WikiDer > Pronys usuli - Vikipediya

Vaqt-domen signalining proni tahlili

Proni tahlil qilish (Prony usuli) tomonidan ishlab chiqilgan Gaspard Riche de Prony 1795 yilda. Ammo usuldan amaliy foydalanish raqamli kompyuterni kutib turardi.^[1] Ga o'xshash Furye konvertatsiyasi, Prony usuli bir xil namuna olingan signaldan qimmatli ma'lumotlarni ajratib oladi va bir qator namlangan kompleks eksponentlarni yaratadi yoki namlangan sinusoidlar. Bu signalning chastota, amplituda, faza va amortizatsiya qismlarini baholashga imkon beradi.

Usul

Ruxsat bering ${ displaystyle f (t)}$ dan iborat bo'lgan signal bo'lishi kerak ${ displaystyle N}$ bir tekis joylashtirilgan namunalar. Pronining usuli funktsiyaga mos keladi

${ displaystyle { hat {f}} (t) = sum _ {i = 1} ^ {M} A_ {i} e ^ { sigma _ {i} t} cos ( omega _ {i} t + phi _ {i})}$

kuzatilganlarga ${ displaystyle f (t)}$. Ba'zi bir manipulyatsiyadan keyin Eyler formulasi, quyidagi natija olinadi. Bu atamalarni to'g'ridan-to'g'ri hisoblash imkonini beradi.

${ displaystyle { begin {aligned} { hat {f}} (t) & = sum _ {i = 1} ^ {M} A_ {i} e ^ { sigma _ {i} t} cos ( omega _ {i} t + phi _ {i}) & = sum _ {i = 1} ^ {M} { frac {1} {2}} A_ {i} e ^ { pm j phi _ {i}} e ^ { lambda _ {i} t} end {hizalanmış}}}$

qaerda:

• ${ displaystyle lambda _ {i} = sigma _ {i} pm j omega _ {i}}$ tizimning o'ziga xos qiymatlari,
• ${ displaystyle sigma _ {i} = - omega _ {0, i} xi _ {i}}$ amortizatsiya komponentlari,
• ${ displaystyle omega _ {i} = omega _ {0, i} { sqrt {1- xi _ {i} ^ {2}}}}$ burchak chastotasining tarkibiy qismlari
• ${ displaystyle phi _ {i}}$ faza komponentlari,
• ${ displaystyle f_ {i} = { omega _ {i} over {2 pi}}}$ chastota komponentlari,
• ${ displaystyle A_ {i}}$ qatorning amplituda komponentlari va
• ${ displaystyle j}$ bo'ladi xayoliy birlik (${ displaystyle j ^ {2} = - 1}$).

Vakolatxonalar

Prony usuli asosan signalning parchalanishidir ${ displaystyle M}$ quyidagi jarayon orqali murakkab eksponentlar:

Muntazam ravishda namuna oling ${ displaystyle { hat {f}} (t)}$ shunday qilib ${ displaystyle n}$- ning ${ displaystyle N}$ namunalari sifatida yozilishi mumkin

${ displaystyle F_ {n} = { hat {f}} ( Delta _ {t} n) = sum _ {m = 1} ^ {M} mathrm {B} _ {m} e ^ { lambda _ {m} Delta _ {t} n}, quad n = 0, nuqtalar, N-1.}$

Agar ${ displaystyle { hat {f}} (t)}$ susayib qolgan sinusoidlardan iborat bo'lib, juft juft eksponensiallar bo'ladi

${ displaystyle { begin {aligned} mathrm {B} _ {a} & = { frac {1} {2}} A_ {i} e ^ { phi _ {i} j}, mathrm {B} _ {b} & = { frac {1} {2}} A_ {i} e ^ {- phi _ {i} j}, lambda _ {a} & = sigma _ { i} + j omega _ {i}, lambda _ {b} & = sigma _ {i} -j omega _ {i}, end {hizalangan}}}$

qayerda

${ displaystyle { begin {aligned} mathrm {B} _ {a} e ^ { lambda _ {a} t} + mathrm {B} _ {b} e ^ { lambda _ {b} t} & = { frac {1} {2}} A_ {i} e ^ { phi _ {i} j} e ^ {( sigma _ {i} + j omega _ {i}) t} + { frac {1} {2}} A_ {i} e ^ {- phi _ {i} j} e ^ {( sigma _ {i} -j omega _ {i}) t} & = A_ {i} e ^ { sigma _ {i} t} cos ( omega _ {i} t + phi _ {i}). End {hizalanmış}}}$

Chunki murakkab eksponentlarning yig'indisi chiziqli uchun bir hil echimdir farq tenglamasi, quyidagi farq tenglamasi mavjud bo'ladi:

${ displaystyle { hat {f}} ( Delta _ {t} n) = sum _ {m = 1} ^ {M} { hat {f}} [ Delta _ {t} (nm)] P_ {m}, quad n = M, nuqta, N-1.}$

Prony's Method-ning kaliti shundaki, farq tenglamasidagi koeffitsientlar quyidagi polinom bilan bog'liq:

${ displaystyle z ^ {M} -P_ {1} z ^ {M-1} - nuqtalar -P_ {M} = prod _ {m = 1} ^ {M} chap (ze ^ { lambda _ {m}} o'ng).}$

Ushbu dalillar Proni uslubiga quyidagi uchta qadamni olib keladi:

1) uchun matritsa tenglamasini tuzing va eching ${ displaystyle P_ {m}}$ qiymatlar:

${ displaystyle { begin {bmatrix} F_ {M} vdots F_ {N-1} end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} F_ {M-1} & dots & F_ {0 } vdots & ddots & vdots F_ {N-2} & dots & F_ {NM-1} end {bmatrix}} { begin {bmatrix} P_ {1} vdots P_ {M} end {bmatrix}}.}$

E'tibor bering, agar ${ displaystyle N neq 2M}$, qiymatlarni topish uchun teskari umumlashtirilgan matritsa kerak bo'lishi mumkin ${ displaystyle P_ {m}}$.

2) ni topgandan keyin ${ displaystyle P_ {m}}$ qiymatlar polinomning ildizlarini (agar kerak bo'lsa, raqamli) topadi

${ displaystyle z ^ {M} -P_ {1} z ^ {M-1} - nuqtalar -P_ {M},}$

The ${ displaystyle m}$-bu polinomning uchinchi ildizi teng bo'ladi ${ displaystyle e ^ { lambda _ {m}}}$.

3) bilan ${ displaystyle e ^ { lambda _ {m}}}$ qiymatlarini ${ displaystyle F_ {n}}$ qiymatlari bu uchun echimini topish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan chiziqli tenglamalar tizimining bir qismidir ${ displaystyle mathrm {B} _ {m}}$ qiymatlar:

${ displaystyle { begin {bmatrix} F_ {k_ {1}} vdots F_ {k_ {M}} end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} (e ^ { lambda _ { 1}}) ^ {k_ {1}} & dots & (e ^ { lambda _ {M}}) ^ {k_ {1}} vdots & ddots & vdots (e ^ { lambda _ {1}}) ^ {k_ {M}} & dots & (e ^ { lambda _ {M}}) ^ {k_ {M}} end {bmatrix}} { begin {bmatrix} mathrm {B} _ {1} vdots mathrm {B} _ {M} end {bmatrix}},}$

qayerda ${ displaystyle M}$ noyob qadriyatlar ${ displaystyle k_ {i}}$ ishlatiladi. Agar ko'proq bo'lsa, teskari umumlashtirilgan matritsadan foydalanish mumkin ${ displaystyle M}$ namunalardan foydalaniladi.

Uchun hal qilishiga e'tibor bering ${ displaystyle lambda _ {m}}$ noaniqliklar keltirib chiqaradi, chunki faqat ${ displaystyle e ^ { lambda _ {m}}}$ uchun hal qilindi va ${ displaystyle e ^ { lambda _ {m}} = e ^ { lambda _ {m} , + , q2 pi j}}$ butun son uchun ${ displaystyle q}$. Bu xuddi Furye konvertatsiyasiga bog'liq bo'lgan Nyquist namunalarini olish mezonlariga olib keladi:

${ displaystyle left | operator nomi {Im} ( lambda _ {m}) o'ng | = chap | omega _ {m} o'ng | <{ frac { pi} { Delta _ {t} }}.}$

Shuningdek qarang

• Umumiy funktsional qalam usuli

Izohlar

Adabiyotlar