Синица В. И., Мысюра Н. Н.

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Виртуальный aнтиэлайссинговый фильтр.

Эффект элайсинга при дискретизации сигналов

Кафедра «Информационно-измерительной техники» проводит активную работу по компьютерному моделированию алгоритмов цифровой обработки сигналов, в частности разработку серии виртуальных приборов и симуляторов, с целью использования при проведении всех видов занятий со студентами.

Виртуальные симуляторы являются одними из элементов, составляющих обучающую систему, частично заменяют готовый теоретический материал, позволяют получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений. При проведении лабораторного практикума, воспроизводить их скрытые детали, которые не видны при наблюдении реальных экспериментов. Такой подход позволяет студентам самим прийти к выводу о существующей зависимости между физическими параметрами для объекта исследования, развивает у студентов способности критического анализа полученных результатов и формирует научное мышление.

В статье рассматривается виртуальный симулятор, который позволяет в полной мере представить процедуру и особенности эффекта наложения спектров при выполнении операции дискретизации сигнала и степень уменьшения погрешности элайсинга в зависимости от частоты дискретизации, параметров входного фильтра и разрядности аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Программное обеспечение разрабатывалось с учетом возможности использования в дистанционном курсе, что предоставляет возможность всем желающим непрерывно повышать свой профессиональный уровень в области цифровой обработки сигналов.

Прикладная программа виртуального симулятора разработана в инструментальной среде программного комплекса LabVIEW (пакет LabVIEW 8.6).

Программа крайне проста в использовании, все взаимодействие с ней осуществляется через удобный пользовательский интерфейс, внешний вид которого представлен на рисунке 1.

Рисунок 1- Лицевая панель виртуального симулятора АЭФ

Передняя панель условно разделена на четыре панели: панель установки и регулировки параметров входного сигнала; панель выбора фильтра и установки его параметров; панель управления и выбора параметров АЦП; панель визуализации (графическая панель). Графическая панель представляет собой индивидуальное меню, реализованное в виде системы вкладок. Вкладка «Input Signal» предназначена для просмотра осциллограммы анализируемого сигнала с целью установки и изменения его параметров. Вкладка «Output Signal» -графическое окно отображения формы сигнала на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ). Вкладка «Digital signal» - содержит графическое отображение результата работы АЦП - дискретные отсчеты входного сигнала. Вкладка «Spectrum» - отображает спектр сигнала, а также амплитудно-частотную характеристику выбранного фильтра в соответствии с установленными параметрами. Данная вкладка целостно отображает эффект элайсинга и усечение спектра сигнала в результате использования ФНЧ.

Таким образом виртуальный симулятор дает возможность оценить влияние характеристик АЦП, антиэлайсингового фильтра и частоты дискретизации на погрешность обусловленную эффектом элайсинга, путем изучения осциллограмм дискретизированного сигнала во временной и частотной области.

Выводы: виртуальный симулятор, обеспечивает понимание причины возникновения эффекта элайсинга и методов уменьшения погрешности, делает его наглядным, и является реальной возможностью для эффективной подготовки, будущего специалиста. Виртуальный симулятор позволяет сократить образовательный процесс по данной теме и позволит более осмысленно принимать решение в каждом конкретном случае.

Литература:

1. Марпл С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. / Под редакцией И.С. Рыжака. – М.: Мир, 1990.

2. Тревис Д. LabVIEW для всех. /Д. Тревис/ — М.: ДМК Пресс, 2004., справочные руководство Prentice Hall PTR LabVIEW for Everyone. Graphical. Programming. Made.Easy and Fun. 3rd Edition. Jul 2006.