频谱分析仪
频谱分析仪界面
频谱分析仪界面包括以下设置：
输入域 -
处理信号的时域
时间
Details
输入到频谱分析仪的信号以时间序列表示，频谱将在该时间背景下进行分析。
频谱类型 -
光谱分析类型
电源 （默认） | 功率密度
Details
表示频谱分析的类型。它有两个值 - 电源 和 功率密度 。这两个值都会影响参数 测量单位 的设置：
-
功率密度- 将频谱模数值除以频率，允许在频率范围内分析频谱：.
-
电源- 保持频谱模数值不变（取消除法），可按振幅分析信号频谱：.
查看 -
信号频谱分析结果的表述类型
光谱 （默认）
Details
该视图可以使用一个参数表示 - 光谱 。这意味着您将获得信号频谱分析结果。只有一个选项。
信号采样频率（赫兹） -
测量或信号采样的时间速度
100（默认值）
Details
该设置表示一秒钟内记录的信号采样次数。设置为正标量。
依赖关系
-
如果启用 初始值 复选框（默认），采样率将根据输入信号的特征自动确定。在这种情况下，将根据自动确定的采样率进行频谱分析。
-
如果禁用参数 初始值 的复选框，则信号的采样频率将设置为参数 信号采样频率（赫兹） 中指定的某个值。这意味着将根据该采样频率进行频谱分析，并显示该频率下的分析结果。
频谱估算方法 -
光谱分析方法
韦尔奇 （默认）
Details
作为频谱分析方法，Engee 使用韦尔奇 方法。更多信息请参阅 韦尔奇方法.它只有一个变体。
全频率范围 -
可设置频率值
已启用（默认） | 已禁用
Details
该参数定义了是分析信号中的整个可用频率范围，还是只分析某一特定频率范围。
-
开启（默认）"- 频谱分析仪将分析信号中从 "0"（最小）到无穷大（最大）的所有频率。
-
禁用"- 频谱分析仪只分析手动定义的范围。
依赖关系
要启用参数 频率范围末端 (Hz) 和 范围（赫兹） ，请取消选中 全频率范围 。
频率范围起始值（赫兹） -
频率覆盖范围的初始值
未设置（默认）"。
Details
该参数允许您手动定义频率覆盖范围的设定值（范围的起始值）。它被设置为正标量。
依赖关系
选择参数 频率范围起始值（赫兹） 时，将自动添加参数 频率范围末端 (Hz) 。
频率范围末端 (Hz) -
频率覆盖范围的端值
未设置（默认）"。
Details
该参数允许您手动定义频率覆盖范围的设定值（在范围的末端）。它被设置为正标量。
范围（赫兹） -
中心频率周围的数值范围
未设置（默认）"。
Details
用于设置频率轴上某点（中心频率）周围的分析值范围。
依赖关系
选择 范围（赫兹） 时，将自动添加 CF (Hz) （中心频率）。
CF (Hz) -
中心频率
0（默认）
Details
正标量信号处理的中心频率。
默认情况下，频谱分析仪将 CF (Hz) 设置为范围的中间值，以确保频率覆盖均匀。
RBW (Hz) -
频率分辨率
未设置（默认） `
Details
该参数表示所显示频谱的频率分辨率，决定了分析中信号频率成分的准确度。 RBW (Hz) 的值越低，频谱分析仪的分辨率越高，但测量所需的信号采样（模拟时间）也越多。
|
参数 RBW (Hz) 直接影响信号在频域中的显示效果：
|
测量单位 -
选择信号频谱成分振幅的单位
dBm （默认） | dBW| 瓦特
Details
该参数定义了信号频谱成分振幅的单位，单位为分贝毫瓦 (dBm`分贝瓦特 (dBW`) 和瓦特 (瓦特).
平均法 -
选择频谱平均法
样本加权平均数 （默认） | 最后一个样本的运行平均值 n
Details
参数定义用于减少频谱数据中噪音和变化的平均方法，使频谱更平滑，更适合分析静止信号成分。有两种方法可供选择：
-
样本加权平均数- 使用信号频谱样本当前值和先前值的加权平均。先前频谱值的权重随 "遗忘 "系数呈指数递减，"遗忘 "系数在参数值域 遗忘率 中设置。 -
最后一个样本的运行平均值 n- 使用最新样本的工作平均值来平滑数据。
遗忘率 -
样品重量的数字输入
0.9（默认值）
Details
从 0 到 1，数值输入样本重量。
依赖关系
要使用该参数，请将 平均法 设置为 样本加权平均数.
频率轴刻度 -
在频谱图轴上显示频率值
线性 （默认） | 对数
Details
显示刻度有两个选项：
-
线性- 频率均匀分布，每个点之间的步长不变。这意味着频率轴上的每个间隔具有相同的长度，频率的变化将按比例显示在图表上。 -
对数- 在指数增长或下降的情况下，频率根据对数函数增加，从而导致轴上的数值均匀分布。
依赖性
启用 双向频谱表示法 复选框会阻止使用参数 频率轴刻度 。
恒定偏移频率（赫兹） -
定义在频谱图上沿频率轴移动的信号常数分量的值
0（默认值
Details
参数 恒定偏移频率（赫兹） 表示信号在频谱图中偏移的频率。例如，如果恒定偏移频率为 100 Hz，则整个频谱将相对于零频率向右或向左移动 100 Hz。默认情况下，频谱不会移动。
双向频谱表示法 -
一种显示正负频率的信号频谱可视化方法
开（默认）` | 关
Details
启用后，频率轴以零为中心，同时绘制正（加倍）和负（减半）频率值。这样就可以同时查看正负频率下信号的振幅特性。
示例
让我们举例说明频谱分析仪的工作原理。为此，让我们从数字信号处理库中建立一个由两个正弦信号源块*DSP Sine Wave* 和一个伪随机序列信号源块（噪声源）Uniform Random Number 组成的模型。我们将使用输入信号加法或减法块*Add* 和输出端口的存根*Terminator* 来完成模型。结果就是以下模型：
让我们更改图块和解算器的设置：
Sine Wave DSP |
Amplitude = |
|---|---|
Sine Wave DSP-1 |
振幅 = |
Uniform Random Number |
Minimum = |
添加 |
符号列表 = ` ＋ ＋ ＋`
|
Resolver |
步长 = |
使用 "设置 "按钮进入频谱分析仪设置
，选择 " 频谱分析 "选项卡。要在频域中显示图表，必须考虑频率分辨率参数 RBW (Hz) ：
-
如果参数 RBW (Hz) 设置为自动检测值，则在满足条件的情况下显示频域图形：
,
其中 1536 为绘制频域图所需的最小数据点数，可从Henning 窗口函数 中获取。要获得最小点数，可以增加 "模拟时间 "或减少 "采样时间"（计算步骤）。该公式同时适用于*基于时间*和*基于采样*块。
例如，当前模型至少需要
3.2秒的模拟时间，因为 满足条件。 -
如果 RBW (Hz) 具有特定值，则在满足条件时将显示图形：
,
其中 是所需的最小点数； 是一个常数，取决于所选的窗口函数。在 Engee 中，这是亨宁窗口函数，因此常数的值为
1.5。 - 采样频率。例如，对于当前模型 Hz、 Hz、 。将这些值代入顶部的表达式，我们可以看到至少需要 750 个点才能绘制出曲线。在`1`秒的模拟时间内，模型会得到`500`个数据点，因此至少需要`1.5`秒的模拟时间。
要查看时域图，请选择显示类型 时域信号 
到 信号菜单 
，并勾选显示 Twoo_sine_noisy 信号的复选框：
韦尔奇方法
要在 Engee 中操作频谱分析仪，需要使用 Welch 方法。
韦尔奇方法*是一种用于估计信号功率谱的频谱分析方法。它是对傅里叶变换的一种修改，通过将信号划分为重叠段并对其频谱估计值进行平均，从而改进了频谱估计的统计特性。
该方法的操作说明
当选择 Welch 方法时，功率谱估计是一个平均化的修正周期图。频谱分析仪的算法包括以下步骤：
-
设备通过 点将输入信号缓冲成数据段。每个数据段被划分为 个重叠数据段，每个数据段长度为 ，在 点重叠。数据段可表示为
-
如果 ，重叠率为 50%。
-
如果 ，重叠率为 0%。
-
-
将窗口应用于 时域中的每个重叠数据段。
如果未选中 全频率范围 ，则可使用参数 范围（赫兹） 或参数 频率范围起始值（赫兹） 和 频率范围末端 (Hz) 指定数据窗口 的长度。
如果将 全频率范围 设置为 ，算法将使用此公式确定数据窗口的长度：
.
然后，算法会将输入信号分割成多个具有窗口的数据段。
大多数窗口函数对数据集中心数据的影响大于对边缘数据的影响，这意味着信息的损失。为了减少这种损失，单个数据集通常会在时间上重叠。对于带有窗口的每个片段，通过离散傅立叶变换计算周期图。然后计算结果幅度的平方，再除以 ：
其中 U 是窗口函数中的功率归一化系数，定义如下：
.
-
频谱分析仪使用修正的周期图估算法计算并绘制功率谱、功率谱密度和有效值。
为了确定韦尔奇功率谱估算值，频谱分析仪对最后 数据段的周期图结果进行了平均。与来自 点的原始数据段相比，平均化可减少方差。
这里：
-
频谱分析仪使用以下方法计算功率谱密度：
-
功率谱是功率谱密度与分辨率带宽的乘积，如该公式所示：
-
在 光谱 模式下，频谱分析仪将功率谱绘制成频谱图。频谱图的每一行都是一个周期图。每行的时间分辨率等于 ，这是可达到的最小分辨率。可能需要将多个周期图组合起来才能达到所需的分辨率。插值法用于计算非整数 值。在频谱图显示中，时间从上到下滚动，因此最新数据显示在显示屏的顶部。偏移量显示最新频谱图线中心所在的时间值。
-
频谱分析仪需要最少的样本数来计算频谱估计值。该值与分辨率带宽 ( ) 直接相关：
或使用公式与窗口长度 ( ) 直接相关：
,
其中 是重叠百分比， 是归一化有效噪声带宽， 是输入采样频率， 是分辨率带宽。
频谱分析仪的状态栏会显示每次更新的采样数量。如果分辨率方法设置为 ，则定义窗口长度：
.