Spectrum Analyzer

Отобразите спектр частоты

Библиотека:
Simscape / Утилиты

Описание

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.

Уменьшайте уровень графика, чтобы улучшать производительность

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.

Ограничения

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).

Порты

Входной параметр

развернуть все

`Port_1` — Сигналы визуализировать
скаляр | вектор | матрица | массив

Соедините сигналы, которые вы хотите визуализировать. У вас может быть до 96 входных портов. Входные сигналы могут иметь эти характеристики:

Область сигнала — Частота или сигналы времени
Введите — Дискретный (основанный на выборке и основанный на системе координат).
Тип данных — Любой тип данных, что Simulink^® поддержки. Смотрите Типы данных, Поддержанные Simulink.
Размерность — Одномерный (вектор), двумерный (матрица), или многомерный (массив). Введите должен иметь постоянное число каналов. Смотрите Размерности Сигнала и Определите Размерности Сигнала.

Параметры

развернуть все

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).

Настройки спектра

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.

Основной

`Type` — Тип спектра, чтобы отобразиться
`Power` (значение по умолчанию) | `Power density` | `RMS`

Power — 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

Программируемое использование

Смотрите SpectrumType.

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

Частота 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.

Программируемое использование

Смотрите SampleRate (DSP System Toolbox).

`RBW (Hz)` — Полоса пропускания разрешения
`Auto` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Полоса 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:

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

Настраиваемый: да

Программируемое использование

См. RBW (DSP System Toolbox).

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

Это 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.

Окно

`Overlap (%)` — Процент перекрытия сегмента
0 (значений по умолчанию) | скаляр между 0 и 100

Этот 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

Программируемое использование

Смотрите OverlapPercent (DSP System Toolbox).

`Window` — Метод работы с окнами
`Hann` (значение по умолчанию) | `Rectangular`

Метод 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

Программируемое использование

Смотрите окно (DSP System Toolbox).

`NENBW` — Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания
скаляр

Это 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.

Трассировка

`Units` — Модули спектра
`dBm` (значение по умолчанию)

Это свойство доступно только для чтения.

Модули спектра. Чтобы изменить модули, у вас должен быть DSP System Toolbox.

Настраиваемый: да

Программируемое использование

Смотрите SpectrumUnits (DSP System Toolbox).

`Averaging method` — Сглаживание метода
`Exponential` (значение по умолчанию) | `Running`

Задайте 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.

Программируемое использование

Смотрите AveragingMethod.

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

Задайте 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.

Зависимость

Этот параметр применяется только, когда Averaging method является Running.

Программируемое использование

Смотрите SpectralAverages.

`Forgetting factor` — Взвешивание упущения фактора
0.9 (значение по умолчанию) | скаляр в области значений (0,1]

Задайте экспоненциал, взвешивающий как скалярное значение, больше, чем 0 и меньше чем или равный 1.

Зависимость

Этот параметр применяется только, когда Averaging method является Exponential.

Программируемое использование

Смотрите ForgettingFactor.

`Reference load` — Ссылочная загрузка
1 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Ссылочная загрузка в Омах, которые Спектр Анализатор использует в качестве ссылки, чтобы вычислить значения степени.

Программируемое использование

Смотрите ReferenceLoad (DSP System Toolbox).

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

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

Программируемое использование

Смотрите FrequencyScale (DSP System Toolbox).

`Offset` — Постоянная частота возмещена
0 (значение по умолчанию) | скаляр

Постоянное 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).

Зависимость

Чтобы использовать этот параметр, установите Входную область (DSP System Toolbox) на Time.

Программируемое использование

Смотрите FrequencyOffset (DSP System Toolbox).

`Two-sided spectrum` — Включите двухстороннее представление спектра
от (значения по умолчанию) | на

Установите 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.

Программируемое использование

Смотрите PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox).

Свойства настройки

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 заголовок
вектор символов | строка

Задайте заголовок отображения. Введите %<SignalLabel> использовать метки сигнала в модели Simulink как заголовки осей.

Настраиваемый: да

Программируемое использование

Смотрите Title (DSP System Toolbox).

`Show legend` — Отобразите легенду сигнала
от (значения по умолчанию) | на

Покажите 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.

Зависимость

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

Программируемое использование

Смотрите ShowLegend (DSP System Toolbox).

`Show grid` — Покажите внутренние линии сетки
на (значении по умолчанию) | прочь

Покажите внутренние линии сетки на Спектре Анализатор

Программируемое использование

Смотрите ShowGrid (DSP System Toolbox).

`Y-limits (minimum)` — Минимум оси Y
-80 (значение по умолчанию) | скаляр

Задайте минимальное значение y - ось.

Программируемое использование

Смотрите YLimits (DSP System Toolbox).

`Y-limits (maximum)` — Максимум оси Y
20 (значение по умолчанию) | скаляр

Задайте максимальное значение y - ось.

Программируемое использование

Смотрите YLimits (DSP System Toolbox).

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

Чтобы 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>)

Программируемое использование

Смотрите YLabel (DSP System Toolbox).

Стиль

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 окна
серое (значение по умолчанию) | палитра цветов

Задайте цвет, что вы хотите обратиться к фону фигуры осциллографа.

`Plot type` — Постройте тип
`Line` (значение по умолчанию) | `Stem`

Задайте, отобразить ли Line или Stem график.

Программируемое использование

Смотрите PlotType (DSP System Toolbox).

`Axes colors` — Цвет фона осей
черное (значение по умолчанию) | палитра цветов

Задайте цвет, что вы хотите обратиться к фону осей.

`Properties for line` — Образуйте канал для визуальных настроек свойства
названия канала

Задайте канал, для которого вы хотите изменить видимость, свойства линии и свойства маркера.

`Visible` — Видимость канала
на (значении по умолчанию) | прочь

Задайте, отображается ли выбранный канал. Если вы снимаете этот флажок, линия исчезает. Можно также изменить видимость сигнала с помощью легенды scope.

`Line` — Стиль линии
линия, 0.5, желтый (значение по умолчанию)

Задайте стиль линии, ширину линии и цвет линии для выбранного канала.

`Marker` — Маркеры точки данных
`none` (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.

Масштабирование осей

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 осей
`Auto` (значение по умолчанию) | `Manual` | `After N Updates`

Задайте, 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

Программируемое использование

Смотрите AxesScaling (DSP System Toolbox).

`Do not allow Y-axis limits to shrink` — Оси, масштабирующие пределы
на (значении по умолчанию) | прочь

Когда 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.

Зависимость

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 масштабированием
10 (значение по умолчанию) | положительное число

Количество 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

Зависимость

Этот параметр появляется только, когда вы устанавливаете масштабирование масштабирования/Цвета Осей (DSP System Toolbox) на After N Updates.

Программируемое использование

Смотрите AxesScalingNumUpdates.

`Scale limits at stop` — Масштабируйте оси на остановке
от (значения по умолчанию) | на

Установите 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 осей
100 (значений по умолчанию) | номер в области значений [1,100]

Установите 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 осей
`Center` (значение по умолчанию) | `Bottom` | `Top` | `Left` | `Right`

Задайте, 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

Примеры модели

Эффект гидравлического удара

Модель показывает, как Тепловой Жидкой библиотекой основы можно пользоваться к гидравлическому удару модели в длинном трубопроводе. После медленного установления спокойного течения в трубопроводе путем открытия клапана соответственно, тот же клапан закрывается в нескольких миллисекундах. Это инициировало эффект гидравлического удара. Клапан моделируется с помощью блока Variable Local Restriction (TL), и трубопровод разделен на четыре сегмента с помощью блока Pipe (TL). Повреждение трубопровода в большее количество сегментов увеличивает точность за счет эффективности симуляции.

Алгоритмы

развернуть все

Оценка спектра — метод валлийцев

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.

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

Нормированная эффективная шумовая полоса 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:
$N_{w i n d o w} = \frac{N E N B W \times F_{s}}{R B W}$
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.
$N_{s a m p l e s} = (1 - \frac{O_{p}}{100}) N_{w i n d o w}$
Когда вы увеличиваете процент перекрытия, 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.
$N E N B W = N_{w i n d o w} \times \frac{\sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w^{2} (n)}{{[\sum_{n = 1}^{N_{w i n d o w}} w (n)]}^{2}}$
Когда 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:
$\frac{s p a n}{R B W} > 2$
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:
$R B W_{a u t o} = \frac{s p a n}{1024}$
Когда в режиме Window Length, вы задаете _Nwindow, и получившийся RBW:
$\frac{N E N B W \times F_{s}}{N_{w i n d o w}}$

_Op	_Nsamples
0%	100
50%	50
80%	20

Иногда, 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.

Интервал частоты Найквиста

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

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

Периодограмма и спектрограмма

Спектр Анализатор вычисляет и строит спектр мощности, плотность спектра мощности и RMS, вычисленную модифицированным средством оценки Periodogram. Для получения дополнительной информации о методе Периодограммы, смотрите periodogram (Signal Processing Toolbox).

Спектральная плотность мощности — спектральная плотность мощности (PSD) дана 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 системе координат входного сигнала Спектр Анализатор генерирует как можно больше накладывающихся окон с каждым окном, обозначенным как x^(p)[n], и вычисляет их периодограммы. Спектр Анализатор отображает рабочее среднее значение P актуальнейшие периодограммы.

Спектр мощности — спектр мощности является продуктом спектральной плотности мощности и полосы пропускания разрешения, как дано 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 в Auto, вектор частоты для входа частотного диапазона вычисляется программным обеспечением.

Когда свойство PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox) установлено в истину, 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 свойство PlotAsTwoSidedSpectrum (DSP System Toolbox) установлено в ложь, вектор частоты:

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

Занятый BW

Занятый BW вычисляется можно следующим образом.

Вычислите общую степень в измеренном частотном диапазоне.
Определите более низкое значение частоты. Начиная на самой низкой частоте в области значений и перемещении вверх, степень, распределенная в каждой частоте, суммирована, пока этот результат не

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

$\frac{100 - O c c u p i e d B W %}{2}$
из общей степени.
Полоса пропускания между более низкими и верхними значениями частоты степени является занимаемой полосой.
Частота на полпути между более низкими и верхними значениями частоты является центральной частотой.

Измерения искажения

Измерения Искажения вычисляются можно следующим образом.

Спектральное содержимое оценивается путем нахождения peaks в спектре. Когда алгоритм обнаруживает пик, он записывает ширину пика и очищает все монотонно уменьшающиеся значения. Таким образом, алгоритм обрабатывает все эти значения, как будто они принадлежат пику. Используя этот метод, все спектральное содержимое, сосредоточенное в DC (0 Гц), удалено из спектра, и сумма полосы пропускания очистилась (_W0) зарегистрирован.
Основная степень (_P1) определяется из остающегося максимального значения отображенного спектра. Локальная оценка (_Fe1) основной частоты сделана путем вычисления центрального момента степени около пика. Полоса пропускания основного содержимого степени (_W1) зарегистрирована. Затем степень от основного принципа удалена как на шаге 1.
Степень и ширина гармоник высшего порядка (_P2, _W2, _P3, _W3, и т.д.) определяются по очереди путем исследования частот, самых близких к соответствующему кратному локальная оценка (_Fe1). Любое спектральное содержимое, которое уменьшается монотонно о гармонической частоте, удалено из спектра сначала прежде, чем перейти к следующей гармонике.
Однажды DC, основной принцип и гармоническое содержимое удален из спектра, степень остающегося спектра исследована на свою сумму (_Premaining), пиковое значение (_Pmaxspur) и среднее значение (_Pestnoise).
Сумма всей удаленной полосы пропускания вычисляется как _Wsum = _W0 + _W1 + _W2 +... + _Wn.
Сумма степеней вторых и гармоник высшего порядка вычисляется как _Pharmonic = _P2 + _P3 + _P4 +... + _Pn.
Сумма шумовой мощности 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 является абсолютной разностью между интервалами частоты, и RBW является полосой 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

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.
N^th 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

Метод усреднения

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:
$\begin{array}{l} w_{N} = λ w_{N - 1} + 1 \\ {\bar{z}}_{N} = (1 - \frac{1}{w_{N}}) {\bar{z}}_{N - 1} + (\frac{1}{w_{N}}) z_{N} \end{array}$
- λ — Упущение фактора
- $w_{N}$ — Взвешивание фактора применилось к текущему вектору Z
- $z_{N}$ — Текущий вектор Z
- ${\bar{z}}_{N - 1}$ — 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 включая текущий вектор Z

Расширенные возможности

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

Смотрите также

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

Введенный в R2017b

Документация

Spectrum Analyzer

Описание

Уменьшайте уровень графика, чтобы улучшать производительность

Ограничения

Порты

Входной параметр

Port_1 — Сигналы визуализировать скаляр | вектор | матрица | массив

Параметры

Настройки спектра

Type — Тип спектра, чтобы отобразиться Power (значение по умолчанию) | Power density | RMS

Программируемое использование

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

Программируемое использование

RBW (Hz) — Полоса пропускания разрешения Auto (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Программируемое использование

Samples/update — Необходимое количество входных выборок положительная скалярная величина

Overlap (%) — Процент перекрытия сегмента 0 (значений по умолчанию) | скаляр между 0 и 100

Программируемое использование

Window — Метод работы с окнами Hann (значение по умолчанию) | Rectangular

Программируемое использование

NENBW — Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания скаляр

Units — Модули спектра dBm (значение по умолчанию)

Программируемое использование

Averaging method — Сглаживание метода Exponential (значение по умолчанию) | Running

Программируемое использование

Averages — Количество спектральных средних значений1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимость

Программируемое использование

Forgetting factor — Взвешивание упущения фактора0.9 (значение по умолчанию) | скаляр в области значений (0,1]

Зависимость

Программируемое использование

Reference load — Ссылочная загрузка1 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

Программируемое использование

Scale — Шкала оси частоты Linear (значение по умолчанию) | Logarithmic

Программируемое использование

Offset — Постоянная частота возмещена0 (значение по умолчанию) | скаляр

Зависимость

Программируемое использование

Two-sided spectrum — Включите двухстороннее представление спектра от (значения по умолчанию) | на

Программируемое использование

Свойства настройки

Title — Отобразите заголовок вектор символов | строка

Программируемое использование

Show legend — Отобразите легенду сигнала от (значения по умолчанию) | на

Зависимость

Программируемое использование

Show grid — Покажите внутренние линии сетки на (значении по умолчанию) | прочь

Программируемое использование

Y-limits (minimum) — Минимум оси Y-80 (значение по умолчанию) | скаляр

Программируемое использование

Y-limits (maximum) — Максимум оси Y20 (значение по умолчанию) | скаляр

Программируемое использование

Y-label — Метка оси Y вектор символов | строка

Программируемое использование

Стиль

Figure color — Фон окна серое (значение по умолчанию) | палитра цветов

Plot type — Постройте тип Line (значение по умолчанию) | Stem

Программируемое использование

Axes colors — Цвет фона осей черное (значение по умолчанию) | палитра цветов

Properties for line — Образуйте канал для визуальных настроек свойства названия канала

Visible — Видимость канала на (значении по умолчанию) | прочь

Line — Стиль линии линия, 0.5, желтый (значение по умолчанию)

Marker — Маркеры точки данных none (значение по умолчанию)

Масштабирование осей

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

Программируемое использование

Do not allow Y-axis limits to shrink — Оси, масштабирующие пределы на (значении по умолчанию) | прочь

Зависимость

Number of updates — Количество обновлений перед масштабированием10 (значение по умолчанию) | положительное число

Зависимость

Программируемое использование

Scale limits at stop — Масштабируйте оси на остановке от (значения по умолчанию) | на

Data range (%) — Процент осей 100 (значений по умолчанию) | номер в области значений [1,100]

Align — Выравнивание вдоль осей Center (значение по умолчанию) | Bottom | Top | Left | Right

Примеры модели

Эффект гидравлического удара

Алгоритмы

Оценка спектра — метод валлийцев

Интервал частоты Найквиста

`Port_1` — Сигналы визуализировать
скаляр | вектор | матрица | массив

`Type` — Тип спектра, чтобы отобразиться
`Power` (значение по умолчанию) | `Power density` | `RMS`

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

`RBW (Hz)` — Полоса пропускания разрешения
`Auto` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Overlap (%)` — Процент перекрытия сегмента
0 (значений по умолчанию) | скаляр между 0 и 100

`Window` — Метод работы с окнами
`Hann` (значение по умолчанию) | `Rectangular`

`NENBW` — Нормированная эффективная шумовая полоса пропускания
скаляр

`Units` — Модули спектра
`dBm` (значение по умолчанию)

`Averaging method` — Сглаживание метода
`Exponential` (значение по умолчанию) | `Running`

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

`Forgetting factor` — Взвешивание упущения фактора
0.9 (значение по умолчанию) | скаляр в области значений (0,1]

`Reference load` — Ссылочная загрузка
1 (значение по умолчанию) | положительный действительный скаляр

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

`Offset` — Постоянная частота возмещена
0 (значение по умолчанию) | скаляр

`Two-sided spectrum` — Включите двухстороннее представление спектра
от (значения по умолчанию) | на

`Title` — Отобразите заголовок
вектор символов | строка

`Show legend` — Отобразите легенду сигнала
от (значения по умолчанию) | на

`Show grid` — Покажите внутренние линии сетки
на (значении по умолчанию) | прочь

`Y-limits (minimum)` — Минимум оси Y
-80 (значение по умолчанию) | скаляр

`Y-limits (maximum)` — Максимум оси Y
20 (значение по умолчанию) | скаляр

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

`Figure color` — Фон окна
серое (значение по умолчанию) | палитра цветов

`Plot type` — Постройте тип
`Line` (значение по умолчанию) | `Stem`

`Axes colors` — Цвет фона осей
черное (значение по умолчанию) | палитра цветов

`Properties for line` — Образуйте канал для визуальных настроек свойства
названия канала

`Visible` — Видимость канала
на (значении по умолчанию) | прочь

`Line` — Стиль линии
линия, 0.5, желтый (значение по умолчанию)

`Marker` — Маркеры точки данных
`none` (значение по умолчанию)

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

`Do not allow Y-axis limits to shrink` — Оси, масштабирующие пределы
на (значении по умолчанию) | прочь

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

`Scale limits at stop` — Масштабируйте оси на остановке
от (значения по умолчанию) | на

`Data range (%)` — Процент осей
100 (значений по умолчанию) | номер в области значений [1,100]

`Align` — Выравнивание вдоль осей
`Center` (значение по умолчанию) | `Bottom` | `Top` | `Left` | `Right`

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