使用Matlab对采样数据进行频谱分析.doc

1、使用 Matlab 对采样数据进行频谱分析秘密2009-10-31 10:08:15阅读 454 评论 0 字号：大中小1、采样数据导入Matlab采样数据的导入至少有三种方法。第一就是手动将数据整理成Matlab 支持的格式，这种方法仅适用于数据量比较小的采样。第二种方法是使用Matlab 的可视化交互操作，具体操作步骤为：File - Import Data，然后在弹出的对话框中找到保存采样数据的文件，根据提示一步一步即可将数据导入。这种方法适合于数据量较大，但又不是太大的数据。据本人经验，当数据大于15 万对之后，读入速度就会显著变慢，出现假死而失败。第三种方法，使用文件读入命令。数据文

2、件读入命令有textread、fscanf 、 load等，如果采样数据保存在txt 文件中，则推荐使用textread命令。如a,b=textread(data.txt,%f%*f%f);这条命令将data.txt 中保存的数据三个三个分组，将每组的第一个数据送给列向量a，第三个数送给列向量b ，第二个数据丢弃。命令类似于 C 语言，详细可查看其帮助文件。文件读入命令录入采样数据可以处理任意大小的数据量，且录入速度相当快，一百多万的数据不到20 秒即可录入。强烈推荐！2、对采样数据进行频谱分析频谱分析自然要使用快速傅里叶变换 FFT 了，对应的命令即 fft ，简单使用方法为： Y=fft(

3、b,N) ，其中 b 即是采样数据， N 为 fft 数据采样个数。一般不指定 N，即简化为 Y=fft(b) 。Y 即为 FFT 变换后得到的结果，与 b 的元素数相等，为复数。以频率为横坐标， Y 数组每个元素的幅值为纵坐标，画图即得数据 b 的幅频特性；以频率为横坐标，Y 数组每个元素的角度为纵坐标，画图即得数据b 的相频特性。典型频谱分析M程序举例如下：clcfs=100;t=0:1/fs:100;N=length(t)-1;%减 1 使 N 为偶数% 频率分辨率 F=1/t=fs/N p=1.3*sin(0.48*2*pi*t)+2.1*sin(0.52*2*pi*t)+1.1*si

4、n(0.53*2*pi*t).+0.5*sin(1.8*2*pi*t)+0.9*sin(2.2*2*pi*t);% 上面模拟对信号进行采样，得到采样数据p ，下面对 p 进行频谱分析figure(1)plot(t,p);grid ontitle( 信号p(t);xlabel(t)ylabel(p)Y=fft(p);magY=abs(Y(1:1:N/2)*2/N;f=(0:N/2-1)*fs/N;figure(2)%plot(f,magY);h=stem(f,magY,fill,-);set(h,MarkerEdgeColor,red,Marker,*)grid ontitle( 频谱图（理想值

5、： 0.48Hz,1.3 、 0.52Hz,2.1 、0.53Hz,1.1 、 1.8Hz,0.5 、2.2Hz,0.9 ） );xlabel(f (Hz)ylabel( 幅值 )对于现实中的情况，采样频率fs 一般都是由采样仪器决定的，即fs 为一个给定的常数；另一方面，为了获得一定精度的频谱，对频率分辨率F 有一个人为的规定，一般要求F100秒；由采样时间ts 和采样频率fs 即可决定采样数据量，即采样总点数N=fs*ts 。这就从理论上对采样时间ts 和采样总点数N 提出了要求，以保证频谱分析的精准度。3、数据长度的选择频率分辨率 F ，顾名思义就是频谱中能够区分出的最小频率刻度。如F=

6、0.01 ，则频谱图中横坐标频率的最小刻度为 0.01 ，即 0.02Hz 和 0.03Hz是没有准确数据的，但Matlab 在画图时对其进行了插值，故而plot作图时看到的频谱是连续的。但用stem 来作图就可以看出频率是离散的，stem 对了解 F 的含义非常有帮助。由此，我们可以进一步思考。如果信号所包含的频率分量不是F 的整数倍，那么这个频率分量就不会得到正确的反映。如信号包含 1.13Hz频率分量，而F=1/ts=fs/N=0.02，则 1.13/0.02=56.5 ，不等于整数，即在频谱图中找不到准确的刻度，而只能在第56和 57 个频率刻度上分开显示其幅值，这自然就不准确了。因此

7、，请大家在频谱分析时一定要使F 能够被频率精度整除。 如要求频率精确度为0.01 ，则 F 最大为0.01 ，也可取值为 0.02 、0.05 、0.001 等数据，使 0.01/F= 整数。而 F 仅仅由采样时间ts（也称数据长度）决定，因此一定要选择好 ts ，且要首先确定ts 的值。作为验证，对上面的程序做一个修改：将t=0:1/fs:100; 改为 t=0:1/fs:83;即 ts 由 100 改为 83 ，则 F=1/ts由 0.01 变为 0.012 。二者分别作出频谱图对比如下：上图 1 频谱图： ts=100s ，F=1/ts=0.01上图 2 频谱图： ts=83s ， F=1/ts=0.012对比上面两个图即可发现，图 2 中由于 f/F 不是整数，在