Spectrum Analyzer

Частотный спектр отображения

Библиотека:
Simscape/Утилиты

Описание

Примечание

Блок Spectrum Analyzer в Simscape™ продукте содержит подмножество функциональности блока DSP System Toolbox™ с таким же именем. Эта страница описывает строение и функциональность блоков, доступные с лицензией Simscape. Если у вас также есть лицензия DSP System Toolbox, то блок Spectrum Analyzer в библиотеке Simscape > Utilities идентичен блоку в библиотеке DSP System Toolbox > Sinks. Для получения дополнительной информации см. Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox) в документации DSP System Toolbox.

Блок Spectrum Analyzer принимает входные сигналы с дискретными шагами расчета и отображает частотные спектры этих сигналов.

Чтобы использовать блок Spectrum Analyzer вместо обычных возможностей в модели Simscape:

Добавьте Spectrum Analyzer блок к своей блок-схеме.
Если ваша модель использует решатель с переменным шагом, также добавьте блок Rate Transition и соедините его с входом анализатора спектра, установив Output port sample time на шаг расчета, которое вы хотите использовать Spectrum Analyzer.
Если ваша модель использует локальный решатель, то она выдает выходные физические сигналы с дискретными шагами расчета, и вам не нужно добавлять блок Rate Transition. Однако, если вам нужно выпадать из фиксированного размера шага решателя, можно также использовать блок Rate Transition. Для получения дополнительной информации об использовании локальных решателей, смотрите Сделать Оптимальный Выбор Решателя для Физической Симуляции.
Используйте блок PS-Simulink Converter для подключения интересующего выходного физического сигнала к входу блока Spectrum Analyzer (или к входу блока Rate Transition, если он используется). Для получения дополнительной информации см. «Подключение схем Simscape к источникам Simulink и возможностям». Можно также использовать дополнительные блоки обработки сигналов между PS-Simulink Converter и Spectrum Analyzer, чтобы улучшить качество сигнала.
Запустите симуляцию. Спектральный анализатор, именуемый здесь как область видимости, открывается и отображает частотный спектр сигнала.

Примечание

Чтобы предотвратить открытие возможностей при запуске модели, щелкните правой кнопкой значок возможностей и выберите Comment Out. Если возможности уже открыт, и вы комментируете его в модели, возможностях отображений: «Нет данных, потому что эти возможности комментируются». Выберите Uncomment чтобы включить возможности.

Уменьшите скорость графика для улучшения эффективности

По умолчанию Spectrum Analyzer обновляет отображение с фиксированными интервалами времени со скоростью, не превышающей 20 герц. Если вы хотите, чтобы Анализатор Спектра строил график спектра на каждом временном шаге симуляции, можно отключить опцию Reduce Plot Rate to Improve Performance. В меню Анализатор спектра выберите Simulation > Reduce Plot Rate to Improve Performance, чтобы снять флажок. Настраиваемый.

Примечание

Когда этот флажок установлен, анализатор спектра может отобразить вводящий в заблуждение спектр в некоторых ситуациях. Для примера, если входной сигнал является широкополосным с нестационарным поведением, таким как сигнал щебета, анализатор спектра может отображать стационарный спектр. Причиной такого поведения является то, что Spectrum Analyzer буферизирует данные входного сигнала и периодически обновляет отображение только приблизительно 20 раз в секунду. Поэтому Spectrum Analyzer не отображает изменения спектра, которые происходят и проходят между обновлениями, что производит впечатление неправильного спектра. Чтобы гарантировать, что спектральные оценки являются максимально точными, снимите флажок Reduce Plot Rate to Improve Performance. Когда вы очищаете это окно, Spectrum Analyzer вычисляет спектры каждый раз, когда хватает данных, правильно отображая результаты.

Ограничения

Эта страница с описанием описывает блок Spectrum Analyzer, доступный с Simscape или RF- Blockset™. Если у вас есть DSP System Toolbox, доступно больше параметров и измерений. Для получения информации о полном анализаторе спектра смотрите Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox).

Порты

Вход

расширить все

`Port_1` - Сигналы для визуализации
скаляр | вектор | матрица | массив

Соедините сигналы, которые вы хотите визуализировать. Вы можете иметь до 96 входных портов. Входные сигналы могут иметь следующие характеристики:

Область сигнала - Частота или временные сигналы
Тип - Дискретный (основанный на выборке и основанный на кадре).
Тип данных - Любой тип данных, который Simulink^® поддерживает. Смотрите типы данных, поддерживаемые Simulink.
Размерность - Одно измерение (вектор), двумерное (матрица) или многомерное (массив). Вход должен иметь фиксированное количество каналов. См. «Размерности сигнала» и «Определение размерностей сигнала».

Параметры

расширить все

В этом разделе перечислены параметры, доступные в анализаторе спектра, если у вас нет DSP System Toolbox. Полный список параметров см. в разделе Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox).

Настройки спектра

Панель Spectrum Settings появится в правой части окна Анализатор спектра (Spectrum Analyzer). Эта панель управляет вычислением спектра. Чтобы показать Настройки Спектра, в меню Анализатор Спектра, выберите View > Spectrum Settings или используйте кнопку на панели инструментов.

Главный

`Type` - Тип спектра для отображения
`Power` (по умолчанию) | `Power density` | `RMS`

Power - Спектральный анализатор показывает спектр степени.

Power density - Спектральный анализатор показывает спектральную плотность степени. Спектральная плотность степени является величиной спектра, нормированной к ширине полосы 1 герц.

RMS - Спектральный анализатор показывает среднеквадратичный спектр корня.

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. SpectrumType.

`Sample rate` - Частота дискретизации входного сигнала в герц
`Inherited` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Частота дискретизации входного сигнала в герце, заданная как

Inherited использовать ту же частоту дискретизации, что и входной сигнал.
Положительная скалярная величина. Заданная частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше, чем частота выборки входного сигнала. В противном случае вы можете увидеть неожиданное поведение в визуализации сигнала из-за сглаживания.

Программное использование

См. SampleRate (DSP System Toolbox).

`RBW (Hz)` - Пропускная способность разрешения
`Auto` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Пропускная способность разрешения в hertz. Этот параметр задает наименьшую положительную частоту, которая может быть разрешена. По умолчанию этот параметр установлен в Auto. В этом случае анализатор спектра определяет соответствующее значение, чтобы убедиться, что существует 1024 интервала RBW на заданном частотном диапазоне.

Если вы устанавливаете этот параметр в числовое значение, значение должно допускать по крайней мере два интервала RBW в указанном частотном диапазоне. Другими словами, отношение общего диапазона частот к RBW должно быть больше двух:

$\frac{s p a n}{R B W} > 2$

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. RBW (DSP System Toolbox).

`Samples/update` - Необходимое количество входных выборок
положительная скалярная величина

Это свойство доступно только для чтения.

Количество входных выборок, необходимых для вычисления одного спектрального обновления. Вы не можете изменить этот параметр; показан в анализаторе спектра исключительно в информационных целях. Этот параметр непосредственно связан с RBW (Hz)/Window length/Number of frequency bands. Для получения дополнительной информации смотрите Алгоритмы (DSP System Toolbox).

Если на входе недостаточно выборок, чтобы достичь заданной ширины полосы разрешения, Spectrum Analyzer выдает сообщение на отображение.

Окно

`Overlap (%)` - Процент перекрытия сегмента
0 (по умолчанию) | скаляром от 0 до 100

Этот параметр определяет величину перекрытия между предыдущим и текущим сегментами буферизованных данных. Перекрытие создает сегмент окна, который используется для вычисления спектральной оценки. Значение должно быть больше или равно нулю и меньше 100.

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. OverlapPercent (DSP System Toolbox).

`Window` - Метод оконной обработки
`Hann` (по умолчанию) | `Rectangular`

Метод оконной обработки для применения к спектру. Оконная обработка используется для управления эффектом боковых элобов в спектральной оценке. Заданное окно влияет на длину окна, необходимую для достижения полосы пропускания разрешения и необходимого количества выборок за обновление. Для получения дополнительной информации о оконной обработке смотрите Windows (Signal Processing Toolbox).

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. Окно (DSP System Toolbox).

`NENBW` - Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания
скаляр

Это свойство доступно только для чтения.

Нормированная эффективная шумовая полоса окна. Вы не можете изменить этот параметр; оно показано исключительно в информационных целях. Этот параметр является мерой шумовой эффективности окна. Значение является шириной прямоугольного фильтра, который накапливает ту же степень с тем же пиковым усилением степени.

Прямоугольное окно имеет наименьший NENBW со значением 1. Все другие окна имеют большее значение NENBW. Например, окно Ханна имеет значение NENBW приблизительно 1,5.

След

`Units` - Спектральные модули
`dBm` (по умолчанию)

Это свойство доступно только для чтения.

Модули спектра. Для изменения модулей необходимо иметь DSP System Toolbox.

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. SpectrumUnits (DSP System Toolbox).

`Averaging method` - Метод сглаживания
`Exponential` (по умолчанию) | `Running`

Задайте метод сглаживания как:

Exponential - средневзвешенное значение выборок. Используйте Forgetting factor свойство для определения взвешенного коэффициента забывания.
Running - Среднее число последних выборок n. Используйте Averages свойство для задания n.

Для получения дополнительной информации о методах усреднения смотрите Метод усреднения.

Программное использование

См. AveragingMethod.

`Averages` - Количество спектральных средних значений
`1` (по умолчанию) | положительное целое число

Задайте количество спектральных средних значений в виде положительного целого числа. Спектральный анализатор вычисляет текущую оценку спектра степени путем вычисления средней скорости последней N оценки спектра степени. Этот параметр определяет количество спектральных средних значений, N.

Зависимость

Этот параметр применяется только, когда Averaging method Running.

Программное использование

См. SpectralAverages.

`Forgetting factor` - Коэффициент забывания взвешивания
`0.9` (по умолчанию) | скаляром в области значений (0,1]

Задайте экспоненциальное взвешивание как скалярное значение, больше 0 и меньше или равное 1.

Зависимость

Этот параметр применяется только, когда Averaging method Exponential.

Программное использование

См. ForgettingFactor.

`Reference load` - Эталонная нагрузка
`1` (по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Эталонная нагрузка в омах, которую Анализатор Спектра использует как ссылку для вычисления значений степени.

Программное использование

См. ReferenceLoad (DSP System Toolbox).

`Scale` - Шкала оси частоты
`Linear` (по умолчанию) | `Logarithmic`

Выберите линейную шкалу или шкалу логарифма для оси частоты. Когда частотный диапазон содержит отрицательные значения частоты, вы не можете выбрать логарифмическую опцию.

Программное использование

См. FrequencyScale (DSP System Toolbox).

`Offset` - Постоянное смещение частоты
`0` (по умолчанию) | скаляром

Смещение постоянной частоты для применения ко всему спектру или вектор частот для применения к каждому спектру для нескольких входов. Параметр offset добавляется к значениям на оси Frequency в окне Spectrum Analyzer. Этот параметр не используется ни в каких спектральных расчетах. Вы должны принять параметр в фактор, когда вы устанавливаете параметры Span (Hz) и CF (Hz), чтобы убедиться, что частотный диапазон находится в пределах частотного интервала Nyquist (DSP System Toolbox).

Зависимость

Чтобы использовать этот параметр, установите значение входа (DSP System Toolbox) Time.

Программное использование

См. FrequencyOffset (DSP System Toolbox).

`Two-sided spectrum` - Включить двухсторонний вид спектра
off (по умолчанию) | on

Установите этот флажок, чтобы включить двухсторонний вид спектра. На этом виде показаны как отрицательная, так и положительная частоты. Если вы снимаете этот флажок, анализатор спектра показывает односторонний спектр с только положительными частотами. Анализатор спектра требует, чтобы этот параметр был выбран, когда входной сигнал является комплексным.

Программное использование

См. PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox).

Свойства строения

Диалоговое окно Configuration Properties управляет визуальными аспектами анализатора спектра. Чтобы открыть Строение Свойств, в меню Спектра Analyzer, выберите View > Configuration Properties или нажмите кнопку на панели инструментов выпадающего списка.

`Title` - Отобразить заголовок
вектор символов | строка

Задайте заголовок отображения. Введите %<SignalLabel> использовать метки сигналов в модели Simulink в качестве заголовков осей.

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. Title (DSP System Toolbox).

`Show legend` - Отобразите легенду сигнала
off (по умолчанию) | on

Показать легенду сигнала. Имена, перечисленные в легенде, являются именами сигналов из модели. Для сигналов с несколькими каналами индекс канала добавляется после имени сигнала. Непрерывные сигналы имеют прямые линии перед их именами и дискретные сигналы имеют шаговые линии.

Из легенды можно управлять, какие сигналы видны. Это управление эквивалентно изменению видимости в параметрах Style. В легенде возможностей щелкните имя сигнала, чтобы скрыть сигнал в возможности. Чтобы отобразить сигнал, снова щелкните имя сигнала. Чтобы показать только один сигнал, щелкните правой кнопкой мыши имя сигнала, который скрывает все другие сигналы. Чтобы показать все сигналы, нажмите ESC.

Примечание

Легенда показывает только первые 20 сигналов. Никакие дополнительные сигналы не могут быть просмотрены или управлены из легенды.

Зависимость

Чтобы включить этот параметр, установите значение View (DSP System Toolbox) Spectrum или Spectrum and spectrogram.

Программное использование

См. ShowLegend (DSP System Toolbox).

`Show grid` - Показать внутренние линии сетки
on (по умолчанию) | off

Показать внутренние линии сетки на анализаторе спектра

Программное использование

См. ShowGrid (DSP System Toolbox).

`Y-limits (minimum)` - Минимум оси Y
`-80` (по умолчанию) | скаляром

Задайте минимальное значение y оси.

Программное использование

См. YLimits (DSP System Toolbox).

`Y-limits (maximum)` - Максимум оси Y
`20` (по умолчанию) | скаляром

Задайте максимальное значение y -оси.

Программное использование

См. YLimits (DSP System Toolbox).

`Y-label` - Метка оси Y
вектор символов | строка

Для отображения модулей сигналов добавьте (%<SignalUnits>) в метку. В начале симуляции Simulink заменяет (%SignalUnits) с модулей, сопоставленной с сигналами. Для примера, если у вас есть сигнал скорости с модулями m/s, введите

Velocity (%<SignalUnits>)

Программное использование

См. YLabel (DSP System Toolbox).

Стиль

Диалоговое окно Style управляет отображением анализатора спектра. Чтобы открыть свойства Style, в меню Spectrum Analyzer, выберите View > Style или нажмите кнопку на панели инструментов.

`Figure color` - Фон окна
серый (по умолчанию) | палитры цветов

Задайте цвет, который необходимо применить к фону фигуры возможностей рисунка.

`Plot type` - Тип графика
`Line` (по умолчанию) | `Stem`

Укажите, отображать ли Line или Stem график.

Программное использование

См. PlotType (DSP System Toolbox).

`Axes colors` - Цвет фона осей
черный (по умолчанию) | палитры цветов

Задайте цвет, который необходимо применить к фону осей.

`Properties for line` - Канал для настройки визуальных свойств
имена каналов

Укажите канал, для которого необходимо изменить видимость, свойства линии и свойства маркера.

`Visible` - Видимость канала
on (по умолчанию) | off

Укажите, отображается ли выбранный канал. Если снять этот флажок, линия исчезнет. Можно также изменить видимость сигнала с помощью легенды возможностей.

`Line` - Стиль линии
линия, 0,5, желтая (по умолчанию)

Стиль линии, ширина линии и цвет линии для выбранного канала.

`Marker` - Маркеры точек данных
`none` (по умолчанию)

Задайте метки для выбранного канала, чтобы показать в точках данных. Этот параметр похож на свойство 'Marker' для графиков. Вы можете выбрать любой из символов маркера из раскрывающегося списка.

Масштабирование осей

Диалоговое окно Axes Scaling управляет пределами осей анализатора спектра. Чтобы открыть Свойства Масштабирования Осей, в меню Анализатор Спектра, выберите Tools > Axes Scaling > Axes Scaling Properties.

`Axes scaling` - Автоматическое масштабирование осей
`Auto` (по умолчанию) | `Manual` | `After N Updates`

Задайте, когда возможности автоматически масштабируют ось Y. По умолчанию этот параметр установлен в Autoи возможности не сжимает пределы оси Y при масштабировании осей. Можно выбрать один из следующих опций:

Auto - возможности масштабируют оси по мере необходимости, как во время, так и после симуляции. Выбор этой опции показывает Do not allow Y-axis limits to shrink.
Manual - При выборе этой опции возможности не масштабируется автоматически. Можно вручную масштабировать оси любым из следующих способов:
- Выберите Tools > Scaling Properties.
- Нажмите одну из Scale Axis Limits кнопок на панели инструментов.
- Когда рисунок области является активным окном, нажмите Ctrl+A.
After N Updates - Выбор этой опции приводит к масштабированию возможностей после заданного количества обновлений. Эта опция полезна, и наиболее эффективна, когда ваша частота значений сигналов быстро достичь устойчивого состояния после короткого периода. При выборе этой опции отображается Number of updates окно редактирования, в котором можно изменить количество обновлений, ожидающих масштабирования.

Настраиваемый: Да

Программное использование

См. раздел AxesScaling (DSP System Toolbox).

`Do not allow Y-axis limits to shrink` - Пределы масштабирования осей
on (по умолчанию) | off

Когда вы выбираете этот параметр, оси Y позволяют расти во время операций масштабирования осей. Если снять этот флажок, пределы по оси Y могут сужаться во время операций масштабирования осей.

Зависимость

Этот параметр появляется только при выборе Auto для параметра Axis scaling. Когда вы устанавливаете параметр Axes scaling равным Manual или After N Updatesпределы y оси могут уменьшаться.

`Number of updates` - Количество обновлений перед масштабированием
`10` (по умолчанию) | положительное число

Количество обновлений, после которых масштабируются оси, заданное в виде положительного целого числа. Если отображается спектрограмма, этот параметр задает количество обновлений, после которых шкалы цветовые оси.

Настраиваемый: Да

Зависимость

Этот параметр появляется только, когда вы устанавливаете масштабирование/цветовое масштабирование осей (DSP System Toolbox) равным After N Updates.

`Scale limits at stop` - Шкала осей на упоре
off (по умолчанию) | on

Установите этот флажок, чтобы масштабировать оси, когда симуляция остановится. Если отображается спектрограмма, установите этот флажок, чтобы масштабировать цвет, когда симуляция остановится. Ось y всегда масштабируется. Пределы x -оси масштабируются только в том случае, если установлен флажок Scale X-axis limits.

`Data range (%)` - Процент осей
100 (по умолчанию) число | в области значений [1100]

Установите процент оси, который область возможностей использует для отображения данных при масштабировании осей. Если отображается спектрограмма, задайте процент области значений степени в палитре. Допустимые значения от 1 до 100. Для примера, если вы задаете этот параметр 100область возможностей масштабирует пределы по осям таким образом, чтобы данные использовали всюсь область значений осей. Если затем вы задаете этот параметр 30область возможностей увеличивает y ось или цветовой диапазон таким образом, что ваши данные используют только 30% области значений оси.

Настраиваемый: Да

`Align` - Выравнивание по осям
`Center` (по умолчанию) | `Bottom` | `Top` | `Left` | `Right`

Задайте, где возможности выравнивают данные по оси, когда она масштабирует оси. Если отображается спектрограмма, задайте, где возможности выравнивают данные вдоль оси, когда она масштабирует цвет. Если вы используете CCDF Measurements (DSP System Toolbox), ось x также конфигурируется.

Настраиваемый: Да

Примеры моделей

Эффект водяного молота

Модель показывает, как библиотека фундаментов тепловых жидкостей может использоваться для моделирования водяного молота в длинном трубопроводе. После медленного установления устойчивого потока внутри трубопровода путем открытия клапана соответственно, тот же клапан закрывается в течение нескольких миллисекунд. Это вызывает эффект водяного молотка. Клапан моделируется с помощью блока Переменное Локальное Ограничение (TL), и трубопровод разделяется на четыре сегмента с помощью блока Труба (TL). Разбиение трубопровода на больше сегментов увеличивает точность за счет эффективности симуляции.

Алгоритмы

расширить все

Оценка спектра - Метод Уэлча

Когда вы выбираете Welch способ, при котором оценивают спектральную степень, усредняют модифицированные периодограммы.

Учитывая вход сигнала, x, Спектральный Анализатор делает следующее:

Умножает x по заданному окну и масштабирует результат по степени окна. Анализатор спектра использует RBW или Window Length настройка на панели Spectrum Settings для определения длины окна данных.
Вычисляет БПФ сигнала, Y, и принимает квадратную величину, используя Z = Y.*conj(Y).
Вычисляет текущую оценку спектра степени путем взятия скользящего среднего значения последнего N числа Z "с и масштабирует ответ по частоте дискретизации. Для получения дополнительной информации о методах скользящего среднего смотрите Метод усреднения.

Спектральный анализатор требует, чтобы минимальное количество выборок для вычисления спектральной оценки. Это количество входных выборок, необходимых для вычисления одного спектрального обновления, показано следующим Samples/update на панели Main options. Это значение непосредственно связано с шириной полосы разрешения, RBW, следующим уравнением, или с длиной окна, уравнением, показанным на шаге 2.

$N_{s a m p l e s} = \frac{(1 - \frac{O_{p}}{100}) \times N E N B W \times F_{s}}{R B W}$

Нормированная эффективная шумовая полоса, NENBW, является фактором, который зависит от метода оконной обработки. Анализатор спектра показывает значение NENBW на панели Window Options панели Spectrum Settings. Процент перекрытия, _Op - это значение параметра Overlap % на панели Window Options панели Spectrum Settings. _Fs - частота дискретизации входного сигнала. Анализатор спектра показывает частоту дискретизации на панели Main Options панели Spectrum Settings.

В RBW (Hz) режиме длина окна, необходимая для вычисления одного спектрального обновления, _Nwindow, непосредственно связана с пропускной способностью разрешения и нормализованной эффективной шумовой полосой:
$N_{w i n d o w} = \frac{N E N B W \times F_{s}}{R B W}$
В Window Length режиме длина окна задается следующим образом.
Количество входа отсчетов, необходимых для вычисления одного спектрального обновления, _Nsamples, непосредственно связано с длиной окна и величиной перекрытия следующим уравнением.
$N_{s a m p l e s} = (1 - \frac{O_{p}}{100}) N_{w i n d o w}$
Когда вы увеличиваете процент перекрытия, требуется меньше новых входных выборок, чтобы вычислить новое спектральное обновление. Для примера, если длина окна составляет 100, то количество входа выборок, необходимых для вычисления одного спектрального обновления, приводится как показано в следующей таблице.
_Op _Nsamples
0% 100
50% 50
80% 20
Нормированная эффективная шумовая полоса, NENBW, является параметром окна, определяемым длиной окна, _Nwindow и типом используемого окна. Если w (n) обозначает вектор _Nwindow коэффициентов окна, то NENBW задается следующим уравнением .
$N E N B W = N_{w i n d o w} \times \frac{\sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w^{2} (n)}{{[\sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w (n)]}^{2}}$
Когда вы находитесь в RBW (Hz) режиме, можно задать пропускную способность разрешения, используя значение параметра RBW (Hz) на панели Main options панели Spectrum Settings. Необходимо задать значение, чтобы убедиться, что существует по крайней мере два интервала RBW в указанном диапазоне частот. Отношение общего диапазона к RBW должно быть больше двух:
$\frac{s p a n}{R B W} > 2$
По умолчанию для параметра RBW (Hz) на панели Main options задано значение Auto. В этом случае анализатор спектра определяет соответствующее значение, чтобы убедиться, что существует 1024 интервала RBW на заданном частотном диапазоне. Когда вы задаете RBW (Hz) Auto, RBW вычисляется как:
$R B W_{a u t o} = \frac{s p a n}{1024}$
Когда вы находитесь в Window Length режиме, задаете _Nwindow, и результат RBW следующий:
$\frac{N E N B W \times F_{s}}{N_{w i n d o w}}$

_Op	_Nsamples
0%	100
50%	50
80%	20

Иногда количества входа выборок недостаточно для достижения заданной полосы пропускания разрешения. Когда происходит эта ситуация, Spectrum Analyzer отображает сообщение:

Анализатор спектра удаляет это сообщение и отображает спектральную оценку, когда достаточно данных было введено.

Примечание

Количество точек БПФ (_Nfft) не зависит от длины окна (_Nwindow). Можно задать им различные значения, если _Nfft больше или равно _Nwindow.

Частотный интервал Найквиста

Когда для свойства PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox) задано значение true, интервал является $[- \frac{S a m p l e R a t e}{2}, \frac{S a m p l e R a t e}{2}] + F r e q u e n c y O f f s e t$ герц.

Когда PlotAsTwoSidedSpectrum для свойства задано значение false, интервал является $[0, \frac{S a m p l e R a t e}{2}] + F r e q u e n c y O f f s e t$ герц.

Периодограмма и спектрограмма

Анализатор спектра вычисляет и строит графики спектра степени, плотности спектра степени и RMS, вычисленных модифицированным Periodogram оценщиком. Для получения дополнительной информации о методе Periodogram см. periodogram (Signal Processing Toolbox).

Степень спектральная плотность - спектральная плотность степени (PSD) задается следующим уравнением.

$PSD (f) = \frac{1}{P} \sum_{p = 1}^{P} \frac{{| \sum_{n = 1}^{N_{F F T}} x^{p} [n] e^{- j 2 π f (n - 1) T} |}^{2}}{F_{s} \times \sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w^{2} [n]}$

В этом уравнении x [n] является дискретным входным сигналом. На каждой входной системе координат анализатор спектра генерирует как можно больше перекрывающихся окон с каждым окном, обозначенным как x^(p)[n] и вычисляет их периодограммы. Spectrum Analyzer отображает среднее выполнение P самых современных периодограмм.

Степень спектр - спектр степени является продуктом спектральной плотности степени и полосы пропускания разрешения, как задано следующим уравнением.

$P_{s p e c t r u m} (f) = PSD (f) \times R B W = PSD (f) \times \frac{F_{s} \times N E N B W}{N_{w i n d o w}} = \frac{1}{P} \sum_{p = 1}^{P} \frac{{| \sum_{n = 1}^{N_{F F T}} x^{p} [n] e^{- j 2 π f (n - 1) T} |}^{2}}{{[\sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w [n]]}^{2}}$

Вектор частоты

Когда установлено значение Autoвектор частоты для входа частотного диапазона вычисляется программным обеспечением.

Когда для свойства PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox) задано значение true, вектор частоты:

$[- \frac{S a m p l e R a t e}{2}, \frac{S a m p l e R a t e}{2}]$

Когда для свойства PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox) задано значение false, вектор частоты:

$[0, \frac{S a m p l e R a t e}{2}]$

Занятое BW

Занятый BW вычисляется следующим образом.

Вычислите общую степень в измеренной частотной области значений.
Определите нижнее значение частоты. Начиная с самой низкой частоты в области значений и двигаясь вверх, степень, распределенная в каждой частоте, суммируется, пока этот результат не будет

$\frac{100 - O c c u p i e d B W %}{2}$
общей степени.
Определите верхнее значение частоты. Начиная с самой высокой частоты в области значений и двигаясь вниз, степень, распределенная в каждой частоте, суммируется, пока результат не достигнет

$\frac{100 - O c c u p i e d B W %}{2}$
общей степени.
Шумовая полоса между нижним и верхним значениями частоты степени занимаемой полосы.
Частота на полпути между нижним и верхним значениями частоты является центральной частотой.

Измерения искажений

Измерения искажения вычисляются следующим образом.

Спектральное содержимое оценивается путем нахождения peaks в спектре. Когда алгоритм обнаруживает пик, он записывает ширину пика и очищает все монотонно уменьшающиеся значения. То есть алгоритм обрабатывает все эти значения так, как если бы они принадлежали пику. Используя этот способ, всёся спектральное содержимое, центрированный при DC (0 Гц), удаляют из спектра и регистрируют количество очищенной полосы пропускания (_W0).
Основная степень (_P1) определяется из оставшегося максимального значения отображаемого спектра. Локальная оценка (_Fe1) основной частоты производится путем вычисления центрального момента степени около пика. Записывается пропускная способность основного содержимого степени (_W1). Затем степень от основной удаляется как на шаге 1.
Степень и ширина гармоники высшего порядка (_P2, _W2, _P3, _W3, и т.д.) определены по очереди, исследовав частоты, самые близкие к соответствующему несколько из местной оценки _{(<reservedrangesplaceholder0>}). Любое спектральное содержимое, которое монотонно уменьшается относительно гармонической частоты, сначала удаляется из спектра перед переходом к следующей гармонике.
Когда постоянное, основное и гармоническое содержимое удаляется из спектра, степень оставшегося спектра исследуется на его сумму (_Premaining), пиковое значение (_Pmaxspur) и медианное значение (_Pestnoise).
Сумма всей удаленной пропускной способности вычислена как _Wsum = _W0 + _W1 + _W2 +... + _Wn.
Сумма степеней гармоник второго и высшего порядка вычисляются как _Pharmonic = _P2 + _P3 + _P4 +... + _Pn.
Сумма степени шума оценивается как:
$P_{n o i s e} = (P_{r e m a i n i n g} \cdot d F + P_{e s t . n o i s e} \cdot W_{s u m}) / R B W$
Где dF - абсолютное различие между интервалами частот, и RBW - полоса пропускания разрешения окна.
Метрики для ОСШ, THD, SINAD и SFDR затем вычисляются из оценок.

$\begin{array}{l} T H D = 10 \cdot \log_{10} (\frac{P_{h a r m o n i c}}{P_{1}}) \\ S I N A D = 10 \cdot \log_{10} (\frac{P_{1}}{P_{h a r m o n i c} + P_{n o i s e}}) \\ S N R = 10 \cdot \log_{10} (\frac{P_{1}}{P_{n o i s e}}) \\ S F D R = 10 \cdot \log_{10} (\frac{P_{1}}{\max (P_{m a x s p u r}, \max (P_{2}, P_{3}, ..., P_{n}))}) \end{array}$

Гармонические измерения

Измерения гармонических искажений используют трассировку спектра, показанную на отображении, в качестве входов для измерений. Значение по умолчанию Hann настройка окна анализатора спектра может показать утечки, которые могут полностью замаскировать шумовой пол измеряемого сигнала.

Гармонические измерения пытаются исправить утечки, игнорируя все содержимое, которое монотонно уменьшается от максимума гармонического peaks. Если утечка окна покрывает более 70% полосы частот в вашем спектре, вы можете увидеть пустое чтение (-) для SNR и SINAD. Если ваше приложение может терпеть увеличенную эквивалентную шумовую полосу (ENBW), рассмотрите использование окна Кайзера с высоким ослаблением (до 330 дБ), чтобы минимизировать спектральные утечки.
Компонент постоянного тока игнорируется.
После окна ширина каждого гармонического компонента маскирует степень шума в окрестности основной частоты и гармоник. Чтобы оценить степень шума в каждой области, анализатор спектра вычисляет медианный уровень шума в негармонических областях спектра. Затем это значение экстраполируется в каждую область.
N^th интермодуляционные продукты порядка происходят при A * F1 + B * F2,
где F1 и F2 являются синусоидальными входными частотами и |<reservedrangesplaceholder4>| + |<reservedrangesplaceholder3>| = N. A и B являются целочисленными значениями.
Для интермодуляционных измерений точка точки пересечения третьего порядка (TOI) вычисляется следующим образом, где P является степенью в децибелах измеренной степени, привязанной к 1 милливатту (дБм):
- _TOIlower = _PF1 + (_PF2 - _P(2F1-F2) )/2
- _TOIupper = _PF2 + (_PF1 - _P(2F2-F1) )/2
- TOI = + (_TOIlower + _TOIupper)/2

Метод усреднения

Скользящее среднее значение вычисляется с помощью одного из двух методов:

Running - Для каждой системы координат входа среднее значение последних N масштабированных векторов Z, которые вычисляются алгоритмом. Переменная N является значением, которое вы задаете для числа спектральных средних значений. Если алгоритму не хватает векторов Z, алгоритм использует нули, чтобы заполнить пустые элементы.
Exponential - алгоритм скользящего среднего, использующий экспоненциал взвешивания, обновляет веса и вычисляет скользящее среднее значение рекурсивно для каждого вектора Z, который поступает с помощью следующих рекурсивных уравнений:
$\begin{array}{l} w_{N} = λ w_{N - 1} + 1 \\ {\bar{z}}_{N} = (1 - \frac{1}{w_{N}}) {\bar{z}}_{N - 1} + (\frac{1}{w_{N}}) z_{N} \end{array}$
- .r- Коэффициент забывания.
- $w_{N}$ - Весовой коэффициент, примененный к вектору текущей Z.
- $z_{N}$ - Вектор Z тока.
- ${\bar{z}}_{N - 1}$ - Скользящее среднее значение до предыдущего вектора Z.
- $(1 - \frac{1}{w_{N}}) {\bar{z}}_{N - 1}$ - Эффект предыдущих векторов Z в среднем.
- ${\bar{z}}_{N}$ - Скользящее среднее значение с учетом вектора текущей Z.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

SpectrumAnalyzerConfiguration | dsp.SpectrumAnalyzer (DSP System Toolbox) | Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox)

Введенный в R2016b

Документация

Spectrum Analyzer

Описание

Уменьшите скорость графика для улучшения эффективности

Ограничения

Порты

Вход

Port_1 - Сигналы для визуализации скаляр | вектор | матрица | массив

Параметры

Настройки спектра

Type - Тип спектра для отображения Power (по умолчанию) | Power density | RMS

Программное использование

Sample rate - Частота дискретизации входного сигнала в герц Inherited (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Программное использование

RBW (Hz) - Пропускная способность разрешения Auto (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Программное использование

Samples/update - Необходимое количество входных выборок положительная скалярная величина

Overlap (%) - Процент перекрытия сегмента 0 (по умолчанию) | скаляром от 0 до 100

Программное использование

Window - Метод оконной обработки Hann (по умолчанию) | Rectangular

Программное использование

NENBW - Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания скаляр

Units - Спектральные модули dBm (по умолчанию)

Программное использование

Averaging method - Метод сглаживания Exponential (по умолчанию) | Running

Программное использование

Averages - Количество спектральных средних значений 1 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимость

Программное использование

Forgetting factor - Коэффициент забывания взвешивания 0.9 (по умолчанию) | скаляром в области значений (0,1]

Зависимость

Программное использование

Reference load - Эталонная нагрузка 1 (по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Программное использование

Scale - Шкала оси частоты Linear (по умолчанию) | Logarithmic

Программное использование

Offset - Постоянное смещение частоты 0 (по умолчанию) | скаляром

Зависимость

Программное использование

Two-sided spectrum - Включить двухсторонний вид спектра off (по умолчанию) | on

Программное использование

Свойства строения

Title - Отобразить заголовок вектор символов | строка

Программное использование

Show legend - Отобразите легенду сигнала off (по умолчанию) | on

Зависимость

Программное использование

Show grid - Показать внутренние линии сетки on (по умолчанию) | off

Программное использование

Y-limits (minimum) - Минимум оси Y -80 (по умолчанию) | скаляром

Программное использование

Y-limits (maximum) - Максимум оси Y 20 (по умолчанию) | скаляром

Программное использование

Y-label - Метка оси Y вектор символов | строка

Программное использование

Стиль

Figure color - Фон окна серый (по умолчанию) | палитры цветов

Plot type - Тип графика Line (по умолчанию) | Stem

Программное использование

Axes colors - Цвет фона осей черный (по умолчанию) | палитры цветов

Properties for line - Канал для настройки визуальных свойств имена каналов

Visible - Видимость канала on (по умолчанию) | off

Line - Стиль линии линия, 0,5, желтая (по умолчанию)

Marker - Маркеры точек данных none (по умолчанию)

Масштабирование осей

Axes scaling - Автоматическое масштабирование осей Auto (по умолчанию) | Manual | After N Updates

Программное использование

Do not allow Y-axis limits to shrink - Пределы масштабирования осей on (по умолчанию) | off

Зависимость

Number of updates - Количество обновлений перед масштабированием 10 (по умолчанию) | положительное число

Зависимость

Scale limits at stop - Шкала осей на упоре off (по умолчанию) | on

Data range (%) - Процент осей 100 (по умолчанию) число | в области значений [1100]

Align - Выравнивание по осям Center (по умолчанию) | Bottom | Top | Left | Right

Примеры моделей

Эффект водяного молота

Алгоритмы

Оценка спектра - Метод Уэлча

Частотный интервал Найквиста

Периодограмма и спектрограмма

`Port_1` - Сигналы для визуализации
скаляр | вектор | матрица | массив

`Type` - Тип спектра для отображения
`Power` (по умолчанию) | `Power density` | `RMS`

`Sample rate` - Частота дискретизации входного сигнала в герц
`Inherited` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`RBW (Hz)` - Пропускная способность разрешения
`Auto` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Samples/update` - Необходимое количество входных выборок
положительная скалярная величина

`Overlap (%)` - Процент перекрытия сегмента
0 (по умолчанию) | скаляром от 0 до 100

`Window` - Метод оконной обработки
`Hann` (по умолчанию) | `Rectangular`

`NENBW` - Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания
скаляр

`Units` - Спектральные модули
`dBm` (по умолчанию)

`Averaging method` - Метод сглаживания
`Exponential` (по умолчанию) | `Running`

`Averages` - Количество спектральных средних значений
`1` (по умолчанию) | положительное целое число

`Forgetting factor` - Коэффициент забывания взвешивания
`0.9` (по умолчанию) | скаляром в области значений (0,1]

`Reference load` - Эталонная нагрузка
`1` (по умолчанию) | положительный действительный скаляр

`Scale` - Шкала оси частоты
`Linear` (по умолчанию) | `Logarithmic`

`Offset` - Постоянное смещение частоты
`0` (по умолчанию) | скаляром

`Two-sided spectrum` - Включить двухсторонний вид спектра
off (по умолчанию) | on

`Title` - Отобразить заголовок
вектор символов | строка

`Show legend` - Отобразите легенду сигнала
off (по умолчанию) | on

`Show grid` - Показать внутренние линии сетки
on (по умолчанию) | off

`Y-limits (minimum)` - Минимум оси Y
`-80` (по умолчанию) | скаляром

`Y-limits (maximum)` - Максимум оси Y
`20` (по умолчанию) | скаляром

`Y-label` - Метка оси Y
вектор символов | строка

`Figure color` - Фон окна
серый (по умолчанию) | палитры цветов

`Plot type` - Тип графика
`Line` (по умолчанию) | `Stem`

`Axes colors` - Цвет фона осей
черный (по умолчанию) | палитры цветов

`Properties for line` - Канал для настройки визуальных свойств
имена каналов

`Visible` - Видимость канала
on (по умолчанию) | off

`Line` - Стиль линии
линия, 0,5, желтая (по умолчанию)

`Marker` - Маркеры точек данных
`none` (по умолчанию)

`Axes scaling` - Автоматическое масштабирование осей
`Auto` (по умолчанию) | `Manual` | `After N Updates`

`Do not allow Y-axis limits to shrink` - Пределы масштабирования осей
on (по умолчанию) | off

`Number of updates` - Количество обновлений перед масштабированием
`10` (по умолчанию) | положительное число

`Scale limits at stop` - Шкала осей на упоре
off (по умолчанию) | on

`Data range (%)` - Процент осей
100 (по умолчанию) число | в области значений [1100]

`Align` - Выравнивание по осям
`Center` (по умолчанию) | `Bottom` | `Top` | `Left` | `Right`

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®