Педагогические науки/1. Дистанционное образование

Синица В.И., Чернявский Е.И.

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт», Украина

Виртуальный симулятор для изучения кратковременного преобразования Фурье

Для продуктивного изучения теоретического материала курса «Цифровая обработка сигналов» в Национальном техническом университете Украины (КПИ) на кафедре «Информационно-измерительной техники» продолжается активная и серьезная работа по разработке серии виртуальных симуляторов с целью обеспечения гармоничного сочетания традиционных и компьютерных средств обеспечения учебного процесса.

Прикладные программы созданы в инструментальной среде разработки приложений LabVIEW (пакет LabVIEW 8.0), причем программное обеспечение разработано таким образом, что изучение и выполнение заданий возможно как на локальном рабочем месте, так и в режиме удаленного доступа к информационным ресурсам.

Для изучения раздела «Кратковременное преобразование Фурье» разработан симулятор, который обеспечивает возможность уяснить основные понятия анализа, ознакомиться с процедурой кратковременного преобразования Фурье и характеристиками анализа, а также моделировать процесс спектрального анализа нерегулярного сигнала.

Программная часть виртуального симулятора имеет пользовательский интерфейс, внешний вид которого представлен на рисунке 1.

Интерфейс пользователя симулятора «Кратковременное преобразование Фурье» состоит из трех основных полей: поле регулировки параметров входного сигнала; поле выбора типа и параметров оконной функции; графическое поле.

Устанавливая параметры нерегулярного входного сигнала и изменяя параметры анализа с помощью выбора вида и параметров используемой оконной функции, можно оперативно наблюдать результаты спектрального анализа на графическом поле в виде спектрограммы (частотно-временное представление) или в виде 3D – изображений (график, поверхность).

Рисунок 1 - Интерфейс пользователя симулятора: в графическом поле представлена осциллограмма входного нерегулярного сигнала

Например, на рисунке 2 представлена спектрограмма входного сигнала со следующими параметрами: амплитуда – 1 В, приращение амплитуды – 0 В, начальная частота – 1 Гц, приращение частоты – 5 Гц, количество интервалов времени – 4. Спектральный анализ STFT проводился с использованием Прямоугольного окна шириной 8 сек без начального сдвига относительно начала координат, то есть окно «накрывало» весь сигнал, а спектрограмма фиксировала временные промежутки, в которых присутствовала та или иная составляющая сигнала.

Разработанный симулятор позволяет сократить образовательный процесс по данной теме и позволит более осмысленно принимать решение в каждом конкретном случае.

Рисунок 2 – Спектрограмма входного сигнала.

Разработанный симулятор «Кратковременное преобразование Фурье» внедрен в программу подготовки студентов всех форм обучения и используется в дистанционном обучении на платформе Moodle по курсу «Цифровая обработка сигналов».

Вывод: виртуальный симулятор, обеспечивает понимание процесса спектрального анализа с помощью кратковременного преобразования Фурье и делает его наглядным, а также является реальной возможностью для эффективной подготовки будущего специалиста.

Литература:

1. LabVIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н.А. – М.:ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. – 544с.: ил.

2. А.В. Оппенгейм, Р.В. Шафер. Цифровая обработка сигналов /Под редакцией С.Я. Шаца. – М.: Мир, 1980.