Kursovaya_rabota

Постановка задачи
Разработать компьютерную среду, которая предоставляла бы пользователям удобные возможности для выполнения операций по вводу исследованию многоканальных сигналов, таких как:
Ввод из файла
Сохранение в файл
Отображение осциллограмм каналов, с широкими возможностями анализа осциллограмм.
Сбор статистики по каналам
Моделирование сигналов с дискретным и непрерывным аргументами.
Спектральный анализ
Отображение спектрограммы
Продемонстрировать возможности системы на примере задачи исследования сигналов акселерометра и гироскопа смартфона.

Обоснование системы выбора программирования
Для реализации технической части задачи был выбран язык C#, и библиотека для написания оконных приложений Windows Form.
Такой выбор был обоснован тем, что язык C# является одним из наиболее быстрых и удобных современных языков. Он идеально подходит для проведения громоздких расчетов, которые должны быть реализованы в проекте. Также, в C# реализован объектно-ориентированный подход к программированию, что способствует написанию больших проектов.
Также, библиотека Windows Form включает в себя множество удобных шаблонов, подходящих для реализации необходимого интерфейса, в том числе конструктор дизайна.
Вместе с тем, C# поддерживает все современные стандарты программирования, что способствует написанию быстрого и понятного кода. Windows Form же, в свою очередь, благодаря наличию удобных решений, помогает сосредоточиться на решении задач по анализу сигналов.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №1
В лабораторной работе №1 было реализовано верхнее меню с пунктами, представленными на скриншоте.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №2
Во второй лабораторной работе был реализован ввод/вывод многоканальных сигналов из файлов формата TXT, а также было реализовано отображение средств навигации по каналам и полной информации о многоканальном сигнале.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №3
В третьей лабораторной работе была реализована технология отображения осциллограмм полных сигналов и их произвольных фрагментов.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №4
В четвертой лабораторной работе было реализовано моделирование детерминированных цифровых сигналов, а также была реализована процедура сохранения сигналов в файлы формата TXT.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №5
В пятой лабораторной работе была реализована функция моделирования случайных цифровых сигналов, а также сервис «Суперпозиция каналов».

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №6
В шестой лабораторной работе были разработаны средства расчета и отображения элементарных статистик цифровых сигналов.

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №7
В седьмой лабораторной работе была реализована возможность проведения спектрального анализа: расчета и графического отображения амплитудных спектров Фурье и оценок спектральной плотности мощности.
Амплитудный спектр
СПМ

Реализованные функции в программе. Лабораторная работа №8
В восьмой лабораторной работе было реализовано графическое отображение частотно-временных спектрограмм.

Применение в исследовании сигналов смартфона.
В ходе выполнения курсовой работы были были получены данные уровня моря с четырех GLOSS-станций (Находка, Владивосток, Тояма, Фукаура) за три месяца (март, апрель, май 2022г), сконвертированные и сшитые с помощью программ Unidec.exe и Stitcher.exe в многоканальный сигнал TXT. Полученные данные были отображены в программе, после чего был произведен анализ средствами программы, результаты которого более подробно рассмотрены в презентации с описанием экспериментов.

1 Пункт
Отображение осцилограмм сигналов колебаний уровня моря на всех четырех станциях.

Пункт 2.
Рассчитываем и отображаем спектры Фурье всех каналов.

Пункт 3
Найти пики, соответствующие приливным колебаниям (периоды 12 и 24 часа). Для начала посмотрим на приливные колебания на осцилограммах. Рассмотрим несколько фрагментов по 12 часов.
Как мы видим, на всех осцилограммах наблюдаются равномерные колебания, которые связаны с приливами и отливами

Периоду в 12 часов приблизительно соответствует частота в 2.31481e^-5 Гц. Периоду в 24 часа приблизительно соответствует частота в 1.1574e^-5 Гц. Рассмотрим спектр Фурье.
Как мы видим, на ожидаемых нами частотах есть ярко выраженные пики значений, что соответствует нашим ожиданиям.

Пункт 4.
Отобразим спектры в низкочастотной области, где будут хорошо заметны пики сейшевых колебаний.
Для начала рассмотрим фрагменты осцилограмм сигналов, периодом в месяц.

Как мы видим, на всех осцилограммах видны приливные колебания, но так же, очень хорошо прослеживаются
гораздо более низкочастотные сейшовые колебания, с периодом примерно в 10 дней, что приблизительно соответствует частоте колебаний в e^-5Гц. На спектре мы как раз можем увидеть пики частот на этих значениях.

Пункт 5.
Рассчитаем и отобразим спектрограммы всех четырех каналов.

Вывод.
Колебания во Владивостоке и Находке более равномерные, тогда как на станциях в Японии они более хаотичные. Причин у подобной разницы может быть несколько, например, частая сейсмическая активность в Японии; различия между Приморским и Цусимским течениями, особенности которых влияют на характер колебаний; географические особенности расположения станций (например, станция Тояма находится в заливе), и другие.