Программа SPTool (Signal Processing Tool) создает графическую среду для просмотра сигналов и их спектров, расчета и анализа фильтров, а также фильтрации сигналов.
Окно SPTool: startup.spt вызывается командой >> sptool и состоит из трех областей.
Область Сигналы позволяет просмотреть сигналы (кнопка Вид).
Под областью Фильтры расположены 4 кнопки, указывающие на то, что объекты (фильтры) могут быть созданы (Новый), отредактированы (Правка), просмотрены (Вид), применены к объектам, выделенным в области Сигналы (Принять).
C объектами в области Спектры можно производить следующие действия: рассчитывать (Создать), просматривать (Вид), обновлять, т.е. создавать заново под тем же именем (Обновлять).
Типичный набор действий, выполняемый с помощью программы SPTool, включает в себя следующие операции:
- загрузка сигнала,
- просмотр графика сигнала,
- определение и просмотр его спектра,
- синтез фильтра с требуемой АЧХ,
- фильтрация сигнала,
- сохранение результатов работы.
Загрузка сигнала. Осуществляется с помощью меню Файл\Импорт. Если предварительно в данном сеансе в среде MATlab создан вектор сигнала, то выбрав в области Источник положение переключателя Из рабочего пространства в области Содержание рабочего пространства можно видеть имена всех переменных, находящихся в рабочем пространстве. Выделив требуемый сигнал, можно перенести его c помощью кнопки “ ® ” в поле ввода Данные. В поле Частота выборки устанавливается значение частоты дискретизации, в поле Имя – имя, под которым введенный вектор будет записан в среде SPTool. После нажатия кнопки ОК импорт сигнала в среду будет произведен и в области Сигналы предыдущего окна появиться запись имени сигнала.
Просмотр графика сигнала. Сигнал может быть просмотрен после его выделения с помощью кнопки Вид. Основную часть окна занимают два графика: нижний дает панораму всего сигнала, верхний позволяет рассмотреть фрагменты сигнала в выбранном масштабе. Кнопки панели инструментов служат для управления масштабом отображения сигнала и режимом отображения маркеров, позволяющих производить над сигналом количественные измерения.
Определение и просмотр спектра сигнала. В области Сигнал окна SPTool выделяется анализируемый сигнал и в области Спектры нажимается кнопка Создать. Появляется окно Просмотр спектра c пустой графической областью. В меню Meтoд выбирается метод нахождения спектра сигнала, например, FFT (Fast Fourier Transform – быстрое преобразование Фурье) и задается число отсчетов (FFT,M). После нажатия кнопки Принять в графической области появляется спектр выделенного сигнала, а в области Спектры окна SPTool его имя. С помощью маркеров можно произвести необходимые количественные измерения параметров спектра. В дальнейшем спектр можно просматривать, используя кнопку Вид.
Синтез фильтра с требуемой АЧХ. Если в окне SPTool нажать кнопку Новый, то на экране появиться окно Проектировщик фильтра. Это окно позволяет выбрать с помощью меню Тип тип фильтра по идеальной форме АЧХ ( ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ), с помощью меню Алгоритм – тип фильтра по форме реальной АЧХ (Баттерворта, Чебышева и др.), параметры полос пропускания и задерживания Fp, Rp, Fs и Rs, задать частоту дискретизации Частота выборки. После нажатия кнопки Принять можно определить порядок фильтра,а имя его появляется в окне Проектировщик фильтра и в области Фильтры окна SPTool. С помощью кнопки Вид можно просмотреть графики основных характеристик фильтра: АЧХ, ФЧХ, ИХ, переходной характеристики, расположения полюсов и нулей передаточной функции.
Для определения коэффициентов разностного уравнения (коэффициентов передаточной функции) необходимо экспортировать фильтр в рабочее пространство с помощью меню Файл\Экспорт. В открывшемся окне Экспорт от SPTool выделяется имя экспортируемого фильтра и нажимается кнопка Экпортируйте в рабочее пространство. После этого c помощью команды <имя фильтра>.tf.num, набранной в командной строке MATlab,возвращаются коэффициенты прямой связи (числителя передаточной функции) bk, а по команде <имя фильтра>.tf.den - коэффициенты обратной связи (знаменателя передаточной функции) ak.
Фильтрация сигнала. Применение синтезированного фильтра для фильтрации сигналов осуществляется путем выделения в окне SPTool в поле Сигналы именифильтруемого сигнала, а в поле Фильтры – используемого фильтра. После нажатия кнопки Принять в области Сигналы окна SPTool появится имя сигнала на выходе фильтра. Просмотр сигнала и его спектра проводится так же, как было описано ранее.
Сохранение результатов работы. Все результаты работы в среде SPTool записываются в файл *.spt, имя которого указано в заголовке окна SPTool.
Удалить лишние имена из окна SPTool можно с помощью меню Правка\Очистить.