Системный спектральный анализ сигналов: теоретические основы и практические применения

Abstract

Предложен новый комплексный метод анализа сигналов - системный спектральный анализ (ССА), - основанный на совместном применении линейных и нелинейных интегральных преобразований. Системный подход впервые успешно использован для анализа сигналов различной природы. Продемонстрировано, что ССА позволяет проводить комплексное исследование сигнала, компенсируя недостатки одних используемых интегральных преобразований достоинствами других, поскольку каждое преобразование обладает своим уникальным набором свойств. Отмечено, что одновременное использование линейных и нелинейных преобразований дает возможность эффективного анализа сигналов в присутствии как гауссовского (линейные преобразования), так и негауссовского (нелинейные преобразования) шума. На примере анализа реальных процессов, имеющих искусственный (старт космического аппарата) или естественный ("волна-убийца") характер, показана эффективность ССА как нового комплексного метода анализа сигналов.

Пропонується новий комплексний метод аналізу сигналів – системний спектральний аналіз, – побудований на одночасному застосуванні лінійних та нелінійних інтегральних перетворень. Системний підхід вперше успішно застосовано для аналізу сигналів різного походження. Продемонстровано, що системний спектральний аналіз дозволяє проводити комплексне дослідження сигналу, компенсуючи недоліки одних використовуваних інтегральних перетворень перевагами інших, оскільки кожне перетворення має власний унікальний набір властивостей. Відзначається, що одночасне застосування лінійних та нелінійних перетворень надає можливості ефективного аналізу сигналів за наявності як гаусовської (лінійні перетворення), так і негаусовської (нелінійні перетворення) завади. На прикладі аналізу реальних процесів, що мають штучний (старт космічного апарата) або природний (“хвиля-вбивця”) характер, показано ефективність системного спектрального аналізу як нового комплексного методу аналізу сигналів.

A new complex method of signal analysis, called as the system spectral analysis, which is based on the simultaneous application of linear and non-linear integral transforms is proposed. The system approach for analizing the signals of different nature was successfully applied. The system spectral analysis has shown to be useful for the signal integrated study. The disadvantages of some used integral transformations are compensated by the advantages of the other ones, because each transformation has its own and unique set of properties. It will be noted that the linear and non-linear transforms simultaneously used make possible to effectively analyze the signals against the background of both the Gaussian (by linear transforms) and the non-Gaussian noise (by non-linear transforms). The efficiency of the system spectral analysis as a new complex method of signal analysis is shown by the example of this on real processes having both an artificial descent (the spacecraft launch) and a natural one (the rogue wave).