Підвищення ефективності спектрального аналізу при попередній обробці сигналів методом SSA в умовах порогового відношення сигнал-шум

Abstract

Предмет статті – методи спектрального аналізу, метод сингулярного спектрального аналізу (singular spectrum analysis-SSA). Мета даної статті – підвищення ефективності спектрального аналізу (зменшення середньо-квадратичної похибки оцінювання частоти) в умовах порогового відношення сигнал-шум (ВСШ) при попередній обробці сигналів методом SSA. Результати. На основі раніше розробленого авторами методу просторового спектрального аналізу, основаного на одночасному використанні декількох методів спектрального аналізу ,та попередньої обробки сигналів на основі модифікованого методу SSA запропоновано здійснювати обчислення методу SSA в умовах порогового ВСШ та не здійснювати його обчислення в області середніх та високих ВСШ. Таке спрощення здійснюється з огляду на високу ефективність сучасних методів спектрального аналізу в умовах середніх та високих ВСШ. Висновки. Проведене дослідження показало, що використання запропонованого підходу в умовах порогового ВСШ дозволяє забезпечити точність оцінювання частот гармонічних компонент сигналу, що забезпечується при використанні методу SSA, а в умовах середніх та високих ВСШ точність, що визначається методом спектрального аналізу. Зазначені результати можуть бути використані при оцінюванні стану каналу зв’язку, пеленгації джерел випромінювання та в ряді інших випадків.

The subject of the paperis the methods of spectral analysis, singular spectrum analysis method. The purpose of this paper is improving the performance of spectral analysis (reduction of the value of root mean square error offrequency estimation) in the condition of threshold signal-to-noise ratio (SNR) when using preliminary signal processing by SSA method. Results. Based on the author’s previously developed method of spatial spectral analysis based on joint using the several methods of spectral analysis and preliminary signal processing with using modified SSA the calculation of SSA in the case of threshold SNR is proposed. Furthermore, it is not necessary to calculate the SSA in the condition of medium and high SNR. This simplification can be explained by the fact that in such conditions the performance of the modern methods of spectral analysis is high. Conclusions. The conducted investigation shows that using the proposed approach in the case of threshold SNR allows obtainingthe accuracy of frequency estimation of harmonic components of the signal which is provided in the case of application of the SSA method. In thecase of high and medium SNRs the accuracy is determined by accuracy of the method of spectral analysis. The obtained results can be used for the communication channel state estimation and direction of arrival estimation of radiation source.