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估计功率谱动态仿真模块

时域信号的功率谱(PS)是基于有限数据集的信号中包含的功率在频率上的分布。信号的频域表示通常比时域表示更容易分析。许多信号处理的应用，如噪声消除和系统识别，都是基于信号的特定频率的修改。功率谱估计的目标是从一组时间样本中估计出信号的功率谱。根据对信号的了解，估计技术可以涉及参数或非参数方法，可以基于时域或频域分析。例如，一种常见的参数化技术涉及将观测值拟合到自回归模型。一种常见的非参数技术是周期图。功率谱估计采用傅立叶变换方法，如韦尔奇方法和滤波器组方法。对于长度相对较小的信号，滤波器组方法产生的频谱估计具有更高的分辨率、更精确的噪声下限和比Welch方法更精确的峰值，且具有较低或无谱泄漏。这些优点是以增加计算量和降低跟踪速度为代价的。 For more details on these methods, see光谱分析．你也可以使用其他技术，比如最大熵法。

在仿真软件®，可对动态信号进行实时光谱分析频谱分析仪块。您可以在光谱分析仪中查看光谱数据。为了获取最后的光谱数据以便进一步处理，创建一个SpectrumAnalyzerConfiguration对象并运行getSpectrumData函数在此对象上。或者，您可以使用谱估计阻挡dspspect3库计算功率谱，并数组的阴谋块查看频谱。

用频谱分析仪估计功率谱

可以查看信号的功率谱(PS)频谱分析仪块。PS是实时计算的，随着输入信号的变化而变化频谱分析仪块。您可以更改输入信号的动态，并实时查看这些更改对信号频谱的影响。

该模型ex_psd_sa输入有噪声的正弦波信号到频谱分析仪块。正弦波信号是两个正弦信号的和:一个频率为5000hz，另一个频率为10000hz。输入噪声为高斯，均值为零，标准差为0.01。

打开并检查模型

要打开模型，请输入ex_psd_sa在MATLAB中®命令提示符。

下面是模型中块的设置。

块 参数的变化 区块的用途
正弦波1

  • 频率到5000年

  • 样品时间到1/44100

  • 每帧样本到1024年

频率为5000赫兹的正弦信号
正弦波2

  • 频率到10000年

  • 相位偏移(rad)到10

  • 样品时间到1/44100

  • 每帧样本到1024年

频率为10000赫兹的正弦信号
随机源

  • 源类型来高斯

  • 方差1的军医

  • 样品时间到1/44100

  • 每帧样本到1024年

 随机源块生成一个随机噪声信号，其属性通过块对话框指定
添加 标志列表来+++． 添加块向输入信号添加随机噪声
频谱分析仪

单击光谱设置图标．右侧出现一个窗格。

  • 在主要选项窗格中,在类型中,选择权力．下方法中,选择滤波器组．

  • 在跟踪选项窗格，清除双边频谱复选框。这只显示了光谱的实半部分。

  • 如果需要，请选择Max-hold跟踪而且Min-hold跟踪复选框。

单击配置属性图标并设置Y-limits(最小)作为-100年而且Y-limits(最大)作为40．

 频谱分析仪块表示信号的功率谱密度

播放模型。打开频谱分析仪块查看正弦波信号的功率谱。有两个频率为5000hz和10000hz的音调，分别对应输入端的两个频率。

RBW，分辨率带宽是频谱分析仪所能分辨的最小频率带宽。默认情况下,RBW(赫兹)设置为汽车．在汽车模式时，RBW为频率跨度与1024的比值。在双面谱中，这个值为F年代/ 1024，而在单侧光谱中，则是如此(F年代/ 2) / 1024．的频谱分析仪ex_psd_sa配置为显示单边频谱。因此，RBW为(44100/2)/1024或21.53 Hz。

使用这个RBW值，用于计算一次光谱更新的输入样本数量由N样品= Fs / RBW，即44100/21.53或2048。

在这种模式下计算的RBW给出了良好的频率分辨率。

要区分显示器中的两个频率，两个频率之间的距离必须至少为RBW。在本例中，两个峰值之间的距离为5000 Hz，大于RBW。因此，你可以清楚地看到山峰。将第二个正弦波的频率从10000 Hz修改为5015hz。两个频率的差小于RBW．

放大后，你会发现峰是无法区分的。

若要增加频率分辨率，请降低RBW到1hz并运行模拟。

在缩放时，两个峰，这是15赫兹的距离，现在可以区分

当你增加频率分辨率时，时间分辨率降低。要保持频率分辨率和时间分辨率之间的良好平衡，请更改RBW(赫兹)来汽车．

改变输入信号

当您在模拟过程中改变输入信号的动态时，信号的功率谱也会实时发生变化。在运行模拟时，更改频率的正弦波1块8000并点击应用．频谱分析仪输出的第二个音调转移到8000hz，您可以实时看到变化。

更改频谱分析仪设置

的设置时频谱分析仪块，可以实时看到对光谱数据的影响。

当模型运行时，在跟踪的选项窗格。频谱分析仪块，更改规模来日志．PS现在以日志级别显示。

有关如何频谱分析仪设置影响功率谱数据，参见“算法”部分频谱分析仪阻塞引用页面。

估计功率谱使用谱估计块

方法也可以计算信号的功率谱谱估计阻塞在dspspect3图书馆。您可以获得频谱估计器的输出并存储数据以供进一步处理。

取代频谱分析仪块在ex_psd_sa与谱估计块后面跟着数组的阴谋块。要查看模型，输入ex_psd_estimatorblock在MATLAB命令提示符中。此外，为了在MATLAB中访问谱估计数据，连接到工作空间(模型)块的输出谱估计块。的设置更改如下谱估计Block和数组的阴谋块。

块 参数的变化 区块的用途
谱估计

  • 频率分辨率法来频带数．

  • 频率范围来片面的．

 使用滤波器组方法计算输入信号的功率谱。
数组的阴谋

点击视图而且

  • 选择风格．在样式窗口中，选择情节类型作为楼梯．

  • 选择配置属性．在“配置属性”窗口中，在主要选项卡，设置样本增量作为44.1/1024．在显示选项卡中,改变X-label来频率(赫兹)，Y-label来权力(dBm)．有关详细信息，请参见“转换”一节x-轴表示频率'。此外，设置Y-limits(最小)来-100年而且Y-limits(最大)来40．

 显示功率谱数据。

中显示的频谱数组的阴谋块与光谱中看到的相似频谱分析仪块在ex_psd_sa．

滤波器组方法产生的峰值具有非常小的光谱泄漏。

转换x-轴表示频率

默认情况下，数组的阴谋块根据每帧的样本数量绘制PS数据。x轴上的点数等于输入帧的长度。频谱分析仪根据频率绘制PS数据图。对于单侧谱，频率变化范围为[0 Fs/2]。对于双面光谱，频率在[-Fs/ 2fs /2]的范围内变化。转换x-轴从基于采样到基于频率的数组图，执行以下操作:

  • 按一下配置属性图标．在主要选项卡,设置样本增量来Fs / FrameLength．

  • 对于单侧频谱，设x来0．

  • 对于双面光谱，设置x来- f / 2．

在这个例子中，光谱是单侧的，因此样本增量而且x设置为44100/1024而且0,分别。指定频率千赫，设置样本增量来44.1/1024．

现场处理

的输出谱估计块包含光谱数据，可用于进一步处理。可以实时处理数据，也可以将数据存储在工作区中到工作空间块。这个示例将光谱数据写入工作空间变量估计．

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