Exponenta Banner

dsp.ZoomFFT

БПФ с высоким разрешением фрагмента спектра

расширьте все на странице

Описание

dsp.ZoomFFT Система object™ вычисляет быстрое преобразование Фурье (FFT) сигнала по фрагменту частот в интервале Найквиста. Путем устанавливания соответствующий коэффициент децимации D и частота дискретизации Fs, можно выбрать полосу пропускания частот, чтобы анализировать BW, где BW = Fs/D. Можно также выбрать определенную область значений частот, чтобы анализировать в интервале Найквиста путем выбора центральной частоты желаемой полосы.

Разрешение сигнала является отношением Fs и длины БПФ (L). Используя БПФ изменения масштаба, можно сохранить то же разрешение, которого вы достигли бы с полноразмерным БПФ на вашем исходном сигнале путем вычисления маленького БПФ на более коротком сигнале. Более короткий сигнал прибывает из десятикратного уменьшения исходного сигнала. Сбережения прибывают из способности вычислить намного более короткий БПФ при достижении того же разрешения. Для фактора децимации D новой частотой дискретизации, Fsd, является Fs/D, и новым форматом кадра (и длина БПФ) является Ld = L/D. Разрешением подкошенного сигнала является Fsd/Ld = Fs/L. Чтобы достигнуть более высокого разрешения более короткой полосы, используйте исходную длину БПФ, L, вместо подкошенной длины БПФ, Ld.

Вычислить БПФ фрагмента спектра:

  1. Создайте dsp.ZoomFFT объект и набор его свойства.

  2. Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?

Создание

Синтаксис

zfft = dsp.ZoomFFT
zfft = dsp.ZoomFFT(d)
zfft = dsp.ZoomFFT(d,Fc)
zfft = dsp.ZoomFFT(d,Fc,Fs)
zfft = dsp.ZoomFFT(Name,Value)

Описание

zfft = dsp.ZoomFFT создает Системный объект БПФ изменения масштаба, zfft, это выполняет БПФ на фрагменте частотного диапазона входного сигнала. Объект определяет частотный диапазон, по которому можно выполнить БПФ с помощью заданной центральной частоты и значений фактора децимации.

пример

zfft = dsp.ZoomFFT(d) создает объект FFT изменения масштаба с набором свойств DecimationFactor к d.

пример

zfft = dsp.ZoomFFT(d,Fc) создает объект FFT изменения масштаба с набором свойств DecimationFactor к d, и набор свойств CenterFrequency к Fc.

пример

zfft = dsp.ZoomFFT(d,Fc,Fs) создает объект FFT изменения масштаба с набором свойств DecimationFactor к d, набор свойств CenterFrequency к Fc, и набор свойств SampleRate к Fs.

пример

zfft = dsp.ZoomFFT(Name,Value) создает объект FFT изменения масштаба с каждым заданным набором свойств к заданному значению. Заключите каждое имя свойства в одинарные кавычки. Можно использовать этот синтаксис с любыми предыдущими комбинациями входных аргументов.

Пример: zfft = dsp.ZoomFFT(2,2e3,48e3,'FFTLength',64);

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и release функция разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты.

Фактор децимации в виде положительного целого числа. Это значение задает фактор, которым объект уменьшает полосу пропускания входного сигнала. Количество строк во входном сигнале должно быть кратным фактору децимации.

Пример 4

Пример 8

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Центральная частота желаемой полосы в Гц в виде действительного скаляра в области значений (– SampleRate/2, SampleRate/2).

Пример: 0.5

Пример: 10

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Длина БПФ в виде положительного целого числа. Длина БПФ должна быть больше или быть равна отношению формата кадра (количество входных строк) и фактор децимации, L/D. Значение по умолчанию, [], задает длину БПФ, которая равняется отношению, L/D.

Пример: 24

Пример: 52

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Введите частоту дискретизации в Гц в виде положительного действительного скаляра.

Пример: 44100

Пример: 48000

Типы данных: single | double

Использование

Синтаксис

zfftOut = zfft(input)

Описание

пример

zfftOut = zfft(input) вычисляет БПФ изменения масштаба входа. Каждый столбец входа обработан как независимый канал. Объект вычисляет БПФ каждого канала входного сигнала независимо в зависимости от времени.

Входные параметры

развернуть все

Ввод данных, БПФ изменения масштаба которого объект вычисляет в виде вектора или матрицы. Количество входных строк должно быть кратным фактору децимации.

Этот переменный размер поддержки объектов входные сигналы, пока размер входного кадра является кратным фактору децимации. Таким образом, можно изменить размер входного кадра (количество строк) даже после вызова алгоритма. Однако количество каналов (количество столбцов) должно остаться постоянным.

Пример: randn(22,2)

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Выходные аргументы

развернуть все

Масштабируйте FFT выходной параметр, возвращенный как вектор или матрица. Если длина БПФ установлена в автоматический, выходной формат кадра равняется размеру входного кадра, разделенному на фактор децимации. Если объект задает длину БПФ, выходной формат кадра равняется заданной длине БПФ. Тип выходных данных совпадает с типом входных данных.

Пример: randn (11,2)

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

stepЗапустите алгоритм Системного объекта
releaseВысвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
resetСбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

свернуть все

Открыть скрипт

Вычислите БПФ поддиапазона [на 1 500 Гц 2 500 Гц] с помощью БПФ изменения масштаба для сигнала, произведенного на уровне 48 кГц.

Инициализация

Установите центральную частоту на 2 кГц и полосу пропускания интереса для 1 кГц. Полоса пропускания сосредоточена на центральной частоте. Фактором децимации является отношение входной частоты дискретизации, 48 кГц и полосы пропускания интереса, 1 кГц. Выберите длину FFT 64. Установите размер входного кадра быть временами фактора децимации длина БПФ. Создайте dsp.ZoomFFT объект с заданным фактором децимации, сосредоточьте частоту, частоту дискретизации и длину БПФ.

Fs = 48e3;
CF = 2e3;
BW = 1e3;
D  =  Fs/BW;
fftlen = 64;
L  = D * fftlen;
zfft = dsp.ZoomFFT(D,CF,Fs,'FFTLength',fftlen);

Частоты

БПФ вычислен по частотам, запускающимся на уровне 1 500 Гц, и расположен с интервалами$Fs/(D*fftLen)$ Гц независимо, который является разрешением или минимальной частотой, которая может быть различена. Количество частот, на которых вычисляется БПФ изменения масштаба, равняется длине БПФ.

Fsd = Fs/D;
F = CF + (Fsd/fftlen)*(0:fftlen-1)-Fsd/2;

Инициализируйте осциллограф

Создайте график массивов показать частоты в F.

ap = dsp.ArrayPlot('XDataMode','Custom','CustomXData',F,...
    'YLabel','z .* conj(z)','XLabel','Frequency (Hz)','YLimits',[0 1.1e3],...
    'Title',sprintf('Decimation Factor = %d. Center Frequency = %d Hz. Resolution = %f Hz',D, CF,(Fs/D)/fftlen));

Генератор Sine wave

Создайте синусоиду с частотами на уровне 1 625 Гц, 2 000 Гц и 2 125 Гц.

tones = [1625 2000 2125];
sine = dsp.SineWave('SampleRate',Fs,'Frequency',tones,'SamplesPerFrame',L);

Потоковая передача

Передайте шумную синусоиду с частотой дискретизации 48 кГц. Вычислите БПФ изменения масштаба этой синусоиды в поддиапазоне [1 500 Гц 2 500 Гц]. Перестройте преобразование Фурье путем сдвига нулевой частотной составляющей к центру массива. Просмотрите тоны на уровне 1 625 Гц, 2 000 Гц и 2 125 Гц в графике массивов.

for i = 1:1000
    x = sum(sine(),2)+1e-1*randn(L,1);
    z = zfft(x);
    z = fftshift(z);
    ap(z.*conj(z));
end

Скрипт Open Live Script

dsp.ZoomFFT объект принимает входные параметры переменного размера, пока вход является кратным фактору децимации. Количество входных каналов не может измениться.

Создайте dsp.ZoomFFT объект с фактором децимации 4, сосредоточьте частоту 2 кГц и входную частоту дискретизации 48 кГц. Передайте случайный вход с 4*64 строками и 2 столбцами. Варьируйтесь количество строк к 4*128 и 4*32. Получившиеся длины БПФ равняются 64, 128, и 32, соответственно. Размер выходных параметров [64 2], [128 2], и [32 2], соответственно.

zfft = dsp.ZoomFFT(4,2e3,48e3);
y1 = zfft(randn(4*64,2));
y2 = zfft(randn(4*128,2));
y3 = zfft(randn(4*32,2));

Установите длину БПФ как 256 и передайте входные параметры переменного размера. Размер всех выходных параметров [256 2].

release(zfft);
zfft.FFTLength = 256;
y4 = zfft(randn(4*64,2));
y5 = zfft(randn(4*128,2));
y6 = zfft(randn(4*32,2));

Алгоритмы

Алгоритм бпф изменения масштаба усиливает полосу пропускания, фильтрующую прежде, чем вычислить БПФ сигнала. Концепция полосовой фильтрации, это предполагает, что вы интересуетесь полосой [F1, F2] исходного входного сигнала, произведенного на уровне Гц Fs. Если вы передаете этот сигнал через комплексный (односторонний) полосовой фильтр, сосредоточенный в Fc = (F1 +F2)/2, с полосой пропускания BW = F2 – F1, и затем прореживаете сигнал на коэффициент D = пол (Fs/BW), желаемая полоса сводится к основной полосе.

Если Fc нельзя выразить в форме k ×Fs/D, где k является целым числом, то переключенный, подкошенный спектр не сосредоточен в DC. В этом случае центральная частота переводится в Fd.

Fd=Fc−(Fs/D)×floor((D×Fc+Fs/2)/Fs)

Комплексный полосовой фильтр получен первой разработкой прототипа фильтра lowpass и затем умножением коэффициентов lowpass с комплексной экпонентой. Этот алгоритм использует многоскоростной, многоступенчатый КИХ-фильтр в качестве прототипа фильтра lowpass. Чтобы получить полосовой фильтр, коэффициенты каждого этапа являются переключенной частотой. Фактором децимации является совокупный фактор децимации каждого этапа. Комплексный полосовой фильтр, сопровождаемый decimator, реализуется с помощью эффективной многофазной структуры. Для получения дополнительной информации о проекте комплексного полосового фильтра от многоскоростного многоступенчатого КИХ-прототипа фильтра смотрите БПФ Изменения масштаба и Комплексный Проект Полосового фильтра.

Ссылки

[1] Харрис, Обработка сигналов Ф.Дж. Малтирэйта для Систем связи. Prentice Hall, 2004, стр 208–209.

Расширенные возможности

Смотрите также

Объекты

Блоки

Темы

Введенный в R2017b

Документация DSP System Toolbox

Поддержка