数据采集与信号处理作业基于FFT的功率谱分析程序设计与应用.doc

数据采集与信号处理作业 一、基本内容： 基于FFT的功率谱分析程序设计与应用 1．基本要求 1） 对一个人为产生的信号进行采用FFT变换方法进行功率谱分析。 已知信号x(n)=120.0*COS(2*3.14*SF*n/FS) 式中： n=0,1,2 ……N-1 SF---信号频率 FS---采样频率 其FFT变换结果X(k)可用下面提供的FFT子程序求出，计算功率谱的公式为： W（k）=2(XR(k)2 +XI(k)2)/N 式中： k=0,1,2 ……N/2-1 XR(k)--- X(k)的实部 XI(k)--- X(k)的虚部 请用VB,VC或C++Builder编译器编程，或采用MATLAB计算，或采用高级语言调用MATLAB计算。处理结果为采用窗口显示时域波形和频域波形。 基于MATLAB6.5的源程序如下： clf; clc; Fs=300; %采样频率 n=0:1:300;N=128; Sf=20; %信号频率 xn=120*cos(2*pi*Sf*n/Fs); %产生波形序列 cxn=xcorr(xn,unbiased); %计算序列的自相关函数 figure(1);plot(n,xn);grid on;title(余弦曲线的时频图); nfft=1024; CXk=fft(cxn,nfft); Pxx=abs(CXk); %求序列的PSD; index=0:round(nfft/2-1); k=index*Fs/nfft; plot_Pxx=Pxx(index+1); figure(2);plot(k,plot_Pxx);title(余弦曲线的功率谱曲线图); xlabel(Frequency(Hz)); ylabel(Magnitude); grid on; 2）对实验所采集的转子振动信号进行频谱分析 SF=1000; %采样频率1024/508HZ fid = fopen(D:\fanbo_45HZ_1024_1000HZ\sanjiao_45HZ_1024_1000HZ);%转子信号 [a,N]= fscanf(fid,%f); fclose(fid); y=fft(a,N); %FFT运算 Pyy =sqrt(y.*conj(y))*2.0/N; %取功率普密度 f=(0:length(Pyy)-1)*SF/length(Pyy); LPyy=20*log10(Pyy); plot(f(1:N/2),Pyy(1:N/2),black); %输出FS/2点幅频谱图 grid; 2.讨论 1）信号经过均值化处理或不经过均值化处理的结果比较 %含直流分量而未均值化的信号 clc;clf; Fs=300; %采样频率 n=0:1:300;N=128; Sf=20; %信号频率 xn=120*cos(2*pi*Sf*n/Fs)+60; %产生波形序列 window=boxcar(length(xn)); %矩形窗 nfft=512; %采样点数 [Pxx,f]=periodogram(xn,window,nfft,Fs); %直接法 subplot(2,1,1); plot(f,Pxx);title(含有直流分量的余弦曲线未均值化的功率谱波形图); xlabel(Frequency(Hz)); ylabel(Magnitude); %含直流分量且均值化的信号 clc;clf; Fs=300; %采样频率 n=0:1:300;N=128; Sf=20; %信号频率 xn=120*cos(2*pi*Sf*n/Fs)+60;%产生波形序列 z=mean(xn); h=xn-z; window=boxcar(length(xn)); %矩形窗 nfft=512;%采样点数 [Pxx,f]=periodogram(h,window,nfft,Fs); %直接法 subplot(2,1,2); plot(f,Pxx);title(含有直流分量的余弦曲线均值化后的功率谱波形图); xlabel(Frequency(Hz)); ylabel(Magnitude); 余弦函数信号x的直流分量即x的均值，它的存在将导致余弦函数在f0 (即图形的波峰处的频率)处的功率降低，因此，必须对带有直流分量的信号进行均值化处理，以消除直流分量的干扰。由图3可以看出，带有直流分量的余弦函数不经均值化处理时的功率谱在低频段含有一个很大的功率分量，导致余弦函数在f0处的功率（或主频率分量）降低。而经均值化处理后，余弦函数在f0处的功率明显增加，这