변곡점 추출방법을 활용하여 AM-FM신호의 순간주파수를 추정하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 AM-FM신호의 국부적인 최대값/최소값을 변곡점 추출법을 활용하여 검출하며, 검출된 인접한 최대값/최소값 사이의 시간 간격을 계산하여 FM성분의 순간주파수를 추정한다. AM성분의 경우, 검출된 최소값/최대값의 포락선을 먼저 구하고 포락선의 최고값 간의 시간을 계산하여 순간주파수를 추정한다. 컴퓨터 모의실험으로 FM성분의 주파수가 고정된 경우와 변화하는 경우에 제안된 방법의 유용성을 검증한다. FM성분의 주파수가 일정한 AM-FM신호의 경우, 제안된 방법은 두 주파수 성분을 적절하게 추정한다. FM성분의 주파수가 변화하는 AM-FM신호의 경우, AM성분의 순간주파수는 적절히 추정되었으나 FM성분의 순간 주파수는 이론적인 주파수에서 편이되는 현상을 보인다. 이는 국소적인 최고점/최대점 검출로 표본수가 적어지는 효과에 따른 것으로, 저역통과 필터와 같은 후처리로 개선될 수 있다.
비선형적인 위상 변화를 지닌 비정상(non-stationary)신호는 레이더, 통신, 지질탐사, 음향, 생체공학 응용등 여러 분야에서 쉽게 접하는 신호이다. 비정상 신호는 일반적으로 시간의 변환에 따라 신호의 스페트럼 특성이 변화하는 신호를 의미하며, 순간 주파수는 신호의 특정시간에 해당하는 신호성분의 주파수를 의미한다. 따라서 열거한 레이더, 음향, 생ㅊ신호등에 있어서 순간 주파수는 신호의 물리적 특성을 파악하기 위한 중요한 변수이다. 이 논문에서는 연속 웨이브렛 변환을 이용한 비정상 신호의 순간 주파수를 결정에 대하여 연구하였고, 기존의 방법과 비교하였다. 신호에 잡음이나 여러 가지의 주파수가 중첩되어 있는 경우, 기존에 방법들로서는 정확한 순간 주파수를 결정할 수 없는 반면, 웨이브렛 변환을 이용한 경우, 신호의 성분에 관계없이 상당히 정확한 순간주파수를 결정할 수 있음에 대하여 설명하였다.
도플러 신호의 순간 주파수는 탄과 표적간의 상대속도, 이격거리 등의 정보를 얻는데 사용된다. 순간 주파수 추정을 위해 주로 사용되는 방법인 단구간 퓨리에 변환은 시간 및 주파수의 영역에서 고정된 크기의 창을 가지므로 광대역의 신호 특히, 주파수가 급격하게 변하는 신호에 대한 순간 주파수 추정에서는 많은 오차가 발생한다. 본 논문에서는 시간 및 주파수의 영역에서 창의 크기를 적응적으로 변화시킬 수 있는 연속 웨이브릿 변환에 기반한 도플러 신호의 순간 주파수를 추정하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 고주파수 영역에서는 좁은 창, 저주파수 영역에서는 넓은 창을 적용하여 시간에 따른 주파수의 변화에 무관하게 순간 주파수를 추정한다. 모의실험과 실제 실험을 통한 성능평가 결과 제안한 방법이 기존의 단구간 퓨리에 변환 방법에 비해 우수함을 확인하였다.
An instantaneous frequency analysis is a technique to examine a signature for the rotating machinery if the signal has several transitions within a cycle. This paper discusses the conditions of existing negative frequency components in the instantaneous frequency. By using a signal consisted of two frequency components, the instantaneous frequency analysis is conducted while the amplitude ratio between two frequency components has been changed. The analysis shows that, depending on the amplitude ratio, the instantaneous frequencies have averaged, zero-valued, or negative components. It turns out that the negative-valued instantaneous frequencies, which have been regarded as the noise effect, are the consequence of the calculation process for the multisignal components. The criteria of existing the negative values in instantaneous frequencies is given in terms of the relative amplitude ratio and the frequency difference. Especially when the amplitude ratio approaches to 1, the instantaneous frequency fluctuates ${\pm}\infty$ in theory, which implies that instantaneous frequency has unstable region around the amplitude ratio, 1.Also, as the frequency difference between major signal components is increased, the region of existing negative instantaneous becomes broader. In an instantaneous frequency analysis, therefore, a narrow band analysis is suggested, with extreme care if the amplitude ratio approaches to 1. In this paper, a vibration signal monitored from a rotating machinery is also examined as an application example in order to show the existence of negative instantaneous frequencies components.
새로운 에너지 자원으로 활용 가능성을 포함하고 있는 가스 하이드레이트를 조사하기 위해 한국지질자원연구원에서는 동해일원에서 탄성파탐사를 실시하고 있다. 탄성파 반사자료로부터 가스 하이드레이트 부존여부를 확인하는 방법은 해저면과 평행하면서 위상이 반대로 나타나는 고진폭 반사파 BSR (Bottom Simulating Reflect ion)과 BSR 상부에서의 진폭감소, 하부에서 진폭증가와 구간속도 감소 등을 들 수 있다. 그러나 고진폭 반사파는 free gas 또는 실리카를 포함하는 퇴적층에서도 발생하므로 이를 구별할 수 있는 방법이 필요하다. 여기에서는 가스 하이드레이트 탐사자료에 대한 일반자료처리와 함께 가스층 존재 유무를 확인하는 방법으로 많이 이용되는 탄성파 복소분석법을 적응하였다. 가스 하이드레이트 부존 유망지역에 대해 순간진폭, 순간진폭에 대한 1차, 2차 미분, 순간위상, 순간주파수 단면도를 제작하여 중합단면도와 비교하였으며 그 결과 순간진폭단면도의 경우 강한 BSR이 나타나는 지층경계면에서 순간진폭변화 차이를 강하게 보였으며, 순간주파수 단면도의 경우 BSR지역에서 고주파에서 저주파수로 변화함을 확인할 수 있었다.
비선형적인 위상 변화를 지닌 비정상(non-stationary)신호는 레이더(Radar), 통신(telecommunication), 생체공학, 지질탐사, 음향 등 여러 분야에서 쉽게 접하는 신호이다. 비정상신호는 일반적으로 시간에 따라 신호의 물리적 특성이 변화하는 신호를 의미하며, 순간 주파수는 신호의 특정시간에 해당하는 신호의 주파수를 의미한다. 이 논문에서는 순간 주파수를 결정하기 위한 연속 웨이브렛 변환의 적용에 대하여 논하였다.
The instantaneous frequency gives a frequency value at a time instance. Thus, it is natural to use the instantaneous frequency for detecting disturbances of voltage signal in power line. Various instantaneous frequency estimators are introduced. By applying to different types of disturbed signals, we show the estimators' ability to classify flickers. Also, the computational costs are compared between different instantaneous frequency estimators. The Prony's method (PRONY) and the modified covariance method (MCOV) need relatively smaller amount of calculation than the Teaser-Kaiser energy operator based estimator (DESA II). For an AM-FM modulated signal, the tracking performance of different instantaneous frequency estimators is also compared. Through simulation, it is shown that MCOV produces less variant frequency estimation values than DESA II and PRONY method.
There have been many different definitions of energy functions as the second statistics of a signal. In this paper, using the higher order differential energy function, we propose an algorithm separating the amplitude and frequency components in a discrete sinusoidal signal. The proposed amplitude and frequency estimation methods have less computational requirement than the existing methods. It also shows large computational advantage over the root mean square (RMS) calculation of a signal. The proposed methods can be used in the detection of abnormal events in signals on the power line. Computer simulations show that proposed frequency estimation method can detect the presence of voltage increase or decrease for a short period of time. Also, the proposed estimation methods have been compared with existing methods in terms of estimation error variance.
매개변수가진에 종속되는 현의 횡방향진동을 시간영역에서 필터작업, 힐버트 변환과 순간주파수 개념을 도입하여 해석함으로서 종방향의 순간진동변위를 추정하는 방법이 제시되었다. 그리고, 실험을 통하여 이론의 타당성을 검증 하였다. 또한, 모의 실험의 결과 일반적인 현구동계에 있어서는 넓은 적용변 수의 선\ulcorner영역에서 종변위가 횡변위와 분리(decoupling) 되어서 공간적으로 길이에 따르는 선형적인 증가성과 시간적으로 조화적인 주기성을 가진다는 것을 확인함으로서 임의의 위치에서의 종변위를 파악함이 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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