第15章信号频谱分析.ppt

1、第15章 信号频谱分析,信号频谱分析是将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察其变化规律的一种分析方法。频谱分析主要分析信号是由哪些频率的正弦信号叠加得到的，以及这些正弦信号的振幅。本章将介绍信号频谱分析的一些基本概念，以及如何使用VC+和MATLAB对信号频谱分析问题进行分析处理。,15.1.1 VC+和MATLAB信号频谱分析的混合编程原则,使用VC+可以快速建立应用软件的用户界面，并且开发的应用软件界面友好、代码效率高、执行速度快。因此，VC+成为广泛采用的前端开发工具之一。MATLAB提供的信号处理工具箱提供了信处理方面的专业算法，VC+在可视化界面的编程方面具

2、有优势。VC+与MATLAB的各自优点，因使得两者混合编程进行信号处理成为一种理想的解决方案。,15.1.2 VC+和MATLA信号频谱分析的接口设计,使用VC+和MATLAB进行信号处理和频谱分析时，VC+和MATLAB接口连接的方式包括基于COM的混合编程接口方式、使用MATCOM工具的方式和调用MATLAB引擎的方式。,15.2 信号频谱分析的基本概念,本节主要介绍周期信号、离散光谱、三角频谱、实频图、双边幅频图，双边相频图等信号频谱分析中需要用到的基本概念，周期信号的基本表述方法，以及信号频谱分析的过程和信号显示原理。,15.2.1 周期信号与离散光谱的定义,根据信号随时间的变化规律，

3、可把信号分为确定性信号和非确定性信号。能明确地用数学关系式描述其随时间变化关系的信号称为确定性信号。例如，一个单自由度无阻尼质量-弹簧振动系统的位移信号可表示为: 式中，为初始振幅；为弹簧刚度系数；为质量；为时间；为初相位。,15.2.2 信号频谱分析和显示原理,所谓信号频谱分析是指将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律。频谱分析的过程通常运用傅里叶级数或傅里叶变换，实现把时间域信号变换成频率域信号，也称为信号的频率描述。,15.3 信号FFT频谱分析,本节主要介绍时域采样的基本方法，频率混叠和采样定理的基本概念和作用，以及傅立叶变换FFT频谱分析的基本过程，

4、包括对数据进行采样，采用数据导入MATLAB，调用MATLAB函数对数据进行频谱分析等步骤。,15.3.1 数据采样,所谓采样数据（sampled data)在离散的时间间隔中取得的信息数据，它们可以是数字数据，也可以是模拟数据。采样分时域采样和频域采样。 1. 时域采样 2. 频率混叠和采样定理,15.3.2 采样数据导入MATLAB,采样得到数据通常以不同的数据格式存在文件中，为了能够使用MATLAB进行频谱分析，需要将采用数据导入到MATLAB中，在实际操作中作者可以根据自己的需求选择不同的方法导入数据,15.3.3 对采样数据进行频谱分析,利用FFT用计算机对连续信号进行频谱分析过程如

5、下图15.7所示。可见频谱分析的过程是一次次的近似过程，首先是用离散采样信号的X(ej)来近似连续信号Xa(t)的傅氏变换Xa(j)；其次是将x(n)截短，这一过程等效于用矩形序列RN(n)与x(n)相乘，其DFFT变换公式为： XN(ej)X(ej)*RN(ej) （11） 式中RN(ej)是RN(n)的离散傅立叶变换（DFT），可见XN(ej)是X(ej)和矩形序列的频率响应RN(ej)卷积的结果；,15.3 MATLAB频谱分析函数,为了实现频谱分析，通常需要进行信号变换，在MATLAB中主要通过相关函数进行所需要的变换。本节将介绍一维快速傅里叶变换函数fft()和Chirp z变换函数

6、czt()的应用。 1fft()函数 2czt()函数,15.4 VC+开发信号FFT频谱分析与显示结果,本节给出一个FFT频谱分析实例。该实例使用MATLAB的M文件编辑器建立M文件，然后使用MATLAB中提供的COM组件创建工具将给文件创建为COM组件，然后在VC+环境中创建工程，通过COM接口访问COM组件中的接口函数，实现傅立叶变换。,15.4.1 新建M文件,新建文件名为FFTcontrol .m的M文件,15.4.2 创建COM组件,在MATLAB的命令窗口（command window）输入以下命令： deploytool 将会弹出图15.10所示的界面。需要注意的是，在MATL

7、AB 2008a以前，将MATLAB的程序编译成com组件使用的工具名称为comtool。在MATLAB2008a以后的版本，deploytool工具替换了comtool。所以，如果机器上安装的是低于7.5的版本，就需要运行comtool。不过，两者编译的过程很相似，且编译之后都需要打包package。单击【新建】按钮或【File】|【New Deployment Project】命令,15.4.3 VC+单击工程中调用COM组件,新建一个基于对话框的MFC工程TestFFTCom，选择【Project】|【Setting】命令，弹出如图15.18的设置对话框，进行图中示意的设置。,15.4.4 信号F