Способы анализа частот

[wissance]

Способы анализа частот

[EvilLord666]

Я тут провел расчеты на бумаге, оказывается все может быть еще проще. В принципе с такой системой мы не сможем мерять частоту, нам даже не надо считать тики, это бесполезно, т.к. наш дискрет времени - 21мкс, но мы может отличить 21 кГц на фоне 15 или даже 18 за счет дискретности, см. файлы:

9 кГц -> 5-6 ридаутов на период
13 кГц -> 4-5 ридаутов
15 и 18 - 3-4 ридаута
21 - 2 ридаута
(см. картинки)
Причем точность выше при расчете на период нежели чем на половину периода (вот в чем одна из проблем сейчас). Нам нужно считать число ридаутов за период (т.е. двойное изменение уровня по сравнению с порогом). Случай когда точка из пары 15,21 или 21,18 нужно взять периода 4 и сравнить длительности, если число ридаутов == 2 то мы нашли 21 кГц (их конечно может и 3 , но тогда надо брать соседний, потому что если смотреть рисунок, то после 3х ридаутов для 21кГц сразу идет 2).

[EvilLord666]

Анализ перехода 21 кГц в 18 кГц (как самого трудного):

[VeryNiceGuy]

Поскольку мы имеем дело с тривиальной световой пульсацией "перепрыгивающей" с одной частоты на другую спектральный анализ посредством Фурье кажется нецелесообразным по следующим причинам:

1. Отсутствие данных для проведения анализа. В виду отсутствия корреляции между пульсациями на разных частотах не представляется возможным воспринимать их в виде единого сигнала. Безусловно, обладая всеми необходимыми характеристиками пульсации мы могли бы реставрировать(выровнять интервалы между вспышками и сами вспышки по продолжительности, устранить коллизии) и реконструировать(синтезировать) единый сигнал во временной области, затем преобразовать его к представлению в частотной области(получить спектр) и анализировать. Однако, учитывая тот факт, что наличие, либо отсутствие посторонней пульсации становится очевидно просто сравнив продолжительность интервалов и/или вспышек, все вышеперечисленные манипуляции теряют какой-либо практический смысл.

2. Отсутствие возможности хранения семплов на ПЛИС. У нас не хватит ресурсов.

3. Передача семплов процессору(если бы мы решили пойти таким путем) породит латентность которая не позволит нам закончить обработку за отведенное время.

[EvilLord666]

АЛГОРИТМ №1 (Рабоче-крестьянский)
Во многих статьях пишут, что чем меньше сложных дейтсвий в алгоритме, тем лучше, поэтому самый, наверное, простой алгоритм.

На Dragster у нас имеется по 6 точек, поэтому при проходе линейки получаем следущее (псевдокод)

for(для каждой точки) // 0..5
{
if(первый запуск) // самое начало 500мкс цикла
фаза = нач._фаза
else
{
while(!прыжок_частоты)
{
for(half_period = 0; half_period <=1; half_period++)
{
while(текущая_фаза == фаза || interrupt); //ждем или ожидание прерывается
// произошел скачок фиксируем полупериод
число_тиков_периода += счетчик; // просуммировали полупериод
текущая_фаза = фаза
if(!check_half_period(счетчик)) // проверяем число тиков полупериода на
// грубое соответсвие и устанавливаем special_case
// когда у нас перекрытие единиц или нулей
{
прыжок_частоты = true;
break;
}
if(special_case)
{
прыжок_частоты = true;
}
if(half_period == 1)
{
число_тиков += число_тиков_периода;
счетчик_периодов++
check_period(число_тиков)
}
}
if(число периодов in (2,4,8)
{
среднее_число_тиков_за_период = число_тиков / число периодов;
// усреднение нужно для возможного уменьшения среднего
// зафиксированного числа тиков для уменьшения площади перекрытия
// числа тиков +- ридаут для двух разных частот, но чтобы оценить как это
// дейтсивтельно работает нужно посчитать (см. первый пост)

           }
      }
  }
 if(прыжок_частоты)
 {
      индекс_ожидаемой_чатоты ++;    // но проверку также необходимо сделать, 
                                                              // это значение не может быть больше 1
     // все теперь можем дальше ничего не считать, т.к. общее число тиков нам известно
 }

}

Т.е. вся идея паттерна это поиск прыжка частоты, может быть 2 варианта:

1. Переход в новую частоту на противоположной фазе, например, 0 частоы 0 в 1 частоты 1
2. Переход на новую частоту в той же фазе длинная 1 (длинного 0, по-моему, не существует).

При этом аккумулируя периоды одной частоты мы проводим вычисления среднего числа тиков периода данной частоты и это среднее значение используем (если оно вычислено) для сравнения с числом тиков полупериода или периода другой частоты, среднее значение нам теоретически может дать уменьшение числа импульсов и передвижение в область близкую к центру погрешности т.е. к readout/2 (но это еще необходимо посчитать). Но в условиях таких погрешностей, для диска курса все может быть неплохо, а для тангажа могут быть проблемы (большое перекрытие).

[VeryNiceGuy]

`timescale 1 ns / 1 ps

module frequency_jump_detector #
(
    parameter pixel_number = 0,
    parameter period_1, /* нс */
    parameter period_2, /* нс */
    parameter period_3, /* нс */
    parameter tolerance /* нс */
)
(
    input wire pixel_clock,
    input wire reset,
    input wire enable,
    output wire jump_detected,
    input wire lval,
    input wire[7:0] pixel
);

localparam period_50MHz = 20;
reg[11:0] pixel_counter;
reg measure_time;
reg[31:0] elapsed_time;

reg[1:0] current_frequency;
localparam FREQUENCY_UNKNOWN = 2'b00;
localparam FREQUENCY_1 = 2'b01;
localparam FREQUENCY_2 = 2'b10;
localparam FREQUENCY_3 = 2'b11;

always@(posedge pixel_clock) begin
    if(!reset) begin
        pixel_counter <= 0;
        measure_time <= 1'b0;
        elapsed_time <= 0;
        current_frequency <= FREQUENCY_UNKNOWN;
    end

    else begin
        if(enable) begin
            if(lval) begin
                pixel_counter <= pixel_counter + 1;
            
                if(measure_time)
                    elapsed_time <= elapsed_time + period_50MHz;
            
                if(pixel_counter == pixel_number) begin
                    if(pixel != 0) begin
                        if(!measure_time) begin
                            measure_time <= 1'b1;
                            elapsed_time <= elapsed_time + period_50MHz;
                        end
                    
                        else begin
                            /* Сбрасываем время. */
                            elapsed_time <= 0;
					
			/* Время между импульсами приблизительно соответствует периоду частоты 1. */
                            if(elapsed_time >= period_1 - tolerance && elapsed_time <= period_1 + tolerance) begin
                                if(current_frequency != FREQUENCY_UNKNOWN && current_frequency != FREQUENCY_1)
                                    jump_detected <= 1'b1;
                                
                                current_frequency <= FREQUENCY_1;
                            end
                        
                        /* Время между импульсами приблизительно соответствует периоду частоты 2. */
                        else if(elapsed_time >= period_2 - tolerance && elapsed_time <= period_2 + tolerance) begin
                            if(current_frequency != FREQUENCY_UNKNOWN && current_frequency != FREQUENCY_2)
                                jump_detected <= 1'b1;

                            current_frequency <= FREQUENCY_2;                               
                        end
                        
                        /* Время между импульсами приблизительно соответствует периоду частоты 3. */
                        else if(elapsed_time >= period_3 - tolerance && elapsed_time <= period_3 + tolerance) begin
                            if(current_frequency != FREQUENCY_UNKNOWN && current_frequency != FREQUENCY_3)
                                jump_detected <= 1'b1;
                        
                            current_frequency <= FREQUENCY_3;
                        end
                        
                        /* Промежуток оказался слишком коротким, либо длинным. */
                        /* else begin
                                jump_detected <= 1'b1;
                                current_frequency <= FREQUENCY_UNKNOWN;
                            end
                        */
                        end
                    end
                end
            
                else begin
                    jump_detected <= 1'b0;
                end
            end
        
            else begin
                pixel_counter <= 0;
            end
        end
    end
end

endmodule

[VeryNiceGuy]

Алгоритм замеряет время прошедшее с момента регистрации последнего импульса и сравнивает его с периодами заданных частот + допуск. В случае прыжка или ошибки просто еще раз считаем время начиная с проблемного импульса до следующего за ним. Как только частота стабилизируется, она фиксируется и сопоставляется с той что была зарегистрирована ранее.

1. Определяем текущую частоту (полагаю, опорную).
2. Проверяем каждый промежуток между импульсами и ждем прыжок.
3. Пытаемся фиксировать прыжок.
4. В случае неудачи замеряем следующий интервал, определяем текущую частоту и фиксируем прыжок.

[EvilLord666]

Проект заморожен, задача прекращается в связи со сворачиванием 218-го.