Details

Данная работа посвящена разработке программного средства для оценки текущей частоты радиосигнала с доплеровским сдвигом, основанного на анализе спектрограммы. В качестве методов оценки частоты рассматриваются: определение по положению максимума спектра и по центру масс спектральной плотности. Задачи, которые решались в ходе работы: 1. Разработка архитектуры программы с модульной структурой на языке Python; 2. Реализация методов оценки текущей частоты радиосигнала; 3. Проведение экспериментов на синтетических сигналах с варьируемым уровнем шума, формой окна и длиной сегмента быстрого преобразования Фурье (БПФ); 4. Обработка реального SDR-сигнала формата APT от спутника NOAA-18; 5. Сравнение оценок текущей частоты с теоретическим доплеровским сдвигом, рассчи танным по орбитальным данным. Врезультате разработана и апробирована программа спектрального анализа радиосиг налов, пригодная для применения в задачах радиомониторинга, визуализации и обучения. Программа успешно протестирована на реальных данных и может использоваться в си стемах с ограниченными вычислительными ресурсами.

This work is devoted to the development of a software tool for estimating the instantaneous frequency of radio signals affected by Doppler shift, based on spectrogram analysis. The frequency is estimated using two methods: spectral peak and spectral centroid. The research set the following goals: 1. Development of a modular program architecture in Python; 2. Implementation of frequency estimation methods; 3. Experimental evaluation on synthetic signals with varying noise levels, window types, and Fast Fourier Transform (FFT) segment lengths; 4. Processing of real APT (Automatic Picture Transmission) signals received using Software Defined Radio (SDR) from the NOAA-18 satellite; 5. Comparison of the estimated instantaneous frequency with the theoretical Doppler shift computed from orbital data. As a result, a spectrogram-based signal analysis program was developed and tested. It is suitable for use in signal monitoring, visualization, and educational applications. The program has been successfully validated on real-world data and can operate in systems with limited computational resources.

• ВВЕДЕНИЕ
• Обзор существующих решений
  • Доплеровский эффект и спектральные методы
  • Альтернативные методы анализа частоты
  • Быстрое преобразование Фурье и оконные функции
  • Роль SDR и типы радиосигналов
• Постановка задачи
  • Цель и задачи исследования
  • Входные и выходные данные
  • Критерии оценки и воспроизводимость
• Математическая модель и алгоритм
  • Архитектура программы
  • Процесс обработки сигнала
  • Спектральная модель
  • Методы оценки текущей частоты
• Эксперименты на синтетических данных
  • Сравнение методов
  • Сценарии сигналов и шума
  • Влияние параметров анализа
  • Влияние метода сглаживания
  • Выводы и обобщения
• Анализ реальных SDR-сигналов
  • Характеристики сигнала
  • Обработка и результаты
  • Сравнение с теоретическим Доплером
  • Относительная ошибка оценок частоты
  • Практические выводы
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ