Estudo e análise comparativa das técnicas de compressed sensing e subamostragem

• Autor(a) principal: Guerreiro, Marco Tulio Lopes
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/15094
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Processamento de sinais; Fourier, Transformadas de; Conversores digitais-analógicos; Signal processing; Fourier transformations; Digital-to-analog converters

A resposta em frequência da bioimpedância tem sido aplicada para determinação da qualidade da carne para consumo e diagnóstico de câncer de pele. No entanto, a aquisição e análise da bioimpedância multifrequencial apresenta desafios, em particular devido as elevadas taxas de amostragem impostas ao conversor analógico-digital, o que pode inviabilizar aplicações de baixo custo devido a necessidade de conversores mais caros. Este trabalho apresenta um estudo e uma análise comparativa entre duas técnicas de aquisição e processamento de sinais, que visam reduzir a taxa de amostragem. A técnica de compressed sensing possui uma abordagem diferente dos métodos convencionais, sendo que projeções do sinal são amostradas. A partir do pressuposto que o sinal é esparso no domínio da frequência, a técnica propõe realizar a amostragem do sinal com uma forma de onda que possua uma representação densa no domínio da frequência, sendo o processamento das amostras realizado por algoritmos de otimização. A técnica de subamostragem propõe aplicar uma versão modificada da transformada discreta de Fourier nas amostras de um sinal analógico, em que a frequência do sinal de entrada é conhecida e, dessa forma, ± é possível a aquisição de fase e magnitude do sinal amostrado com taxas menores do que o estabelecido pelo teorema da amostragem de Nyquist. A comparação entre as técnicas mostra que, dentro dos parâmetros e condições estipuladas para a aquisição de bioimpedância, o sistema de subamostragem leva vantagem em relação a erros de amplitude e fase obtidos em função da frequência do sinal de entrada e da resolução do conversor analogico-digital. Para amplitude, a técnica de subamostragem mostra que a maior parte dos erros concentra-se entre 1%, enquanto que a técnica de compressed sensing apresenta erros de até 4%. O trabalho também apresenta uma análise de viabilidade de implementação de hardware, a partir da premissa que o sistema será implementado com o microcontrolador STM32F407VGT6. A técnica de subamostragem também apresenta vantagens no quesito de implementação, sendo o custo dos componentes necessários cerca de 10% do custo para implementar a técnica de compressed sensing. No entanto, o sistema proposto para a implementação da técnica de compressed sensing, o demodulador aleatório, apresenta vantagens para aumentar a frequência de amostragem, possibilitando a aquisição de sinais de frequências mais elevadas que o sistema de subamostragem.