnika rezonansowego. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. RL-433, Warszawa 1981.
[41] Lenort F.: Wyniki wzbudzania drgań platowca SZD-45 Ogar na ziemi za pomocą pirotechnicznego wzbudnika rezonansowego. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. RL-469, Warszawa 1982.
[42] Lenort F., Ślusarczyk M.: Sprawdzenie metodyki badań w locie tendencji do flatten na samolocie TS-11 Iskra. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. RL-493, Warszawa 1983.
[43] Lenort F.: Opis użytkowania programu FL22A na EMC Hewlett-Packard i zasady obliczeń. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. BL-546, Warszawa 1984
[44] Lenort F.: The Vibration Analysis. Referat w INCHEST, Bukareszt 1984.
[45] Lenort F.: Model matematyczny silnika turboodrzutowego jako obiektu regulacji Eksperymentalne określenie wpływu prędkości i wysokości lotu na własności obiektu. Referat na I Konferencji: Mechanika w Lotnictwie. Politechnika Warszawska 1984.
[46] Lenort F.: Badania w locie tendencji do flatteru. Wstępne wyniki nowych metod analizy drgań skrzydła w locie. Referat na I Konferencji: Mechanika w Lotnictwie. Politechnika Warszawska 1984.
[47] Lenort F.: Komputerowa analiza drgań w zastosowaniu do badań flatterowych. Mat. VI Konferencji Naukowo-Technicznej: Miernictwo dynamicznych wielkości mechanicznych, Instytut Lotnictwa, Warszawa 1984.
[48] Lenort F., Sandauer J., Wojtyra K.: Szczegółowy program badań wstępnych wyrobu 300. Badania w locie tendencji do flatteru. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. W300 BL/622, Warszawa 1986.
[49] Lenort F.: Program FL24 Analizy drgań na EMC. Oprac. wewn. I.Lot. Warszawa 1986.
[50] Lenort F., Sądecki Z.: Wyniki badań w locie tendencji do flatteru wyrobu 300. Oprac, wewn. I.Lot. Nr bibl. W300 BL/657, Warszawa 1987.
[51] Lenort F.: Obliczanie współczynnika tłumienia przy pomocy przekształcenia Fouriera. Prace Instytutu Lotnictwa Nr 118, Warszawa 1989.
[52] Lenort F.: Dyskretne przekształcenie Fouriera o dużej rozdzielczości dla małych częstości w zastosowaniu do analizy modalnej drgań samolotów. Prace Instytutu Lotnictwa Nr 118, Warszawa 1989.
[53] Lenort F., Sandauer J., Wojtyra K.: Szczegółowy program badań w locie tendencji do flatteru na prototypie 1ANP01-04. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. W300-BL/729, Warszawa 1989.
[54] Lenort F., Idzikowski M.: Sprawozdanie z badań w locie tendencji do flatteru na prototypie 1AKP01-04. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. W300-BL/746, Warszawa 1990.
[55] Lenort F. Dynia B.: Sprawozdanie z badań w locie tendencji do flatteru na prototypie 1ASP01-04 z podwieszeniami. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. W300-BL/752, Warszawa 1990.
[56] Lenort F., Stanisławski J.: Sprawdzenie poziomu drgań płatowca 1ANP01-03 W czasie pracy silników K-15 na ziemi. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. BL-786, Warszawa 1992.
[57] Lenort F.: Identyfikacja drgań samolotu w locie. Część I. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. BL-795, Warszawa 1993.
[58] Lenort F., Identyfikacja drgań samolotu w locie. Część 2 Podstawy teoretyczne. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. BL-799, Warszawa 1993.
[59] Lenort F.: Wybrane problemy identyfikacji własności dynamicznych obiektów nieliniowych. Referat na VI Ogólnopolskiej Konferencji: Mechanika w Lotnictwie. Politechnika Warszawska 1994.
[60] Lenort F.: Application of Fourier Transformation to Flutter Tests. Journal of Theoretical and Applied Mechanics No 4794, Warszawa 1994.
[61] Lenort F.: Problemy badań flatterowych - wpływ własności obiektu na wybór metod badań i analizy. Mat. z I Konferencji: Metody i technika badań statków powietrznych w locie. ITWL, Mrągowo 1994.
[62] Lenort F.: A Fast Discrete Fourier Transform with Unequally - Spaced Frequencies. Journal of Theoretical and Applied Mechanics No 1/95, Warszawa 1995.
[63] Lenort F.: Metoda identyfikacji własności flatterowych samolotu w locie. Prace Instytutu Lotnictwa Nr 4/94, Warszawa 1995.
[64] Lenort F.: Jak liczyć szybciej szybką transformatą Fouriera - metoda rekurencyjna. Prace Instytutu Lotnictwa Nr 3/96, Warszawa 1996.
[65] Lenort F.: How to Speed up Fast Fourier Transform Computation - a Recurrence Method. Journal of Theoretical and Applied Mechanics No 3/96, Warszawa 1996.
[66] Lenort F.: Analiza czasowo-częstotliwościowa sygnałów niestacjonarnych, metoda i jej możliwości. Informator ITWL, referat II Konferencji: Metody i technika badań statków powietrznych w Iocie, Warszawa 1996.
[67] Lenort F., Idzikowski M., Grączewski M., Korsak T.: Przykłady zastosowań analizy czasowo-częstotliwościowej. Referat na VII Ogólnopolskiej Konferencji: Mechanika w Lotnictwie. WAT, Warszawa 1996.
[68] Lenort F.: Analiza czasowo-częstoliwościowa sygnałów niestacjonarnych - metoda, oprogramowanie, przykłady zastosowań. Sprawozdanie z projektu badawczego Komitetu Badań Naukowych. Nr 9T12C02211, Warszawa 1998 (nie publikowane).
[69] Lenort F.: Próba wykorzystania drgań buffetingowych do oceny własności flatterowych samolotu. Polsko-Czeskie Seminarium "Metody badawcze w lotnictwie", Warszawa 1998.
[70] Lenort F.: Analiza modalna drgań struktury samolotu. Czesko-Polskie Seminarium "Metody badawcze w lotnictwie". Praga 1999.
[71] Lenort F.: Metoda analizy czasowo-częstotliwościowej sygnałów niestacjonarnych. Prace Instytutu Lotnictwa, Warszawa 1999.
[72] Lenort F.: Impulse Response Modal Analysis Machine Dynamics Problems. Vol. 24. No. 3, Warszawa 2000.
[73] Lenort F.: Analiza modalna odpowiedzi impulsowych samolotu w locie. Materiały z obchodów 70-lecia urodzin i 45-lecia pracy naukowej Prof. dr hab. inż. Józefa Giergiela oraz V Szkoły Analizy Modalnej. Katedra Robotyki i Dynamiki Maszyn, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Kraków 12-14 grudnia 2000.
[74] Lenz R.W., Mc Keever B.: Time Senes Analysis in Flight Flutter Testing at the Air Force Flight Test Center; Concept and Results. NASA SP-415, 1976.
[75] Lerner E.J.: Talking to Your Computer. IBM, 1995 (Internet).
[76] Levy S., Wilkinson J. P. D.: The Component Element Method in Dynamics. McGraw-Hill Inc., USA 1976.
[77] LMS CADA-X. Advanced Solutions for Structural Aircraft Testing. LMS International. Louven - Belgium 1994.
[78] Mahaffey P. T. Flight Flutter Testing the B-58 Airplane, Convair. NASA SP-385. Washington 1975
[79] Mańczak K.; Metody identyfikacji wielowymiarowych obiektów sterowania. WNT, Warszawa 1971.
[80] Mańczak K., Nahorski Z.: Komputerowa identyfikacja obiektów dynamicznych PWN, Warszawa 1983.
[81] Negre V., Lafourcade D.: Digital Telemetry System for Real-Time Analysis of Airbus A320 Flight Test Results. Aerospatiale-Aircraft Division. 18th Annual Society of Flight Test Engineers Symposium. Amsterdam 1987.
[82] Ogata K.: Metody przestrzeni stanów w teorii sterowania. WNT. Warszawa 1974.
[83] Oprogramowanie Microcal Origin Professional 4.1, 1996.
[84] Oprogramowanie Microcal Origin Lab Data Package 4.1. 1996.
[85] Osiński Z.: Teoria drgań. PWN. Warszawa 1978.
[86] Perangelo H. J., Milordi F. W.: Flight Flutter Testing Technology at Grumman. NASA SP-415, Washington 1976
[87] Philbrick J.: Douglas Experience in Flight Flutter Testing. NASA SP-385. Washington 1975.
[88] Pogorzelski W.: Analiza matematyczna. PWN. Warszawa 1956.
[89] Przepisy AP-970. Wymagania konstrukcyjne dla samolotów lotnictwa wojskowego RAF i marynarki. Cześć 3. Aerosprężystość. 1956.
[90] Przepisy MIL-A-8870C(AS). Military Specification - Airplane Strength and Rigidity - Vibration. Flutter and Divergence. USA 1993.
[91] Przepisy FAR-23. Federal Aviation Regulations Part 23. Advisory Circular AC 23.629-1. Department of Transportation Federal Aviation Administration. Washington 1979.
[92] Rudowskl J. i in : Chaos w nieliniowej mechanice. Prace IPPT PAN. Warszawa 1985.
[93] Sanderson G. E., Bartsch E. A.: In-Flight Damping Measurement. Lockheed Aircraft Corp., NASA SP-385. Washington 1975.
[94] Scanlan R.H., Rosenbaum R.; Drgania i flatter samolotów. PWN, Warszawa 1964.
[95] Soovere J.: Turbulence Excited Frequency Domain Damping Measurement and Truncation Effects. Lockheed-California Company. NASA SP-415, 1976.
[96] Stringham R. H., Lenk E. J.: Flight Flutter Testing Using Pulse Techniques. Douglas Aircraft Co., NASA SP-385, Washington 1975.
[97] Trammadge C. E.: Excitation by Rockets. Canadair Limited. NASA SP-385. Washington 1975.
[98] Tang D. M. Dowell E. H.: Comparison of Theory and Experiment for Non-Linear Flutter and Stall Response of a Helicopter Blade. J. of Sound and Vibration. 165,1993.
[99] Uhl T., Lisowski W., Miękinia L.: Wprowadzenie do analizy modalnej Część I - Podstawy teoretyczne. Energetistic Methods in Vibroacoustics. II School, Technical University of Mining and Metallurgy, Krynica 1993.
[100] Uhl T., Lisowski W., Miękinia L.: Wprowadzenie do analizy modalnej. Część II - Eksperyment i estymacja parametrów Energetistic Methods in Vibroacoustics. II School, University of Mining and Metallurgy, Krynica 1993.
[101] Watson T.: Machine talk; Speech Recognition Software Comes of Age. IBM. 1995 (Internet).
[102] Winner H. R., A new Flight Flutter Excitation System. 19th Annual Society of Flight Test Engineers Symposium, Arlington 1988.
[103] Wiśniowski W.; Próby rezonansowe wyrobu 300 - wersja bez podwieszeń. Oprac. wewn. I.Lot. Nr bibl. 12/RW-W2/85, Warszawa 1985.
[104] Zaveri K.: Modal Analysis of Large Structures - Multiple Exciter Systems. Bruell&Kjaer, 1985.
[105] Zieliński T.P.: Reprezentacje sygnałów niestacjonarnych typu czas-częstotliwość i czas-skala. Wydawnictwa AGH, Kraków 1994.
[106] Ziemba S.: Analiza drgań. PWN, Warszawa 1957.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BSW9-0001-0089