频谱估计器

估计功率谱或功率密度谱

图书馆

估计/功率谱估计

dspspect3

描述

频谱估计器块使用平均修正周期图的韦尔奇方法和滤波器组方法输出真实或复杂输入信号的功率谱或功率密度谱。

选择过滤器银行方法时，块使用分析滤波器组来估计功率谱。滤波器组方法产生具有更高分辨率，更精确的噪声底板，更精确的峰值的光谱估计，而不是韦尔奇方法，低或无光谱泄漏。它们以增加计算和较慢的跟踪来牺牲。

选择Welch方法时，块计算平均修改的阶段，以计算频谱估计值。块将输入数据缓冲到重叠段中。使用块参数设置数据段的长度，在连续段之间的数据量重叠，以及功率谱的其他特征。

有关Welch方法和滤波器组方法的更多信息，请参见算法．

输入信号的每一列被视为一个单独的通道。如果输入是二维信号，则第一个维度表示通道长度（或帧大小），第二个维度表示通道数。如果输入是一维信号，则将其解释为单个通道。

参数

主要选项卡

方法

指定谱估计方法。

滤波器组（默认） - 分析滤波器组将宽带输入信号分成多个窄子带。块计算每个窄频带中的功率，并且计算值是相应频带上的频谱估计。
韦尔奇—该块使用Welch平均修正周期图方法计算窄子带的功率谱。

每频带的抽头数

为每个频带指定滤波器系数或抽头的数量。该值对应于每个多相分支的滤波器系数的数量。滤波器系数的总数等于每频带的抽头数倍的时间。

当您设置方法来滤波器组. 默认值为12。

光谱类型

要计算的光谱类型。您可以将此参数设置为：

权力(默认)—计算功率谱。
功率密度—计算功率谱密度。

此参数是不可运送的。

频率分辨法

频率分辨率方法。您可以将此参数设置为：

汽车（默认） - 频谱估计器块计算分辨率带宽（RBW），使得频率跨度适合1024个RBW间隔。
- Welch方法-窗口长度，温伦，计算使用 $W 我 N L E N = N E N B W \times F S / R B W$ ．NENBW是窗和窗的等效噪声带宽财政司司长是采样率。
- 滤波器组法-FFT长度是采样率(赫兹)到计算的分辨率带宽。
RBW- 指定分辨率带宽，用于确定窗口长度（Welch方法）或FFT长度（滤波器组方法）。当块使用Welch方法时，行为相当于频谱分析仪块。窗长用 $W 我 N L E N = N E N B W \times F S / R B W$ ．NENBW是窗和窗的等效噪声带宽财政司司长是抽样率。FFT长度等于采样率(赫兹)来RBW(赫兹)．
窗口长度-指定Welch算法中使用的窗口或段长度。当您设置时，此选项将出现方法来韦尔奇．
频带数—指定分析滤波器组的多相分支数。这个值对应于滤波器组使用的FFT长度。当您设置时，此选项将出现方法来滤波器组．

此参数是不可运送的。

RBW(赫兹)

分辨率带宽，指定为以Hz为单位的正标量。默认值是5.．当您设置频率分辨法来RBW．频率跨度与RBW的比值上限必须大于2.．

此参数是不可运送的。

源的频带数

源的频带数。当您设置方法来滤波器组和频率分辨法来频带数．您可以将此参数设置为：

与输入帧长度相同(默认)- FFT长度设置为输入的帧大小。
在对话框上指定- FFT长度是您指定的值频段数量．

此参数是不可运送的。

频段数量

频带数量，或滤波器组用于计算功率谱估计的FFT长度，指定为一个正标量。默认值是1024．当您设置方法来滤波器组,频率分辨法来频带数，和源的频带数来在对话框上指定．此参数是不可运送的。

窗口长度源

窗口长度值的来源。当您设置方法来韦尔奇和频率分辨法来窗口长度．您可以将此参数设置为：

与输入帧长度相同(默认)-窗口长度设置为输入的帧大小。指定此选项可获得与周期图块。
在对话框上指定—窗口长度是您在窗口长度参数。

此参数是不可运送的。

窗口长度

用于计算谱估计的窗口的长度，指定为大于的正整数标量2.．默认值是1024．当您设置方法来韦尔奇,频率分辨法来窗口长度，和窗口长度源来在对话框上指定．此参数是不可运送的。

FFT长度源

FFT长度值的来源。当您设置方法来韦尔奇和频率分辨法来窗口长度．您可以将此参数设置为：

汽车（默认）-块将FFT长度设置为输入的帧大小。
财产- 该块将FFT长度设置为您指定的值FFT长度．

此参数是不可运送的。

FFT长度

用于计算谱估计的FFT的长度，指定为一个正整数标量。当您设置方法来韦尔奇,频率分辨法来窗口长度，和FFT长度源来财产．默认值是1024．此参数是不可运送的。

从输入中继承采样率

选中此复选框时，块采样率计算为N/T_S,在那里N是输入信号的帧大小和T_S是输入信号的采样时间。

执行以下操作之一时适用此复选框：

设置方法来韦尔奇和频率分辨法来窗口长度．
设置方法来滤波器组和频率分辨法来频带数．

清除此复选框时，块采样率是在中指定的值采样率(赫兹)．默认情况下，选择此复选框。此参数是不可运送的。

采样率(赫兹)

输入信号的采样率，指定为正标量。默认值是44100．此参数适用于以下情况之一:

设置频率分辨法来汽车要么RBW．
设置方法来韦尔奇,频率分辨法来窗口长度，并清除从输入中继承采样率复选框。
设置方法来滤波器组,频率分辨法来频带数，并清除从输入中继承采样率复选框。

此参数是不可运送的。

窗口函数

Welch算法使用的窗口函数，指定为之一Chebyshev.|平顶|哈明|汉恩|凯撒|矩形的．设置时出现此参数方法来韦尔奇．默认值是汉恩．此参数是不可运送的。

窗旁瓣衰减(dB)

窗口的旁瓣衰减，指定为大于或等于的实正标量45在dB。默认值是60．设置时出现此参数方法来韦尔奇和窗口函数来Chebyshev.要么凯撒．此参数是不可运送的。

求平均值法

指定平均方法运行要么指数．在运行平均方法中，块计算由以下定义的指定频谱估计数的同样加权平均值谱平均数参数。在指数方法中，块计算的平均值除以样本加权指数衰减遗忘因子。

谱平均数

谱平均数，指定为正整数标量。默认值是1.. 频谱估计器通过平均最后一个功率谱来计算当前功率谱估计N功率谱估计，其中N是定义的光谱平均数谱平均数．此参数是不可运送的。

此参数适用于以下情况：求平均值法被设置为运行．

从输入端口指定遗忘因子

选择此复选框可指定输入端口的遗忘因子。当您没有选择此复选框时，遗忘因子将通过遗忘因子参数。

此参数适用于以下情况：求平均值法被设置为指数．

遗忘因子

指定指数权重遗忘因子为大于零且小于或等于1的标量值。默认值是0．9．

当您设置求平均值法来指数并清楚地清除从输入端口指定遗忘因子参数。

高级标签

窗口重叠(%)

连续数据窗口之间的重叠百分比，指定为来自的标量0和100.. 默认值为0．启用此参数，请执行此参数主要选项卡设置方法来韦尔奇．此参数是不可运送的。

参考负载（欧姆）

用作计算功率值的引用的负载指定为以欧姆表示的实际正标量。默认值是1.．此参数是不可运送的。

频率范围

频谱估计器的频率范围。您可以将此参数设置为：

片面频谱估计器计算真实输入信号的单边频谱。当FFT长度，NFFT，即使是，频谱估计值具有长度（NFFT/2.）+1.并在频率范围内进行计算[0 Sampleate / 2]．SampleRate为输入信号的采样率。当NFFT如果是奇数，则谱估计具有长度(NFFT+ 1）/2.并在频率范围内计算[0采样器/2）。
双面的-频谱估计器计算复或实输入信号的双边频谱。估计的频谱长度等于FFT长度。频谱估计是在频率范围内计算的[0 SampleRate)，在哪里SampleRate为输入信号的采样率。
为中心的(默认值)-频谱估计器计算复或实输入信号的中心双边频谱。估计的频谱长度等于FFT长度。频谱估计是在频率范围内计算的(-SampleRate / 2 SampleRate / 2]当FFT长度均匀和(-SampleRate / 2 SampleRate / 2)当FFT长度为奇数时。

此参数是不可运送的。

动力单元

用于测量功率的单位。您可以将此参数设置为：

“瓦茨”（默认）-频谱估计器以瓦特为单位测量功率。
“瓦分贝”-频谱估计器以分贝-瓦为单位测量功率。
“dBm”-频谱估计器以分贝-毫瓦为单位测量功率。

此参数是不可运送的。

输出max-hold频谱

选中此复选框时，块通过保持在每个频率栅格，所有功率谱估计的最大值来计算输入信号的最大保持频谱。默认情况下，不选中此复选框。此参数是不可运送的。

输出最小保持谱

选中此复选框时，块通过保持在每个频率栅格，所有功率谱估计的最小值来计算输入信号的最小保持频谱。默认情况下，不选中此复选框。此参数是不可运送的。

输出频率矢量

当您选中此复选框时，块输出频率矢量。默认情况下，不选中此复选框。此参数是不可运送的。

输出有效RBW

当您选中此复选框时，块将计算有效分辨率带宽。默认情况下，不选中此复选框。此参数是不可运送的。

模拟使用

要运行的模拟类型。您可以将此参数设置为：

代码生成（默认）-使用生成的C代码模拟模型。第一次运行模拟时，Simulink万博1manbetx^®为块生成C代码。只要模型不会改变，C代码就重复使用了后续仿真。此选项需要额外的启动时间，但提供比速度更快的仿真速度解释执行．
解释执行- 使用MATLAB模拟模型^®口译译员此选项缩短了启动时间，但模拟速度比代码生成．

例子

使用频谱估计器块估计啁啾信号的功率谱密度（PSD）。将PSD数据与蓝牙进行比较^®光谱掩码，确定PSD数据是否符合掩码。

要查看完整的模型，输入ex_psd_spectralmask在MATLAB命令提示符中。

输入信号

频谱估计块的输入是一个嵌入在高斯噪声中的啁啾信号，其均值为零，方差为0.01．啁啾信号以增益因子放大[0 1]．

光谱面具

创建光谱掩码使用Matlab功能（万博1manbetxSimulink）块该掩码基于中所述的蓝牙标准[5]．

实时处理

频谱估计器块估计啁啾的PSD。在该示例中，将PSD数据与光谱掩模进行比较。这显示块显示了一个1.要么0，这取决于光谱数据是否在遮罩内。在模拟过程中，可以通过在中移动滑块来更改输入信号中的功率滑块获得块。同时，您可以在阵列情节块。

万博1manbetx支持的数据类型

港口	万博1manbetx支持的数据类型
输入	双精度浮点单精度浮点
输出	双精度浮点单精度浮点

算法

全部展开

韦尔奇平均修正周期图法

当你选择韦尔奇方法，功率谱估计是平均修正周期图。

给定信号输入，x:

倍增x通过窗口和缩放窗口功率的结果。
计算信号的FFT，Y，并使用Z = Y *连词(Y)．
计算当前的功率谱估计采用移动平均的最后N数量Z，并根据采样率缩放答案。有关移动平均法的详细信息，请参见求平均值法．

滤波器组

基于滤波器组的频谱估计器使用一个分析滤波器组来估计功率谱。滤波器组对宽带输入信号进行分割，x（n），抽样率财政司司长，转换为多个窄带信号，Y₀(m),Y_1.(m)、……Y_{m - 1}(m)，抽样率fs / M．

的变量M表示滤波器组中的频带数。当指定FFT长度时，M等于FFT长度。未指定FFT长度时，M等于输入信号中的行数。每个频带的抽头数指定了滤波器组每个频带的滤波器系数数。滤波器系数的总数等于每个频带的抽头数乘以频带数，M．有关分析过滤器组及其实现方式的更多信息，请参见更多关于和算法部分dsp。信道器．

将宽带输入信号拆分为多个窄频带后，频谱估计器利用下式计算每个窄频带的功率。每一个Z_我值成为窄频带的功率的估计。

$Z_{我} = \frac{1.}{L} \sum_{M = 0}^{L - 1.} {| Y_{我} [M] |}^{2.}$

L为窄带信号的长度，Y_我(m)，和我= 1, 2，…M−1。

所有窄频带的功率值(用Z_我）形成Z向量。

$Z = [Z_{0}, Z_{1.}, Z_{2.}, \dots, Z_{M - 1.}]$

当前的Z向量与前一个向量平均Z使用两种移动平均方法之一的向量：运行加权或指数加权。平均运算的输出形成谱估计向量。有关这两种平均方法的详细信息，请参阅求平均值法．

求平均值法

使用以下两种方法之一计算移动平均值：

运行-对于每一帧输入，平均最后一帧N缩小了Z向量，由算法计算得到。的变量N是为光谱平均数指定的值。如果算法没有足够的Zvectors，算法使用zeros填充空元素。
指数- 使用指数加权方法的移动平均算法更新权重并为每个递归计算移动平均值Z通过使用以下递归方程得到的向量：

$\begin{array}{l} W_{N} = λ W_{N - 1.} + 1. \\ {\bar{Z}}_{N} = (1. - \frac{1.}{W_{N}}) {\bar{Z}}_{N - 1.} + (\frac{1.}{W_{N}}) Z_{N} \end{array}$
- λ -遗忘因子。
- $W_{N}$ —应用于电流的权重因子Z向量。
- $Z_{N}$ -当前Z向量。
- ${\bar{Z}}_{N - 1.}$ -移动平均线直到上一个Z向量。
- $(1. - \frac{1.}{W_{N}}) {\bar{Z}}_{N - 1.}$ -前一个的影响Z向量的平均值。
- ${\bar{Z}}_{N}$ -移动平均线包括当前Z向量。