Расчет спектрограммы в Signal Analyzer

Неустановившийся сигнал является сигналом, содержимое частоты которого изменяется со временем. spectrogram неустановившегося сигнала является оценкой эволюции времени его содержимого частоты. Чтобы создать спектрограмму неустановившегося сигнала, Signal Analyzer выполняет эти шаги:

Разделите сигнал на сегменты равной длины. Сегменты должны быть достаточно короткими, который содержимое частоты сигнала не изменяет заметно в сегменте. Сегменты могут или не могут перекрыться.
Окно каждый сегмент и вычисляет свой спектр, чтобы получить short-time Fourier transform.
Сегмент отображения сегментом степень каждого спектра в децибелах. Изобразите величины рядом друг с другом как изображение с зависимой величиной палитрой.

Представление спектрограммы доступно в отображениях, которые содержат только один сигнал.

Разделите сигнал на сегменты

Чтобы создать спектрограмму, сначала разделите сигнал на возможно перекрывающиеся сегменты. В Signal Analyzer можно управлять длиной сегментов и суммой перекрытия между смежными сегментами с помощью Time Resolution и Overlap. Если вы не задаете длину и перекрытие, Signal Analyzer выбирает длину на основе целой длины сигнала и 50%-е перекрытие. Приложение выравнивает ось времени спектрограммы с осью графика временного интервала.

Разрешение требуемого времени

На вкладке Spectrogram, в разделе Time Resolution, нажимают Specify.

Если сигнал не имеет информации времени, задайте разрешение времени (длина сегмента) в выборках. Разрешение времени должно быть целым числом, больше, чем или равный 1 и меньший, чем или равный длине сигнала.
Если сигнал имеет информацию времени, задайте разрешение времени в секундах. Приложение преобразует результат во многие выборки и округляет его до ближайшего целого числа, которое меньше чем или равно номеру, но не меньше, чем 1. Разрешение времени должно быть меньшим, чем или равным длительности сигнала.
Задайте перекрытие как процент длины сегмента. Приложение преобразует результат во многие выборки и округляет его до ближайшего целого числа, которое меньше чем или равно номеру.

Разрешение времени по умолчанию

Если вы выбираете Auto для расчета разрешения времени, то Signal Analyzer использует длину целого сигнала выбрать длину сегментов. Приложение устанавливает разрешение времени как ⌈N/d ⌉ выборки, где скобки обозначают функцию потолка, N является длиной сигнала, и d является делителем, который зависит от N:

Длина сигнала (N)	Делитель (d)	Длина сегмента
2 выборки – `63` выборки	2	1 выборка – `32` выборки
64 выборки – `255` выборки	8	8 выборки – `32` выборки
256 выборки – `2047` выборки	8	32 выборки – `256` выборки
2048 выборки – `4095` выборки	16	128 выборки – `256` выборки
4096 выборки – `8191` выборки	32	128 выборки – `256` выборки
8192 выборки – `16383` выборки	64	128 выборки – `256` выборки
16384 выборки – выборки N	128	128 выборки – ⌈N / `128`Выборки

Можно все еще задать перекрытие между смежными сегментами. Определение перекрытия изменяет количество сегментов. Сегменты, которые расширяют вне конечной точки сигнала, дополнены нулем.

Рассмотрите [s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6] сигнала с семью выборками. Поскольку ⌈7/2 ⌉ = ⌈3.5 ⌉ = 4, приложение делит сигнал на два сегмента длины четыре, когда нет никакого перекрытия. Количество изменений сегментов как перекрытие увеличивается.

Количество перекрывающихся выборок	Получившиеся сегменты
0	s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6 0
1	s0 s1 s2 s3 s3 s4 s5 s6
2	s0 s1 s2 s3 s2 s3 s4 s5 s4 s5 s6 0
3	s0 s1 s2 s3 s1 s2 s3 s4 s2 s3 s4 s5 s3 s4 s5 s6

Выравнивание времени

Если длина сегмента и перекрытие установлены, количество сегментов и их местоположений ребра остается фиксированным и независимо от любого изменения масштаба или панорамирования. То, когда вы масштабируете и панорамирование, приложение вычисляет и отображает спектрограмму с помощью сегментов, которые находятся в пределах видимого, увеличило масштаб необходимая область.

Приложение:

Выравнивает ось времени спектрограммы с осью соответствующего графика временного интервала. Тем путем спектральное содержимое в установленный срок выравнивается с его вхождением.
Для ненулевого перекрытия, расширяет первые и последние сегменты к конечным точкам сигнала.
Нулевые клавиатуры сигнал, если последний сегмент расширяет вне конечной точки сигнала.

Когда сегменты имеют 0%-е перекрытие, каждый сегмент сосредоточен в фактическое время вхождения. Когда перекрытие является ненулевым, выравнивание оси времени спектрограммы с осью временного интервала оказывает влияние, что первые и последние временные интервалы удлинены. Все другие временные интервалы имеют ту же длину. Другими словами, центр каждого сегмента, за исключением первого и последнего, соответствует фактическому времени вхождения. Рассмотрите этот пример:

Окно сегменты и вычисляет спектры

После того, как Signal Analyzer делит сигнал на перекрывающиеся сегменты, окна приложения каждый сегмент с окном Кайзера. Масштабный фактор β окна, и поэтому leakage, является корректируемым.

Примечание

Утечка использовалась для расчета спектра сигнала и утечки, используемой к окну, сегменты спектрограммы независимы друг от друга. Можно настроить их отдельно.

Приложение затем вычисляет спектр каждого сегмента, выполняя процедуру, обрисованную в общих чертах в Расчете Спектра в Signal Analyzer, за исключением того, что нижний предел пропускной способности разрешения

${RBW}_{performance} = \frac{f_{span}}{1024 - 1} .$

Таким образом, Signal Analyzer находит компромисс между спектральным разрешением достижимым с целой длиной сегмента и ограничениями эффективности, которые следуют из вычисления больших БПФ.

Если разрешение, следующее из анализа полного сегмента, достижимо, приложение вычисляет одну модифицированную периодограмму целого сегмента с помощью окна Кайзера с заданным масштабным фактором.
Если разрешение, следующее из анализа полного сегмента, не достижимо, приложение вычисляет валлийскую периодограмму: Это делит сегмент на перекрывающиеся подсегменты, окна каждый подсегмент, и составляет в среднем периодограммы подсегментов. Приложение выбирает размер подсегмента, окно и перекрытие так, чтобы составная периодограмма была эквивалентна модифицированной периодограмме целого сегмента с заданным окном Кайзера.

Отобразите степень спектра

Отображения приложения степень кратковременного преобразования Фурье в децибелах, с помощью цветной полосы с палитрой MATLAB^® по умолчанию. Цветная полоса включает область значений полной мощности спектрограммы и не изменяется, если вы масштабируете или панорамирование.

Можно изменить уровни величины, представленные данным цветовым диапазоном. На вкладке Spectrogram измените значения минимальной и максимальной мощности, чтобы отобразиться. Можно также установить палитру так, чтобы она включила область значений полной мощности увеличившего масштаб раздел спектрограммы. На вкладке Display нажмите кнопку Fit colormap.

Документация