Отобразите спектр частоты
Simscape / Утилиты
Примечание
Блок Spectrum Analyzer в продукте Simscape™ содержит подмножество функциональности блока DSP System Toolbox™ с тем же именем. Эта страница описывает настройку блока и функциональность, доступную 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 смотрите Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox) в документации DSP System Toolbox.
Блок Spectrum Analyzer принимает входные сигналы с дискретными шагами расчета и спектрами частоты отображений этих сигналов.
Использовать блок Spectrum Analyzer, вместо регулярного осциллографа, в модели Simscape:
Добавьте блок Spectrum Analyzer в свою блок-схему.
Если ваша модель использует решатель переменного шага, также добавьте блок Rate Transition и соедините его с входом Спектра Анализатор, установив Output port sample time на шаг расчета, который вы хотите, чтобы Spectrum Analyzer использовал.
Если ваша модель использует локальный решатель, то она производит выходные физические сигналы с дискретными шагами расчета, и вы не должны добавлять блок Rate Transition. Однако, если необходимо проредить от решателя зафиксированный размер шага, можно также использовать блок Rate Transition. Для получения дополнительной информации об использовании локальных решателей смотрите Делающий Оптимальный Выбор Решателя для Физической Симуляции.
Используйте блок PS-Simulink Converter, чтобы соединить выходной физический сигнал интереса для входа блока Spectrum Analyzer (или к входу блока Rate Transition при использовании одного). Для получения дополнительной информации см. Соединяющиеся Схемы Simscape к Источникам Simulink и Осциллографам. Можно также использовать дополнительные блоки обработки сигналов между PS-Simulink Converter и Spectrum Analyzer, чтобы улучшить качество сигнала.
Запустите симуляцию. Спектр Анализатор, упомянутый здесь как осциллограф, открывает и отображает спектр частоты сигнала.
Примечание
Чтобы препятствовать тому, чтобы осциллограф открылся, когда вы запустите свою модель, щелкните правой кнопкой по значку осциллографа и выберите Comment Out. Если осциллограф уже открыт, и вы комментируете его в модели, отображениях осциллографа, "Никакие данные нельзя показать, потому что этот осциллограф комментируется". Выберите Uncomment снова включать осциллограф.
По умолчанию Спектр Анализатор обновляет отображение в фиксированные интервалы времени на уровне не чрезмерные 20 герц. Если вы хотите, чтобы Спектр Анализатор построил спектр на каждом шаге времени симуляции, можно отключить опцию Reduce Plot Rate to Improve Performance. В меню Spectrum Analyzer выберите Simulation> Reduce Plot Rate to Improve Performance, чтобы снять флажок. Настраиваемый.
Примечание
Когда этот флажок устанавливается, Спектр, Анализатор может отобразить вводящий в заблуждение спектр в некоторых ситуациях. Например, если входной сигнал является широкополосным с неустановившимся поведением, таким как сигнал щебета, Спектр, Анализатор может отобразить стационарный спектр. Причина этого поведения состоит в том, что Спектр Анализатор буферизует данные о входном сигнале и только обновляет отображение периодически приблизительно в 20 раз в секунду. Поэтому Анализатор Спектра не представляет изменения в спектре, которые происходят и протекают между обновлениями, который производит впечатление неправильного спектра. Чтобы гарантировать, что спектральные оценки максимально точны, снимите флажок Reduce Plot Rate to Improve Performance. Когда вы очищаете это поле, Спектр, Анализатор вычисляет спектры каждый раз, когда существует достаточно данных, представляя результаты правильно.
Эта страница с описанием описывает блок Spectrum Analyzer, доступный с Simscape или RF Blockset™. Если у вас есть DSP System Toolbox, больше параметров и измерений доступны. Для получения информации о полном спектре Анализатор смотрите Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox).
Этот раздел перечисляет параметры, доступные в Спектре Анализатор, когда у вас нет DSP System Toolbox. Для полного списка параметров смотрите Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox).
Панель Spectrum Settings появляется в правой стороне окна Spectrum Analyzer. Эта панель управляет, как спектр вычисляется. Чтобы показать Настройки Спектра, в меню Spectrum Analyzer, выбирают View> Spectrum Settings или используют
кнопку на панели инструментов.
Type — Тип спектра, чтобы отобразитьсяPower (значение по умолчанию) | Power density | RMSPower — Спектр Анализатор показывает спектр мощности.
Power density — Спектр Анализатор показывает спектральную плотность мощности. Спектральная плотность мощности является величиной спектра, нормированного к полосе пропускания 1 герц.
RMS — Спектр Анализатор показывает корневой среднеквадратический спектр.
Настраиваемый: да
Смотрите SpectrumType.
Sample rate — Частота дискретизации входного сигнала в герцInherited (значение по умолчанию) | положительная скалярная величинаЧастота дискретизации входного сигнала в герц в виде также
Inherited использовать ту же частоту дискретизации в качестве входного сигнала.
Положительная скалярная величина. Заданная частота дискретизации должна быть, по крайней мере, дважды частотой дискретизации входного сигнала. В противном случае вы можете видеть неожиданное поведение в своей визуализации сигнала из-за искажения.
Смотрите SampleRate (DSP System Toolbox).
RBW (Hz) — Полоса пропускания разрешенияAuto (значение по умолчанию) | положительная скалярная величинаПолоса пропускания разрешения в герц. Этот параметр задает наименьшую положительную частоту, которая может быть разрешена. По умолчанию этот параметр устанавливается на Auto. В этом случае, Спектр, Анализатор определяет соответствующее значение, чтобы гарантировать, что существует 1024 интервала RBW по заданному промежутку частоты.
Если вы устанавливаете этот параметр на числовое значение, значение должно позволить по крайней мере два интервала RBW по заданному промежутку частоты. Другими словами, отношение полного промежутка частоты к RBW должно быть больше два:
Настраиваемый: да
См. RBW (DSP System Toolbox).
Samples/update — Необходимое количество входных выборокЭто свойство доступно только для чтения.
Количество входных выборок, требуемых вычислить одно спектральное обновление. Вы не можете изменить этот параметр; это показывают в спектре анализатор в информационных целях только. Этот параметр непосредственно связан с RBW (Hz)/Window length/Number of frequency bands. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы (DSP System Toolbox).
Если вход не имеет достаточных выборок, чтобы достигнуть полосы пропускания разрешения, которую вы задаете, Спектр, Анализатор производит сообщение на отображении.
Overlap (%) — Процент перекрытия сегментаЭтот параметр задает сумму перекрытия между предыдущими и текущими буферизированными сегментами данных. Перекрытие создает сегмент окна, который используется для расчета спектральная оценка. Значение должно быть больше или быть равным нулю и меньше чем 100.
Настраиваемый: да
Смотрите OverlapPercent (DSP System Toolbox).
Window — Метод работы с окнамиHann (значение по умолчанию) | RectangularМетод работы с окнами, чтобы примениться к спектру. Работа с окнами используется, чтобы управлять эффектом боковых лепестков по спектральной оценке. Окно, которое вы задаете, влияет на длину окна, требуемую достигнуть полосы пропускания разрешения и необходимого количества отсчетов на обновление. Для получения дополнительной информации о работе с окнами, смотрите Windows (Signal Processing Toolbox).
Настраиваемый: да
Смотрите окно (DSP System Toolbox).
NENBW — Нормированная эффективная шумовая полоса пропусканияЭто свойство доступно только для чтения.
Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания окна. Вы не можете изменить этот параметр; это показывают в информационных целях только. Этот параметр является мерой шумовой эффективности окна. Значение является шириной прямоугольного фильтра, который накапливает ту же шумовую мощность с тем же усилением пиковой мощности.
Прямоугольное окно имеет самый маленький NENBW со значением 1. Все другие окна имеют большее значение NENBW. Например, окно Hann имеет значение NENBW приблизительно 1,5.
Units — Модули спектраdBm (значение по умолчанию)Это свойство доступно только для чтения.
Модули спектра. Чтобы изменить модули, у вас должен быть DSP System Toolbox.
Настраиваемый: да
Смотрите SpectrumUnits (DSP System Toolbox).
Averaging method — Сглаживание методаExponential (значение по умолчанию) | RunningЗадайте метод сглаживания как:
Exponential — Взвешенное среднее выборок. Используйте Forgetting factor свойство задать взвешенный фактор упущения.
Running — Рабочее среднее значение последних выборок n. Используйте Averages свойство задать n.
Для получения дополнительной информации о методах усреднения, смотрите Метод усреднения.
Смотрите AveragingMethod.
Averages — Количество спектральных средних значенийЗадайте количество спектральных средних значений как положительное целое число. Спектр анализатор вычисляет текущую оценку спектра мощности путем вычисления рабочего среднего значения последних оценок спектра мощности N. Этот параметр задает количество спектральных средних значений, N.
Этот параметр применяется только, когда Averaging method является Running.
Смотрите SpectralAverages.
Forgetting factor — Взвешивание упущения фактораЗадайте экспоненциал, взвешивающий как скалярное значение, больше, чем 0 и меньше чем или равный 1.
Этот параметр применяется только, когда Averaging method является Exponential.
Смотрите ForgettingFactor.
Reference load — Ссылочная загрузкаСсылочная загрузка в Омах, которые Спектр Анализатор использует в качестве ссылки, чтобы вычислить значения степени.
Смотрите ReferenceLoad (DSP System Toolbox).
Scale — Шкала оси частотыLinear (значение по умолчанию) | LogarithmicВыберите линейную шкалу или шкалу логарифма для оси частоты. Когда промежуток частоты содержит отрицательные значения частоты, вы не можете выбрать логарифмическую опцию.
Смотрите FrequencyScale (DSP System Toolbox).
Offset — Постоянная частота возмещенаПостоянное смещение частоты, чтобы примениться к целому спектру или вектору из частот, чтобы примениться к каждому спектру за несколько входных параметров. Параметр смещения добавляется к значениям на оси Частоты в окне Spectrum Analyzer. Этот параметр не используется ни в каких спектральных расчетах. Необходимо принять параметр во внимание, когда вы устанавливаете Span (Hz) и параметры CF (Hz) гарантировать, что промежуток частоты в интервале частоты Найквиста (DSP System Toolbox).
Чтобы использовать этот параметр, установите Входную область (DSP System Toolbox) на Time.
Смотрите FrequencyOffset (DSP System Toolbox).
Two-sided spectrum — Включите двухстороннее представление спектраУстановите этот флажок, чтобы включить двухстороннее представление спектра. В этом представлении показывают и отрицательные и положительные частоты. Если вы снимаете этот флажок, Спектр, Анализатор показывает односторонний спектр только с положительными частотами. Анализатор спектра требует, чтобы этот параметр был выбран, когда входной сигнал с комплексным знаком.
Смотрите PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox).
Диалоговое окно Configuration Properties управляет визуальными аспектами Спектра Анализатор. Чтобы открыть Configuration Properties, в меню Spectrum Analyzer, выбирают View> Configuration Properties или нажимают
кнопку в выпадающем списке панели инструментов.
Title — Отобразите заголовокЗадайте заголовок отображения. Введите %<SignalLabel> использовать метки сигнала в модели Simulink как заголовки осей.
Настраиваемый: да
Смотрите Title (DSP System Toolbox).
Show legend — Отобразите легенду сигналаПокажите легенду сигнала. Имена, перечисленные в легенде, являются именами сигнала из модели. Для сигналов с несколькими каналами индекс канала добавлен после имени сигнала. Непрерывные сигналы имеют прямые линии перед своими именами, и дискретные сигналы неродной сформировали линии.
От легенды можно управлять, какие сигналы отображаются. Это управление эквивалентно изменению видимости в параметрах Style. В легенде scope кликните по имени сигнала, чтобы скрыть сигнал в осциллографе. Чтобы показать сигнал, кликните по имени сигнала снова. Чтобы показать только один сигнал, щелкните правой кнопкой по имени сигнала, которое скрывает все другие сигналы. Чтобы показать все сигналы, нажмите ESC.
Примечание
Легенда только показывает первые 20 сигналов. Любые дополнительные сигналы нельзя просмотреть или управлять от легенды.
Чтобы включить этот параметр, установите Представление (DSP System Toolbox) на Spectrum или Spectrum and spectrogram.
Смотрите ShowLegend (DSP System Toolbox).
Show grid — Покажите внутренние линии сеткиПокажите внутренние линии сетки на Спектре Анализатор
Смотрите ShowGrid (DSP System Toolbox).
Y-limits (minimum) — Минимум оси YЗадайте минимальное значение y - ось.
Смотрите YLimits (DSP System Toolbox).
Y-limits (maximum) — Максимум оси YЗадайте максимальное значение y - ось.
Смотрите YLimits (DSP System Toolbox).
Y-label — Метка оси YЧтобы отобразить модули сигнала, добавьте (%<SignalUnits>) к метке. В начале симуляции Simulink заменяет (%SignalUnits) с модулями, сопоставленными с сигналами. Например, если у вас есть сигнал для скорости с модулями м/с, входят
Velocity (%<SignalUnits>)
Смотрите YLabel (DSP System Toolbox).
Средства управления диалоговым окном Style, как к Спектру Анализатор появляется. Чтобы открыть Свойства стиля, в меню Spectrum Analyzer, выбирают View> Style или нажимают
кнопку на выпадающей панели инструментов.
Figure color — Фон окнаЗадайте цвет, что вы хотите обратиться к фону фигуры осциллографа.
Plot type — Постройте типLine (значение по умолчанию) | StemЗадайте, отобразить ли Line или Stem график.
Смотрите PlotType (DSP System Toolbox).
Axes colors — Цвет фона осейЗадайте цвет, что вы хотите обратиться к фону осей.
Properties for line — Образуйте канал для визуальных настроек свойстваЗадайте канал, для которого вы хотите изменить видимость, свойства линии и свойства маркера.
Visible — Видимость каналаЗадайте, отображается ли выбранный канал. Если вы снимаете этот флажок, линия исчезает. Можно также изменить видимость сигнала с помощью легенды scope.
Line — Стиль линииЗадайте стиль линии, ширину линии и цвет линии для выбранного канала.
Marker — Маркеры точки данныхnone (значение по умолчанию)Задайте метки выбранного канала, чтобы показать в его точках данных. Этот параметр похож на свойство Marker для графиков. Можно выбрать любой из символов маркера от выпадающего.
Диалоговое окно Axes Scaling управляет пределами осей Спектра Анализатор. Чтобы открыть свойства Axes Scaling, в меню Spectrum Analyzer, выбирают Tools> Axes Scaling> Axes Scaling Properties.
Axes scaling — Автоматическое масштабирование осейAuto (значение по умолчанию) | Manual | After N UpdatesЗадайте, когда осциллограф автоматически будет масштабировать ось Y. По умолчанию этот параметр устанавливается на Auto, и осциллограф не уменьшает пределы оси Y при масштабировании осей. Можно выбрать одну из следующих опций:
Auto — Осциллограф масштабирует оси по мере необходимости, обоих в течение и после симуляции. Выбирание этой опции показывает Do not allow Y-axis limits to shrink.
Manual — Когда вы выбираете эту опцию, осциллограф автоматически не масштабирует оси. Можно вручную масштабировать оси любым из следующих способов:
Выберите Tools> Scaling Properties.
Нажмите одну из кнопок на панели инструментов Scale Axis Limits.
Когда фигура осциллографа будет активным окном, нажмите Ctrl+A.
After N Updates — Выбор этой опции заставляет осциллограф масштабировать оси после конкретного количества обновлений. Эта опция является полезной, и самой эффективной, когда ваши значения сигналов частоты быстро достигают установившийся после короткого периода. Выбирание этой опции показывает окно редактирования Number of updates, где можно изменить количество обновлений, чтобы ожидать перед масштабированием.
Настраиваемый: да
Смотрите AxesScaling (DSP System Toolbox).
Do not allow Y-axis limits to shrink — Оси, масштабирующие пределыКогда вы выбираете этот параметр, оси Y позволяют вырасти во время операций масштабирования осей. Если вы снимаете этот флажок, пределы оси Y могут уменьшиться во время операций масштабирования осей.
Этот параметр появляется только, когда вы выбираете Auto для параметра Axis scaling. Когда вы устанавливаете параметр Axes scaling на Manual или After N Updates, y - пределы по осям могут уменьшиться.
Number of updates — Количество обновлений перед масштабированиемКоличество обновлений, после которых оси масштабируются в виде положительного целого числа. Если спектрограмма отображена, этот параметр задает количество обновлений, после которых цветные оси масштабируется.
Настраиваемый: да
Этот параметр появляется только, когда вы устанавливаете масштабирование масштабирования/Цвета Осей (DSP System Toolbox) на After N Updates.
Смотрите AxesScalingNumUpdates.
Scale limits at stop — Масштабируйте оси на остановкеУстановите этот флажок, чтобы масштабировать оси, когда симуляция остановится. Если спектрограмма отображена, установите этот флажок, чтобы масштабировать цвет, когда симуляция останавливается. y - ось всегда масштабируется. x - пределы по осям только масштабируются, если вы также устанавливаете флажок Scale X-axis limits.
Data range (%) — Процент осейУстановите процент оси что использование осциллографа отображать данные при масштабировании осей. Если спектрограмма отображена, установите процент области значений значений степени в рамках палитры. Допустимые значения от 1 до 100. Например, если вы устанавливаете этот параметр на 100, осциллограф масштабирует пределы по осям, таким образом, что ваши данные используют целую область значений оси. Если вы затем устанавливаете этот параметр на 30, осциллограф увеличивает y - ось или цветовой диапазон, таким образом, что ваши данные используют только 30% области значений оси.
Настраиваемый: да
Align — Выравнивание вдоль осейCenter (значение по умолчанию) | Bottom | Top | Left | RightЗадайте, где осциллограф выравнивает ваши данные вдоль оси, когда это масштабирует оси. Если спектрограмма отображена, задайте, где осциллограф выравнивает ваши данные вдоль оси, когда это масштабирует цвет. Если вы используете Измерения CCDF (DSP System Toolbox), ось X также конфигурируема.
Настраиваемый: да
Когда вы выбираете Welch метод, оценка спектра мощности усреднена измененные периодограммы.
Учитывая вход сигнала, x, Спектр Анализатор делает следующее:
Умножает x данным окном и шкалами результат степенью окна. Спектр Анализатор использует RBW или Window Length установка в Spectrum Settings разделяет на области, чтобы определить длину окна данных.
Вычисляет БПФ сигнала, Y, и берет квадратную величину с помощью Z = Y.*conj(Y).
Вычисляет текущую оценку спектра мощности путем взятия скользящего среднего значения последнего количества N Z и масштабирует ответ частотой дискретизации. Для получения дополнительной информации на методах скользящего среднего значения, смотрите Метод усреднения.
Спектр Анализатор требует что минимальное количество отсчетов вычислять спектральную оценку. Это количество входных выборок, требуемых вычислить одно спектральное обновление, показывается Samples/update в панели Main options. Это значение непосредственно связано с полосой пропускания разрешения, RBW, следующим уравнением, или к длине окна, уравнением, показанным на шаге 2.
Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания, NENBW, является фактором, который зависит от метода работы с окнами. Спектр Анализатор показывает значение NENBW в панели Window Options панели Spectrum Settings. Перекройте процент, Op, значение параметра Overlap % в панели Window Options панели Spectrum Settings. Fs является частотой дискретизации входного сигнала. Спектр Анализатор показывает частоту дискретизации в панели Main Options панели Spectrum Settings.
Когда в режиме RBW (Hz), длина окна, требуемая вычислить одно спектральное обновление, Nwindow, непосредственно связана с полосой пропускания разрешения и нормировала эффективную шумовую полосу пропускания:
Когда в режиме Window Length, длина окна используется, как задано.
Количество входных выборок, требуемых вычислить одно спектральное обновление, Nsamples, непосредственно связано с длиной окна и суммой перекрытия следующим уравнением.
Когда вы увеличиваете процент перекрытия, меньше новых входных выборок необходимо, чтобы вычислить новое спектральное обновление. Например, если длина окна равняется 100, то количество входных выборок, требуемых вычислить одно спектральное обновление, дано как показано в следующей таблице.
| Op | Nsamples |
|---|---|
| 0% | 100 |
| 50% | 50 |
| 80% | 20 |
Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания, NENBW, является параметром окна, определенным длиной окна, Nwindow и типом используемого окна. Если w (n) обозначает вектор из коэффициентов окна Nwindow, то NENBW дан следующим уравнением.
Когда в режиме RBW (Hz), можно установить полосу пропускания разрешения с помощью значения параметра RBW (Hz) на панели Main options панели Spectrum Settings. Необходимо задать значение, чтобы гарантировать, что существует по крайней мере два интервала RBW по заданному промежутку частоты. Отношение полного промежутка к RBW должно быть больше два:
По умолчанию параметр RBW (Hz) на панели Main options устанавливается на Auto. В этом случае, Спектр, Анализатор определяет соответствующее значение, чтобы гарантировать, что существует 1024 интервала RBW по заданному промежутку частоты. Когда вы устанавливаете RBW (Hz) на Auto, RBW вычисляется как:
Когда в режиме Window Length, вы задаете Nwindow, и получившийся RBW:
Иногда, количество входных обеспеченных выборок не достаточно, чтобы достигнуть полосы пропускания разрешения, которую вы задаете. Когда эта ситуация происходит, Спектр, Анализатор отображает сообщение:
Спектр Анализатор удаляет это сообщение и отображает спектральную оценку, когда достаточно данных было введено.
Примечание
Количество точек БПФ (Nfft) независимо от длины окна (Nwindow). Можно установить их на различные значения, если Nfft больше или равен Nwindow.
Гармонические измерения искажения используют трассировку спектра, показанную в отображении как вход к измерениям. Hann по умолчанию установка окна Спектра, Анализатор может показать утечку, которая может полностью замаскировать уровень шума измеренного сигнала.
Гармонические измерения пытаются откорректировать для утечки путем игнорирования всего содержимого частоты, которое уменьшается монотонно далеко от максимума гармонического peaks. Если утечка окна покрывает больше чем 70% полосы пропускания частоты в вашем спектре, можно видеть, что пробел читать (–) сообщил для SNR и SINAD. Если ваше приложение может терпеть увеличенную эквивалентную шумовую полосу (ENBW), рассмотрите использование окна Кайзера с высоким затуханием (до 330 дБ), чтобы минимизировать спектральную утечку.
Компонент DC проигнорирован.
После работы с окнами, ширины каждой гармоники маски компонента шумовая мощность в окружении основной частоты и гармоник. Чтобы оценить шумовую мощность в каждой области, Спектр, Анализатор вычисляет средний уровень шума в нелинейных областях спектра. Это затем экстраполирует то значение в каждую область.
Nth прикажите, чтобы продукты интермодуляции произошли в A *F1 + B *F2,
где F1 и F2 являются входными частотами синусоиды и |A | + |B | = N. A и B являются целочисленными значениями.
Для измерений интермодуляции точка точки пересечения третьего порядка (TOI) вычисляется можно следующим образом, где P является степенью в децибелах измеренной степени, на которую ссылаются к 1 милливатту (dBm):
TOIlower = PF1 + (PF2 - P(2F1-F2))/2
TOIupper = PF2 + (PF1 - P(2F2-F1))/2
TOI = + (TOIlower + TOIupper)/2
Скользящее среднее значение вычисляется с помощью одного из этих двух методов:
Running — Для каждой системы координат входа насчитайте последний N - масштабировал векторы Z, которые вычисляются алгоритмом. Переменная N является значением, которое вы задаете для количества спектральных средних значений. Если алгоритм не имеет достаточного количества векторов Z, алгоритм использует нули, чтобы заполнить пустые элементы.
Exponential — Алгоритм скользящего среднего значения с помощью экспоненциального метода взвешивания обновляет веса и вычисляет скользящее среднее значение рекурсивно для каждого вектора Z, который входит при помощи следующих рекурсивных уравнений:
λ — Упущение фактора
— Взвешивание фактора применилось к текущему вектору Z
— Текущий вектор Z
— Скользящее среднее значение до предыдущего вектора Z
— Эффект предыдущих векторов Z в среднем
— Скользящее среднее значение включая текущий вектор Z
SpectrumAnalyzerConfiguration | Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox) | dsp.SpectrumAnalyzer (DSP System Toolbox)
