Этот пример демонстрирует блок, который выводит оценку спектра мощности потоковой передачи входа временного интервала с помощью метода валлийцев усредненных измененных периодограмм.
Блок средства оценки спектра обеспечивает выбор основанной на наборе фильтров оценки спектра и метод валлийцев усредненных измененных периодограмм.
В методе набора фильтров разовый входом доменный сигнал разделен на различные интервалы частоты с помощью набора фильтров, и средняя степень каждого сигнала поддиапазона вычисляется. Для получения дополнительной информации об основанной на наборе фильтров оценке спектра смотрите Спектральный анализ Высокого разрешения.
В валлийском методе входные данные временного интервала разделены в сегменты данных, которым позволяют наложиться. Окно применяется к каждому сегменту, и затем усредненная периодограмма вычисляется на основе оконных последовательностей [1]. Длина сегментов данных и выбор окна определяют пропускную способность разрешения оценки (RBW), который является наименьшей положительной частотой, которая может быть разрешена.
Блок, продемонстрированный в этом примере, использует валлийский алгоритм, который также используется в блоке Spectrum Analyzer scope. Спектр Анализатор используется, чтобы визуализировать спектры. Блок в этом примере полезен, если вы нуждаетесь в прямом доступе к предполагаемому спектру (а не только визуализируете его). Спектр выходной мощности может использоваться в качестве входа к другим блокам в вашей модели или может регистрироваться к рабочей области для последующей обработки.
Этот пример использует блок Spectrum Estimator.
Блок имеет один входной порт (сигнал временного интервала) и до пяти выходных портов:
1. Предполагаемый спектр мощности, P.
2. Макс. - содержат спектр, P_max, который вычисляется путем хранения, в каждом интервале частоты, максимальном значении всех оценок спектра мощности. Этот вывод является дополнительным.
3. Спектр хранения min, P_min, который вычисляется путем хранения, в каждом интервале частоты, минимальном значении всех оценок спектра мощности. Этот вывод является дополнительным.
4. Вектор частот, F, в котором оценивается спектр мощности. Этот вывод является дополнительным.
5. Эффективная пропускная способность разрешения блока, RBW. Этот вывод является дополнительным.
Диалоговое окно блока показывают ниже. Параметры этого блока эквивалентны тем доступным на блоке Spectrum Analyzer. Диалоговое окно блока позволяет вам управлять различными аспектами алгоритма оценки спектра, такими как:
Выберите тип спектра (Степень или Плотность энергии)
Задайте, как управлять разрешением блока (непосредственно задают RBW или задают длину окна).
Задайте функцию окна средства оценки.
Задайте процент перекрытия между последовательными сегментами.
Выберите частотный диапазон как один из двухсторонних, односторонних, или сосредоточенный.
Блок формируется из двух этапов:
1. В первой стадии вход буферизуется в сегменты на основе выбранной длины окна и процента перекрытия. Этот этап реализован с помощью блока Buffer.
2. На втором этапе спектр мощности перекрытых сегментов вычислен и усреднен. Этот этап реализован с помощью dsp. Системный объект SpectrumEstimator.
dspstreamingwelch модель, показанная ниже использования валлийский блок Spectrum Estimator, чтобы оценить спектр шумного сигнала щебета, выбранного на уровне 44 100 Гц. Оценка спектра мощности отображена с помощью осциллографа Графика Массивов. Пиковое значение спектра, а также частота, на которой происходит пик, обнаружено и отображено на осциллографе. RBW оценки также отображен. Кроме того, блок Spectrum Analyzer scope включен в целях валидации и сравнении.
Метод разрешения частоты блока установлен в 'Длину Окна'. Длина окна установлена в 1 024. Длина БПФ, NFFT, равна длине окна. Данные являются оконным использованием Окна Чебышева с затуханием бокового лепестка 60 дБ. Частотный диапазон является односторонним. В этом случае длина оценки спектра является NFFT/2+1 = 513 и вычисляется на интервале [0 Гц, 22 050 Гц]. Свойство "Sample increment" осциллографа Графика Массивов соответственно установлено в Fs/NFFT = 44100 / (1024 * 1000), где шаг разделен на 1 000, чтобы масштабировать единицы частоты к кГц. Можно получить доступ к свойству "Sample increment" осциллографа путем открытия его окна свойств Configuration.
Обратите внимание на то, что пропускная способность разрешения дана [2] в Ссылках:
где N является длиной окна, EnBW является функцией, которая вычисляет эквивалентную шумовую пропускную способность окна, SL является затуханием бокового лепестка выбранного Окна Чебышева, и Фс является частотой дискретизации. В этом случае RBW равен 65,38 Гц.
Когда вы моделируете модель, можно проверить, что отображенное значение RBW равно один показанный на более низкой панели Спектра осциллограф Анализатора. Кроме того, два блока дают те же пиковые измерения.
Модель в предыдущем разделе имела нулевое перекрытие. В dspstreamingwelch_overlap модели мы используем валлийский блок Estimation с перекрытием 50%. Поскольку другие параметры модели идентичны предыдущему разделу, RBW неизменен и равен 65,38 Гц.
С длина окна 1 024 и процент перекрытия 50%, 512 входных выборок требуются, чтобы формировать новый сегмент данных. Начиная с входных данных имеет длину 1024, каждый новый кадр данных приводит к двум новым периодограммам и выполнениям выходного порта блока на уровне дважды с такой скоростью, как входной порт.
Обратите внимание на то, что валлийский оценочный блок не имеет нулевой задержки в этом случае. Первый оценочный вывод спектра основан на начальном условии буфера, которое равно eps. В порядке совпадать со спектром и измерениями Спектра осциллограф Анализатора, мы поэтому вставляем блок задержки во входе Спектра Анализатор.
Результаты Спектра Анализатор и валлийский оценочный блок могут быть подтверждены путем симуляции модели.
В dspstreamingwelch_rbw модели 'параметр' Метода Разрешения Частоты устанавливается на RBW. Источник RBW является Автоматическим. В этом режиме, подобном блоку Spectrum Analyzer scope, пропускная способность разрешения выбрана таким образом, что существует 1024 интервала RBW по заданному Промежутку Частоты. Поскольку промежуток в этом случае составляет 22 050 Гц, RBW составляет 21,53 Гц.
Длина окна, используемая, чтобы буферизовать данные, итеративно вычисляется, чтобы привести к желаемому RBW. Длина окна в этом случае равна 3 073. Чтобы проверить это значение, мы можем вычислить RBW, который следует из этой длины окна:
Обратите внимание на то, что окно Hann используется в этой модели
В этом случае длина БПФ, NFFT, нечетна и равна 3 073 (длина окна). Поскольку частотный диапазон является односторонним, оценка спектра имеет длину (NFFT + 1)/2 и вычисляется на интервале [0,44100/2). Свойство "Sample increment" осциллографа Графика Массивов установлено в Fs/NFFT = 44100 / (3073 * 1000) кГц.
Снова, результаты Спектра Анализатор и валлийский оценочный блок могут быть подтверждены путем симуляции модели.
[1] 'Статистическая цифровая обработка сигналов и моделирование', М.Х. Хейз, Вайли, 1996.
[2] https://www.mathworks.com/help/dsp/ref/spectrumanalyzer.html
