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自己编写算法的功率谱密度的三种matlab实现方式.docx
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功率谱密度的三种 matlab 实现方式
一:实验目的:
(1)把握三种算法的概念、应用及特点;
(2)了解谱估量在信号分析中的作用;
(3) 能够利用burg 法对信号作谱估量,对信号的特点加以分析。
二;实验内容:
(1)简单说明三种方式的原理。
(2)用三种方式编写程序,在 matlab 中实现。
(3)将计算结果表示成图形的形式,给出三种情形的功率谱图。
(4)比较三种方式的特性。
三:实验原理:
1.周期图法:
周期图法又称直接法。它是从随机信号 x(n)中截取 N 长的一段,
把它视为能量有限 x(n)真实功率谱
的估量
的抽样.
S (e )
S (e )
jw
jw
x
x
以为随机序列是广义平稳且各态遍历的,能够用其一个样本 x(n)
中的一段
x
(n
)
来估量该随机序列的功率谱。这固然必然带来误差。
N
由于对
x
(n
)
采纳 DFT ,就默许
x
(n
)
在时域是周期的,和
x (k)
在频域
N
N
N
是周期的。这种方式把随机序列样本 x(n)看成是截得一段
x
(n
)
的周期
N
延拓,这也确实是周期图法那个名字的来历。
2.相关法(间接法):
这种方式以相关函数为媒介来计算功率谱,因此又叫间接法。这
种方式的具体步骤是:
第一步:从无穷长随机序列 x(n)中截取长度 N 的有限长序列列
序列。
R
x
N
1
N 1
x
N
N
N
n0
R (m)
x
S (e )
jw
x
X
m(M 1)
率谱仅是近似值,也叫谱估量,式中的
jw
x
AR 模型功率谱估量又称为自回归模型,它是一个全极点的模型,要
利用 AR 模型进行功率谱估量须通过 levinson_dubin 递推算法由
Yule-Walker 方程求得 AR 的参数:σ α α …αp。
1
2
计算中,预测系数必需知足 Lenvinson-Durbin 递推关系,而且
可直接计算而无需第一计算自相关系数。这种方式的优势确实是对未
知数据不需要做任何假设,估量精度较高。其缺点是在分析噪声中的
正弦信号时,会引发谱线割裂,且谱峰的位置和正弦信号的相位有专
门大的关系。
Burg 算法是使前向预测误差和后向预测误差均方误差之和最小
来求取 Km 的,它不对已知数据段之外的数据做以为假设。计算 m 阶
预测误差的递推表示公式如下:
e e k e
(n)
(n)
(n-1)
f
f
b
m
m -1
m
m -1
e e
k e
(n)
(n)
(n-1)
b
m
b
f
m -1
m
m -1
e e
(n)
(n) x(n)
f
0
b
0
求取反射系数的公式如下:
e e
2E [ (n) (n-1)]
f
b
k
-
e
m -1
E{[ (n)] [ (n-1)]}
e
m -1
m
f
2
b
2
m -1
m -1
关于平稳随机进程,能够历时刻平均代替集合平均,因此上式可写成:
e e
N -1
2
(n)
(n-1)
f
b
k
m -1
m -1
-
,m 1,2 , ,p
n m
e
e
(n-1)
2
m
N -1
2
(n)
f
b
m -1
m -1
n m
如此即可求得 AR 模型的反射系数。
将 m 阶 AR 模型的反射系数和 m-1 阶 AR 模型的系数代入到
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春哥111
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