信号分析仪中的谱图计算
非平稳信号是频率含量随时间变化的信号。的光谱图非平稳信号的估计是对其频率内容的时间演化的估计。要构造非平稳信号的谱图,信号分析仪以下步骤:
把信号分成等长的片段。这些段必须足够短,以便信号的频率内容在一段内不会发生明显变化。这些部分可能重叠,也可能不重叠。
窗口每个段,并计算其频谱,以得到短时傅里叶变换.
以分贝为单位逐段显示每个频谱的功率。将星等并排描绘为具有星等相关色图的图像。
频谱图视图可用于仅包含一个信号的显示器。
有关更多信息,请参见频谱图计算与信号处理工具箱.
将信号分割成段
要构造频谱图,首先要将信号分成可能重叠的部分。在信号分析仪,您可以控制段的长度和相邻段之间的重叠量使用时间分辨率而且重叠.如果没有指定长度和重叠,信号分析仪根据信号的整个长度选择一个长度,并有50%重叠。该应用程序将频谱图的时间轴与时域图的轴对齐。
指定时间分辨率
在光谱图选项卡,在时间分辨率部分中,点击指定.
如果信号没有时间信息,则在样本中指定时间分辨率(段长度)。时间分辨率必须为大于等于1且小于等于信号长度的整数。
如果信号有时间信息,指定以秒为单位的时间分辨率。该应用程序将结果转换为一些样本,并将其舍入为最接近的整数,小于或等于该数字,但不小于1。时间分辨率必须小于或等于信号持续时间。
指定重叠部分占段长度的百分比。该应用程序将结果转换为一些样本,并将其舍入为小于或等于该数字的最接近的整数。
默认时间分辨率
如果您选择汽车对于时间分辨率的计算,则信号分析仪使用整个信号的长度来选择段的长度。应用程序将时间分辨率设置为⌈N/d⌉样本,其中括号表示天花板函数,N是信号的长度,和d除数是否取决于N:
信号长度(N) | 因子(d) | 段长度 |
---|---|---|
2 样品-63 样品 |
2 |
1 样品-32 样品 |
64 样品-255 样品 |
8 |
8 样品-32 样品 |
256 样品-2047 样品 |
8 |
32 样品-256 样品 |
2048 样品-4095 样品 |
16 |
128 样品-256 样品 |
4096 样品-8191 样品 |
32 |
128 样品-256 样品 |
8192 样品-16383 样品 |
64 |
128 样品-256 样品 |
16384 样品-N样品 |
128 |
128 样本-⌈N/128 ⌉样品 |
您仍然可以指定相邻段之间的重叠。指定重叠将更改段的数量。超出信号端点的段是零填充的。
考虑七样本信号[s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6]
.因为⌈7/2⌉=⌈3.5⌉= 4,当信号没有重叠时,应用程序会把信号分成长度为4的两段。段数随着重叠的增加而变化。
重叠样本数 | 得到的片段 |
---|---|
0 |
S0 s1 s2 s3 s4 s5 s6 0 |
1 |
S0 s1 s2 s3 s3 s4 s5 s6 |
2 |
S0 s1 s2 s2 s3 s2 s3 s4 s5 s4 s5 s6 0 |
3. |
S0 s1 s2 s3 s1 s2 s2 s3 s4 s2 s3 s4 s5 s3 s4 s5 s6 |
时间对齐
一旦设置了段长度和重叠,段的数量和它们的边缘位置保持固定,不受任何缩放或平移的影响。当你缩放和平移时,信号分析仪计算和显示光谱图使用的部分,落在可见的放大感兴趣的区域。
应用程序:
使频谱图的时间轴与相应的时域图的轴对齐。这样,给定时间的光谱含量与它的发生相一致。
对于非零重叠,将第一个和最后一个段扩展到信号端点。
如果最后一段超出信号端点,则对信号进行零填充。
当线段重叠为0%时,每个线段都以实际发生时间为中心。当重叠为非零时,频谱图时间轴与时域轴的对齐具有第一和最后一个时间间隔被拉长的效果。所有其他时间间隔都是相同的长度。换句话说,除第一个和最后一个段外,每个段的中心都对应于实际发生的时间。想想这个例子:
窗口段和计算谱
后信号分析仪将信号划分为重叠的部分,应用程序窗口每个段与凯撒窗口。形状因子β窗户的,因此泄漏,是可调的。
请注意
用于计算信号频谱的泄漏和用于显示频谱图片段的泄漏是相互独立的。你可以分别调整它们。
然后,该应用程序计算每个段的频谱,遵循在信号分析仪中的频谱计算,除分辨率带宽下限为外
总之,信号分析仪在整个段长度的谱分辨率和计算大fft的性能限制之间找到了一个折衷方案。
如果分析整个段得到的分辨率是可实现的,应用程序使用具有指定形状因子的Kaiser窗口计算整个段的单个修改周期图。
如果分析完整段产生的分辨率无法实现,应用程序会计算韦尔奇周期图:它将段划分为重叠的子段,对每个子段打开窗口,并对子段的周期图求平均。应用程序选择子段大小、窗口和重叠,以便复合周期图等效于具有指定Kaiser窗口的整个段的修改周期图。
显示频谱功率
该应用程序以分贝为单位显示短时傅里叶变换的功率,使用默认MATLAB的颜色条®colormap。颜色条包括光谱图的全功率范围,如果您缩放或平移不会改变。
您可以更改由给定颜色范围表示的星等级。在光谱图选项卡,更改要显示的最小和最大功率值。您还可以设置色图,使其包含光谱图放大部分的全功率范围。在显示选项卡,单击适合色图按钮。