4.2. С помощью входных и выходных сигналов НЦФ исследовать методы спектрального анализа сигналов: метод гармонического анализа (анализа амплитудного и фазового спектров) на основе ДПФ (метод FFT в программе MatLab) и метод спектрального анализа случайных сигналов – метод периодограмм Уэлча (метод Welch в программе MatLab).
Параметром гармонического анализа (метод FFT) в программе MatLab является ширина окна анализа N1 (NFFT). Для спектрального анализа этим методом в оболочке SPTool используется только прямоугольная весовая функция.
Параметрами анализа спектральных характеристик сигналов методом периодограмм являются тип весовой функции (Window), ширина окна анализа, соответствующая длине одной секции сигнала N1 (Nwind), число секций, по которому вычисляется усредненная периодограмма (задается общей длиной реализации сигнала Nfft) и способ секционирования (разбиения на секции) – с перекрытием или без (параметр Overlap).
Исследования выполняются в рамках лабораторных заданий №1, 2 и исследовательских возможностей программы SPTool. Дополнительно оцениваются спектральные характеристики сигналов другими методами анализа (Burg, MEM, MTM, MUSIC, YuleAR), которые описаны в приложении 1 и в литературе [ ]. Содержание и объем исследований по лабораторному заданию №4 согласовываются индивидуально с преподавателем.
Отчет по лабораторной работе оформляется раздельно по каждому лабораторному заданию. В отчете должны быть приведены:
1. Результаты подготовки исходных данных и расчетов на ЭВМ:
1.1. Исходные данные для синтеза тестовых сигналов и ЦФ.
1.2. Расчет номинального значения шага анализа по частоте Dfном и номинальной ширины окна анализа N1ном.
1.3. Результаты синтеза НЦФ (тип и длина весовой функции, графики импульсной и частотной характеристик).
1.4. Временные графики тестовых сигналов на входе и выходе фильтра.
1.5. Графики спектральных и корреляционных характеристик сигналов в заданных контрольных точках в соответствии с пунктами лабораторного задания с указанием названия графика и параметров анализа, которые ему соответствуют.
2. Аналитические результаты, относящиеся к реализации спектрального и корреляционного анализа:
2.1. Структурные схемы анализаторов спектра и измерителей АКФ, ВКФ на основе ДПФ-БПФ.
2.2. Математические алгоритмы спектрального и корреляционного анализа сигналов на основе ДПФ_БПФ.
2.3. Требуемые объемы вычислений спектральных и корреляционных характеристик сигналов при использовании алгоритмов ДПФ и БПФ.
3. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Общие вопросы спектрального анализа сигналов на основе ДПФ-БПФ.
1.1. В чем заключается анализ спектра сигналов с помощью ДПФ и каковы его особенности?
1.2. Каковы основные параметры анализаторов спектра на основе ДПФ?
1.3. Что понимается под разрешающей способностью по частоте анализатора спектра на основе ДПФ?
1.4. Какова базовая структура анализатора спектра на основе ДПФ и его математическое обеспечение?
1.5. Какие виды спектральных характеристик сигналов могут быть измерены с помощью ДПФ?
1.6. Что такое частоты анализа или бины ДПФ?
1.7. Что понимается под частотной характеристикой k-го канала анализатора спектра на основе ДПФ и полной частотной характеристикой анализатора спектра, как они связаны с весовой функцией?
1.8. Какой вид имеет общая частотная характеристика и частотная характеристика k-го канала анализатора спектра с прямоугольной весовой функцией?
1.9. Как откликаются каналы анализатора спектра на комплексный и вещественный гармонические сигналы произвольной частоты?
1.10. Что понимается под явлением размывания или просачивания спектров при спектральном анализе?
1.11. Какова роль весовых функций при спектральном анализе и какие их параметры при этом учитываются?
1.12. Какова роль весовых функций в гармоническом анализе периодических сигналов?
1.13. Как найти значение частоты периодического сигнала по его спектру на основе ДПФ?
1.14. Как находится необходимая длина весовой функции при спектральном анализе периодических сигналов?
1.15. Как обеспечивается однозначное разрешение известных частотных составляющих в гармоническом анализе на основе ДПФ?
1.16. Как проявляется дополнение последовательности нулями при спектральном анализе сигналов на основе ДПФ?
1.17. Как осуществляется выбор весовой функции при спектральном анализе сигналов на основе ДПФ?
1.18. Какова частотная характеристика анализатора спектра на основе ДПФ с весовой функцией Хэмминга?
1.19. Что такое шумовая эквивалентная полоса весовой функции и как она влияет на параметры анализатора спектра на основе ДПФ?
1.20. Как найти мощность шума в полосе анализа канала анализатора спектра и отношение сигнал-шум?
1.21. Что такое шаг анализа по частоте анализатора спектра на основе ДПФ и чем он определяется?
2. Методы и параметры спектрально-корреляционного анализа случайных сигналов.
2.1. Каковы основные статистические характеристики дискретных случайных сигналов?
2.2. Как определяется АКФ дискретного случайного сигнала и ее статистическая оценка?
2.3. Как определяется ВКФ дискретного случайного сигнала и ее статистическая оценка?
2.4. Как определяется СПМ дискретного случайного сигнала и ее статистическая оценка?
2.5. Как определяется ВСПМ дискретного случайного сигнала и ее статистическая оценка?
2.6. Как преобразуются характеристики случайных сигналов в линейных дискретных системах?
2.7. Как осуществляется идентификация объектов методами спектрального анализа дискретных случайных сигналов?
2.8. В чем заключается периодогрaммный метод оценки СПМ?
2.9. В чем заключается периодогрaммный метод оценки ВСПМ?
2.10. Как повышается точность оценки СПМ в методе периодограмм?
2.11. Какие способы секционирования сигнала используются в методе периодограмм?
2.12. Из каких условий выбирается длина секции в методе периодограмм?
2.13. Какие параметры весовых функций учитываются при спектральном анализе сигналов методом периодограмм?
2.14. Как вычисляется АКФ с помощью ДПФ?
2.15. Как вычисляется ВКФ с помощью ДПФ?
2.16. В чем заключается коррелограммный метод оценки ВСПМ?
2.17. В чем заключается коррелограммный метод оценки СПМ?
2.18. Каким образом обеспечивается применение БПФ при вычислении СПМ (ВСПМ) методом периодограмм?
2.19. Каким образом обеспечивается применение БПФ при вычислении СПМ (ВСПМ) методом коррелограмм?
2.20. Какова роль весовых функций при спектрально-корреляционном анализе дискретных случайных сигналов?
2.21. Для чего применяется секционирование с перекрытием при спектральном анализе сигналов методом периодограмм и какие оно имеет ограничения (по длине секции и коэффициенту перекрытия)?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.