ПРОГРАМНИЙ ЗАСІБ ДЛЯ КАЛМАНІВСЬКОГО ФІЛЬТРУВАННЯ СИГНАЛУ В РЕЖИМІ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ

Анотація

У статті представлено розробку програмного засобу для виконання фільтрації пакету даних за алгоритмом Калмана в режимі реального часу або наближеному до нього. Проведено аналіз існуючих наукових досліджень, присвячених адаптації фільтра Калмана до різноманітних задач обробки сигналів в інформаційно-вимірювальній техніці. Наведено узагальнений теоретичний опис принципу дії фільтра Калмана, включаючи рівняння спостереження та системне рівняння, що описують зв'язок між спостережуваними даними та невідомою характеристикою, а також динаміку зміни стану процесу в часі. Деталізовано послідовність основних операцій фільтра Калмана для кожного вимірювання: визначення приросту, оновлення передбачення, перерахунок сходимості похибки та формування нового передбачення. Основну частину роботи присвячено розробці програмного засобу, що реалізує спрощену версію фільтра Калмана. Програмний засіб розроблено з використанням об’єктно-орієнтованої парадигми програмування на основі відокремлених класів. Графічний інтерфейс користувача створено за допомогою бібліотеки QT, що забезпечує зручне візуальне представлення даних та елементи керування. Описано структуру розроблених класів, включаючи генератор типових сигналів (синусоїдального, прямокутного, трикутного), генератор шуму із заданою амплітудою та безпосередньо клас фільтра Калмана. Представлено блок-схеми алгоритму виконання фільтрації та алгоритму пошуку середньої похибки передбачення для фільтра Калмана. Детально описано інтерфейс розробленого програмного засобу з поясненням функціональності кожного елемента керування (амплітуда та частота генератора, тип сигналу, об’єм буфера даних, параметри генератора шуму, керування примусовою генерацією, панелі виводу похибок та візуалізатор). Наведено приклади роботи програмного засобу при генерації та фільтрації сигналів різних типів.