Спектроанализатор


		`\| Скалярный \|`
в палитре	на схеме	`\| Скалярный \|`

Описание

Блок предназначен для определения амплитудного и фазового спектров действительного или комплексного сигнала. Рекомендуется использовать в сочетании с двумя блоками График Y от X для отображения рассчитанных амплитудного и фазового спектров.

При анализе действительного сигнала блок позволяет определять односторонний спектр (только для положительных частот) или двусторонний спектр (для положительных и отрицательных частот). При анализе комплексного сигнала блок определяет только двусторонний спектр. При определении двустороннего спектра размеры массивов на выходных портах блока равны удвоенному количеству точек в спектре минус один (2N-1), поскольку к массиву положительных частот добавляется массив соответствующих отрицательных частот за исключением нуля.

В основе алгоритма определения спектра лежит быстрое преобразование Фурье (БПФ). Необходимый период дискретизации входного сигнала и размер серии БПФ (количество отсчетов сигнала) определяются автоматически исходя из свойств блока: требуемого диапазона частот и шага частот (количества точек в спектре). Рассчитанные значения размера серии, периода дискретизации и длительности одной серии отображаются в свойствах блока.

Анализируемый сигнал может задаваться двумя способами:

Непрерывный скалярный сигнал
Массив дискретных отсчетов сигнала

Непрерывный скалярный сигнал

В качестве непрерывного сигнала может выступать, например, изменяющееся в процессе моделирования значение какой-либо физической величины. В случае комплексного сигнала его действительная и мнимая части задаются отдельно через соответствующие порты.

Блок осуществляет дискретизацию входного сигнала с рассчитанным ранее периодом дискретизации, поэтому для повышения точности результатов работы блока шаг интегрирования проекта не должен превышать этот период. БПФ позволяет рассчитать спектр только для сигнала строго определенной длительности (серии отсчетов), поэтому блок позволяет опционально провести усреднение одним из следующих способов:

Без усреднения. Блок рассчитывает спектр по отдельным сериям. Значения на выходных портах блока будут обновляться с периодом, равным длительности серии.
Усреднение по всему сигналу. Блок рассчитывает спектр по отдельным сериям и определяет средние значения по всем рассчитанным сериям. Значения на выходных портах блока будут обновляться с периодом, равным длительности серии. Данный способ позволяет определить спектр сигнала, длительность которого многократно превышает длительность одной серии.
Скользящее окно. Блок рассчитывает спектр для одной серии БПФ, учитывающей значения сигнала за ранее определенную длительность серии. Более ранние значения сигнала не учитываются. Значения на выходных портах блока начнут обновляться в момент модельного времени, равный длительности серии, и далее будут обновляться на каждом шаге интегрирования. Данный способ позволяет определить спектр сигнала при переходных режимах работы модели.

Массив дискретных отсчетов сигнала

Массив отсчетов сигнала задается в виде массива значений времени и массива соответствующих значений сигнала. В случае комплексного сигнала значения действительной и мнимой частей задаются отдельными массивами через соответствующие порты.

Блок осуществляет линейную интерполяцию входного сигнала для изменения периода дискретизации на необходимый для БПФ. Период дискретизации в массиве отсчетов может быть произвольным и/или переменным, однако для повышения точности результатов работы блока рекомендуется использовать период не превышающий период дискретизации для БПФ, рассчитываемый в свойствах блока.

Блок делит полную длительность сигнала (максимальное время в массиве отсчетов) на длительность одной серии БПФ, разделяет сигнал на целое число серий и не учитывает значения, попадающие в последнюю неполную серию (остаток от деления). Блок рассчитывает спектр по отдельным сериям и определяет средние значения по всем рассчитанным сериям.

Амплитудный спектр

Блок позволяет рассчитывать амплитудные спектры следующих величин:

Абсолютная амплитуда. Рассчитываются значения амплитуд гармоник сигнала. Является силовой величиной.
Дискретная амплитуда. Рассчитываются значения модулей комплексных коэффициентов БПФ. Является силовой величиной.
Действующее значение (RMS). Рассчитываются среднеквадратические значения гармоник сигнала. Является силовой величиной.
Мощность. Рассчитываются значения мощности гармоник сигнала из предположения, что входной сигнал имеет физический смысл силовой величины. Является энергетической величиной.
Спектральная плотность мощности. Рассчитываются значения мощности, приходящейся на единичный интервал частоты в Гц. Является энергетической величиной.

Блок позволяет представлять рассчитанные значения амплитудного спектра в следующих единицах измерения:

Абсолютные единицы. Значения величин выводятся без преобразований, для силовых величин имеют физический смысл напряжения, для энергетических – мощности. Единицы измерения: для силовых величин – В (Volt), для мощности – Вт (Watt) и для спектральной плотности мощности – Вт/Гц (Watt/Hz).
Нормированные к 1. Значения величин делятся на максимальное значение величины в спектре и приводятся к относительным единицам.
Логарифмические единицы. Значения величин преобразуются в децибелы, формула преобразования зависит от типа величины: для силовых величин – 20lg(x), для энергетических – 10lg(x). Единицы измерения для силовых величин – дБВ (dBV), для мощности – дБВт (dBW), для спектральной плотности мощности – дБВт/Гц (dBW/Hz).

Фазовый спектр

Блок рассчитывает значения фаз гармоник исходя из представления действительной части сигнала в виде суммы косинусоидальных гармоник, а комплексной части сигнала в виде суммы синусоидальных гармоник. Доступен вывод значений в радианах или градусах.

Входные порты

В зависимости от способа задания сигнала и типа сигнала блок имеет различные наборы входных портов.


Имя	Описание	Тип линии связи
При задании скалярного действительного сигнала
signal	Входной скалярный действительный сигнал	Математическая
При задании скалярного комплексного сигнала
re	Действительная часть входного скалярного сигнала	Математическая
im	Мнимая часть входного скалярного сигнала	Математическая
При задании массива отсчетов действительного сигнала
time_arr	Массив временных отсчетов	Математическая
samples_arr	Массив значений действительного сигнала	Математическая
При задании массива отсчетов комплексного сигнала
time_arr	Массив временных отсчетов	Математическая
re_arr	Массив значений действительной части сигнала	Математическая
im_arr	Массив значений мнимой части сигнала	Математическая

Выходные порты

Размеры массивов на выходных портах блока:

при расчете одностороннего спектра равны количеству точек в спектре N;
при расчете двустороннего спектра равны 2N-1.


Имя	Описание	Тип линии связи
freq_arr	Массив частот спектра. Единицы измерения частот указываются в свойствах блока	Математическая
amp_arr	Массив значений амплитудного спектра. Тип величины и единицы измерения указываются в свойствах блока	Математическая
phase_arr	Массив значений фазового спектра. Единицы измерения фазы указываются в свойствах блока	Математическая

Свойства


Название	Имя	Описание	По умолчанию	Тип данных
Входной сигнал		Группа свойств, задающих настройки входного сигнала
Способ задания сигнала	InputSamplingType	Способ задания входного сигнала. Возможные значения: Скалярный сигнал Массив отсчетов сигнала	Скалярный сигнал	Перечисление
Тип входного сигнала	InputSignalType	Тип входного сигнала. Возможные значения: Действительный Комплексный	Действительный	Перечисление
Диапазон частот		Группа свойств, задающих диапазон отображаемых частот спектра
Двусторонний спектр	TwoSidedSpectrum	Позволяет рассчитать двусторонний спектр для действительного сигнала. При типе сигнала "Комплексный" свойство принимает значение "Да", переходит в режим "Только для чтения" и начинает носить справочный характер.	Нет	Двоичное
Единицы измерения частоты	FreqUnits	Единицы измерения частот в свойствах блока и на соответствующем выходном порте. Возможные значения: Гц Рад/с	Гц	Перечисление
Начальная частота, е.и.	StartFreq	Начальная частота отображаемого диапазона спектра. При типе сигнала "Комплексный" свойство принимает значение "0", переходит в режим "Только для чтения" и начинает носить справочный характер.	0	Вещественное
Конечная частота, е.и.	EndFreq	Конечная частота отображаемого диапазона спектра	100	Вещественное
Шаг частот, е.и.	FreqStep	Шаг изменения частоты в спектре. Автоматически изменяет свое значение при изменении количества точек спектра	1	Вещественное
Количество точек	PointsCount	Количество гармоник (положительных частот) спектра. Автоматически изменяет свое значение при изменении начальной частоты, конечной частоты и/или шага частот	101	Целое
Период дискретизации сигнала, с	SampleTime	Автоматически рассчитанный период дискретизации входного сигнала для БПФ. Свойство находится в режиме "Только для чтения" и носит справочный характер	0.00390625	Вещественное
Количество отсчетов в серии	SeriesSize	Автоматически рассчитанное количество отсчетов входного сигнала в одной серии БПФ. Свойство находится в режиме "Только для чтения" и носит справочный характер	256	Целое
Длительность одной серии, с	SeriesDuration	Автоматически рассчитанная длительность одной серии отсчетов входного сигнала для БПФ. Свойство находится в режиме "Только для чтения" и носит справочный характер	1	Вещественное
Спектр		Группа свойств, задающих настройки величин спектра
Тип величины спектра	SpectrumType	Тип величины амплитудного спектра. Возможные значения: Абсолютная амплитуда Дискретная амплитуда Действующее значение (RMS) Мощность Спектральная плотность мощности	Абсолютная амплитуда	Перечисление
Единицы измерения величины спектра	AmpUnits	Единицы измерения величины амплитудного спектра в свойствах блока и на соответствующем выходном порте. Возможные значения: Абсолютные единицы Нормированные к 1 Логарифмические единицы	Абсолютные единицы: Volt	Перечисление
Минимальное значение величины, е.и.	AmpMinValue	Минимальное значение величины амплитудного спектра при переводе околонулевых значений в логарифмические единицы. Свойство доступно только при выборе "Логарифмических единиц" измерения величины спектра	-100	Вещественное
Единицы измерения фазы	PhaseUnits	Единицы измерения фазового спектра на соответствующем выходном порте. Возможные значения: Радианы Градусы	Радианы	Перечисление
Способ усреднения спектра	AveragingType	Способ усреднения спектра по нескольким сериям. Возможные значения: Усреднение по всему сигналу Скользящее окно Без усреднения (отдельно по сериям) При способе задания сигнала "Массив отсчетов сигнала" свойство принимает значение "Усреднение по всему сигналу", переходит в режим "Только для чтения" и начинает носить справочный характер.	Усреднение по всему сигналу	Перечисление
Дополнительно		Группа свойств, задающих дополнительные настройки
Тип окна преобразования Фурье	FFTWindowType	Задает форму окна, используемого в БПФ. Возможные значения: Прямоугольное окно Хэмминга (Hamming) Велча (Welch) Треугольное окно Парзена (Parzen) Блэкмана (Blackman) Блэкмана-Харриса (Blackman-Harris) Наттолла (Nuttall) Блэкмана-Наттолла (Blackman-Nuttall) Окно с плоской вершиной Синусоидальное окно	Прямоугольное окно	Перечисление
Выводить сообщения с предупреждениями	DisplayWarningMessages	Позволяет отключить вывод сообщений с предупреждениями	Да	Двоичное

Параметры

Блок не имеет параметров.

Примеры

Примеры использования блока: