Спектральный анализ осциллограмм в MATLAB

March 3, 2012 by admin Комментировать »

С полученными от осциллографа данными можно выполнять любые операции, которые предусмотрены в системе MATLAB и в десятках пакетов расширения этой мощной системы компьютерной математики. Покажем это на весьма важных примерах проведения спектрального анализа полученной осциллограммы различными методами, которые не реализованы в самом приборе и позволяют расширить его возможности.

К примеру, осциллографы TDS1000B/2000B не предусматривают возможность проведения спектрального анализа в линейном масштабе (задан только логарифмический). Ниже представлена программа (М-файл) spec_l, выполняющая вычисление и построение графика спектра с линейным масштабом для сигнала, отсчеты которого хранятся в векторе ydata:

%Вычисление и построение спектра в линейном масштабе Y = fft(ydata,NFFT)/L;      %3адание БПФ

f = Fs/2.*linspace(0,1,NFFT/2); ^Создание вектора

%частот

plot(f,2*abs(Y(1:NFFT/2)))       Построение графика

%спектра

title(‘Single-Sided Amplitude Spectrum of y(t)’) xlabel(‘Frequency (Hz ) ‘ ) ylabel(‘Y(f)I’)

Для проведения спектрального анализа сигнала, осциллограмма которого имеется на экране осциллографа, необходимо вначале выполнить команду OSC (данные от осциллографа вводятся в MATLAB) и, после просмотра графика сигнала, команду scec_l. График будет заменен спектрограммой.

На рис. 4.53 показан пример импорта осциллограммы прямоугольного импульса — сигнала от генератора AFG3101 корпорации Teknronix. Масштаб по горизонтали выбран так, чтобы с одной стороны было представлено большое число периодов сигнала, а с другой стороны была видна форма импульсов.

На рис. 4.54 показан спектр прямоугольных импульсов с коэффициентом заполнения 10% и амплитудой 1 В. Он четко представляет гармоники спектра. В частности, отчетливо видно, что спектр имеет только нечетные гармоники, амплитуда которых убывает как 1 /к, где к — номер гармоники. Это полностью соответствует теоретическим представлениям о спектре меандра. Спектр характеризуется очень малым уровнем шума.

Рис. 4.53. Пример импорта прямоугольного импульса и построения его графика

На рис. 4.55 показана осциллограмма синусоидального сигнала с частотой 1 МГц, засоренная шумом (сигнал получен также от генератора AFG3101). Масштаб по горизонтали выбран так, что осциллограмма выглядит просто как шумовая дорожка — никаких признаков наличия синусоидального сигнала не наблюдается.

На рис. 4.56 показан спектр сигнала, изображенного на рис. 4.55. Весьма отчетливо видна единственная спектральная линия с пиком на частоте 1 МГц. Таким образом, в данном случае отчетливо выделен сигнал синусоидальной формы. О его синусоидальности говорит практически полное отсутствие других гармоник.

После того как данные сигнала осциллографа помещены в рабочее пространство (память) системы MATLAB командой OSC, над ними можно проводить операции как с помощью программных модулей (см. примеры выше), так и командами, вводимыми в командном окне. Например, следующие команды обеспечивают получение спектрограммы (периодограммы) с окном Блэкмана-Харриса:

» w = blackmanharris(2500);

» perioclogram (yclata , w, 2 5 0 0 , Fs);

Рис. 4.54. Спектр прямоугольного импульса (рис. 6.44)

Рис. 4.55. Осциллограмма зашумленной синусоиды при большой длительности развертки

Рис. 4.56. Спектр сигнала, показанного на рис. 4.55

Для прямоугольного импульса с частотой 1 МГц и коэффициентом заполнения 5% периодограмма показана на рис. 4.57. В данном случае вычисляется спектр мощности сигнала в логарифмическом масштабе, что дает очень широкий динамический диапазон периодограммы, в который входят и шумовые компоненты. Окно Блэкмана-Хар- риса эффективно выделяет гармоники спектра и подавляет шумовые компоненты. Уровень собственных боковых лепестков у этого окна ослаблен более чем на 100 дБ.

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