Построение спектрограмм осциллограмм в MATLAB

January 20, 2012 by admin Комментировать »

К сожалению, временное положение компонент сигнала обычный спектральный Фурье-анализ не выявляет. Для наглядной иллюстрации этого зададим (с помощью генератора AFG3101) сигнал в виде пачки из 10 периодов синусоидального зашумленного сигнала. После исполнения команды OSC получим данные осциллограммы в рабочем пространстве MATLAB. Для получения осциллограммы и спектра в данном случае воспользуемся мощным средством пакета расширения Signal Processing Toolbox — инструментом анализа сигналов, фильтров и спектров SPTool. Запустив его командой sptool, можно из его окна загрузить массив ydata и наблюдать как сам сигнал, так и его спектр (см. рис. 4.58) при разных установках и разных видах спектрального анализа.

Рис. 4.57. MATLAB-периодограмма прямоугольного импульса

Рис. 4.58. Пример просмотра радиоимпульса и построения его спектра

Высокая спектральная линия на спектрограмме отчетливо видна и говорит о наличии синусоидального сигнала с частотой 1 МГц. Однако о местоположении сигнала во времени и о его длительности спектрограмма не дает никаких намеков, хотя в этом средстве можно проводить спектральный анализ многими методами.

Функция specgram обеспечивает выполнение скользящего оконного БПФм построение спектрограммы в плоскости частота-время с разбивкой времени на ряд участков, размер которой задается размером скользящего окна и длительностью сигнала. Интенсивность спектральных составляющих определяется цветом прямоугольников, из которых состоит спектрограмма. Например, для сигнала на рис. 4.58, выполнение команды

» specgram (yclata , 12 8 , Fs )

создает спектрограмму, показанную на рис. 4.59. На ней среди шумовых компонент (хаотично разбросанные прямоугольники разного цвета) отчетливо выделяется область времени, в которой расположена компонента сигнала в виде пачки синусоид. Хорошо видно, что эта область занимает отрезок времени от 7,5 до 17,5 мкс, т. е. местоположение основной компоненты сигнала и ее длительность четко определяются и совпадают с положением пачки синусоид на рис. 4.59. В указанной области снизу отчетливо видна сплошная темно-коричневая линия синусоидальной составляющей с частотой 1 МГц. На синусоидальность ее указывает отсутствие высших гармоник.

Рис. 4.59. Спектрограмма радиоимпульса

Поскольку ширина данной области равна 10 мкс, то из спектрограммы ясно, что компонента сигнала является пачкой из 10 синусоид! Спектрограммы со скользящим временным окном, таким образом, отчетливо выделяют особенности сигнала во временной области и позволяют оценивать параметры сигнала (начало появление его компонент, их длительность, временное положение), которые невозможно оценить обычным преобразованием Фурье. В некоторых случаях, как в приведенном примере, возможно даже выявление формы сигнала.

Приведенные примеры из области спектрального анализа демонстрируют лишь малую часть весьма обширных средств системы MATLAB, расширяющих возможности осциллографов. Так, для проведения спектрального анализа MATLAB имеет целый ряд функций, например оконного спектрального анализа с почти 20 видами окон. Для сравнения отметим, что спектральный анализ с помощью осциллографов TDS1000В/ 2000В возможен только при трех окнах. Есть даже функции спектрального анализа на основе новейших вейвлет-преобразований [5] и проектирования фильтров. Возможности математической обработки сигналов и осциллограмм практически не ограничены.

Впрочем, нельзя не отметить и серьезное ограничение описанного подхода — обрабатываются только отдельные фрагменты сигналов, которые задаются осциллограммой, представляющей сигнал в определенном промежутке времени. Это значит, что работа в реальном масштабе времени не обеспечивается.

В последнее время большой интерес представляет вейвлет-анализ и синтез сигналов по новому математическому базису вейвлетов (коротких "волночек"). Он пригоден для нестационарных сигналов. Однако рассмотрение теории и практики применения вейвлет-анализа и синтеза сигналов далеко выходит за рамки тематики данной книги. Заинтересованный читатель может ознакомиться с ним в книге автора [108]. В ней впервые описаны пакеты расширения по вейвлетам систем компьютерной математики Mathcad, Mathematica и MATLAB.

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты