ابزارهای پردازش سیگنال تعاملی

توابع MATLAB قابل بارگیری رایگان

برای دانشمندان ، مهندسان ، محققان ، مربیان و دانشجویانی که در دانشگاه ، صنعت ، محیط زیست ، پزشکی ، مهندسی ، علوم زمین ، فضا ، نظامی ، مالی ، کشاورزی و ارتباطات کار می کنند.آخرین به روز شده دسامبر 2021

یک پروژه بازنشستگیو خدمات جامعه جهانی ، توسط تام اوور ، استاد برجسته, گروه شیمی و بیوشیمی ، دانشگاه مریلند در کالج پارک.

سوالی دارید؟ایمیل: toh@umd. edu یا به گروه ما در فیس بوک بپیوندید

Google به عنوان بسیار ستایش ترین نرم افزار علمی چه میزان دارد؟این جستجو را امتحان کنید.

در این صفحه مجموعه ای از ابزارهای پردازش سیگنال تعاملی قابل بارگیری برای داده های سری X ، Y قابل توصیف است. پیشینه فنی ، مستندات و نمونه هایی از کاربرد در "مقدمه عملی برای پردازش سیگنال" ، موجود در قالب های HTML و PDF ارائه شده است.

توابع تعاملی ذکر شده در این صفحه در پنجره شکل اجرا می شود و به جای دکمه های روی صفحه یا منوها یا کشویی ها ، از یک مجموعه ساده از دستورات تک کلید استفاده می کنند تا به منظور کاهش درهم و برهمی صفحه ، به حداقل رساندن سربار و حداکثر سرعت پردازش. K را فشار دهید تا لیست دستورات Keystroke را در هر برنامه مشاهده کنید. پنجره شکل را می توان دوباره اندازه گیری کرد ، از جمله حداکثر تا حداکثر صفحه نمایش یا کشش در یک تنظیم دو صفحه ای برای دیدن حداکثر جزئیات در سیگنالبا استفاده از منوهای استاندارد Matlab. هدف من این است که این برنامه ها کار را بسیار آسان کنم ، با نحو ورودی انعطاف پذیر ، کمک داخلی ، مستندات گسترده آنلاین و بسیاری از نمونه های ساده که می توانید در پنجره فرمان MATLAB خود کپی و چسبانده باشید. توجه: تمام توابع شرح داده شده در زیر به عنوان توابع MATLAB خود اختصاص داده شده است (M-Files) و نیازی به جعبه ابزار افزودنی برای اجرای آن ندارند ، اما اسکریپت ها اغلب توابع را فراخوانی می کنند که باید در مسیر MATLAB بارگیری و قرار دهند. آنها در MATLAB 7. 8 (R2009A) ، 8. 1 (R2013A) ، 9. 3 (نسخه R2017B Home ساخته شده اند.) ، نسخه دانشجویی R2018B ، و در R2020B به روزرسانی 3.این برنامه های تعاملی حتی اگر MATLAB را در یک مرورگر وب اجرا کنید (فقط قبل از استفاده از توابع KeyPress بر روی پنجره شکل کلیک کنید) ، اما متأسفانه ویژگی های تعاملی در موبایل MATLAB در iPad ها و آیفون ها کار نمی کنند.اگر به جای Matlab از Octave استفاده می کنید، باید از نسخه های Octave جداگانه این برنامه ها استفاده کنید (که با "octave" اضافه شده به نام فایل ها مشخص می شود).

پیک یابی و اندازه گیری

روال های متلب برای مکان یابی و اندازه گیری قله ها (یا دره ها) در مجموعه داده های سری زمانی پر سر و صدا. قله‌ها را با جستجوی گذرگاه‌های صفر رو به پایین (یا گذرگاه‌های صفر رو به بالا برای دره‌ها) در مشتق اول هموار شده شناسایی می‌کند و سپس موقعیت، ارتفاع و عرض هر قله را با برازش منحنی حداقل مربعات داده‌های خام در نزدیکی نقطه شناسایی شده تعیین می‌کند. قله ها(این در درجه اول برای سیگنال هایی مفید است که چندین نقطه داده در هر پیک دارند، نه برای اسپک هایی که فقط یک یا دو نقطه دارند).

هر دو نسخه خط فرمان و تعاملی وجود دارد:

(1) مجموعه‌ای از توابع خط فرمان برای Matlab و Octave، برای یافتن قله‌ها در سیگنال‌ها و اندازه‌گیری موقعیت‌ها، ارتفاع‌ها، عرض‌ها و نواحی آنها با برازش منحنی حداقل مربعات، به ویژه به عنوان ماژول‌هایی برای استفاده در اسکریپت‌های سفارشی شما مفید است. و عملکردهایی برای خودکارسازی پردازش داده ها. این موارد در اینجا فهرست شده اند، که هر کدام به شرح آن پیوند دارند: findpeaksx، findpeaksG، findpeaksG، findpeaksL، measurepeaks، findpeaksG2d، findpeaksb، findpeaksb3، findpeaksplot، findpeaksplotL، peakstats، findpeaksE، findpeaksGSS، findpeaksLSS، findpeaksT، autofinedpeaks. اینها می توانند به عنوان اجزایی در ایجاد اسکریپت ها و توابع سفارشی خود استفاده شوند. با عملکرد "findpeaks" در جعبه ابزار پردازش سیگنال اشتباه نگیرید.

(2) عملکرد تعاملی با فشار کلید iPeak، یا نسخه Octave، که در سمت راست سیگنال های نمایش دهنده از منابع مختلف نشان داده شده است. با استفاده از iPeak، می‌توانید حرکت کنید و بزرگ‌نمایی کنید، هر یک از پارامترهای تشخیص اوج را به صورت جداگانه و تعاملی تنظیم کنید تا تشخیص و اندازه‌گیری اوج را بهینه کنید و موارد دیگر. فقط برای Matlab. یک نمایش متحرک وجود دارد.

این ابزارها زمانی استفاده می شوند که (الف) مقادیر مورد علاقه موقعیت اوج و دامنه پیک های مثبت در سیگنال شما هستند، (ب) قله ها دارای ماکزیمم های متمایز (حتی با نویز) هستند، و (ج) زمانی که شمامی خواهید تمام قله ها در یک عملیات شماره گذاری و کمیت شوند. می‌توانید از تابع تعاملی iPeak برای تعیین آرگومان‌های ورودی ایده‌آل برای توابع مختلف خط فرمان findpeaks استفاده کنید. توجه: آخرین نسخه iPeak می‌تواند با استفاده از تابع peakfit. m داخلی (که در زیر توضیح داده شده است) منحنی غیرخطی تکراری را روی قله‌هایی که پیدا می‌کند، انجام دهد. این برای قله های با همپوشانی زیاد یا غیر گاوسی مفید است. برای برخی از دموها، idemos. zip را دانلود کنید.

iSignal: هموارسازی تعاملی، مشتق و آنالیز سیگنال

با استفاده از کلیدهای ساده، می توانید پارامترهای پردازش سیگنال را به طور مداوم تنظیم کنید و در عین حال تأثیر روی سیگنال خود را به صورت پویا مشاهده کنید. برای دانلود فایل ZIP "iSignal7. zip" که شامل برخی از داده های نمونه برای آزمایش است، اینجا را کلیک کنید. همچنین می توانید آن را از اکسچنج فایل متلب دانلود کنید.

این ابزاری است که می‌توانید زمانی که می‌خواهید سیگنال‌های خود را کاوش و پاکسازی کنید و هموارسازی، تمایز و اوج‌شارپ کردن را امتحان کنید، از آن استفاده کنید. مواردی مانند دامنه سیگنال پیک به اوج، انحراف استاندارد، طیف فرکانس و ناحیه زیر منحنی بخش های انتخاب شده سیگنال شما را اندازه گیری می کند. همچنین برای اندازه‌گیری موقعیت‌ها، ارتفاع‌ها، نواحی اوج (هربار یک پیک یا خودکار) و تعیین اینکه چگونه صاف کردن، تمایز و تشدید پیک بر سیگنال و طیف فرکانس آن تأثیر می‌گذارد، خوب است. همچنین می‌تواند سیگنال‌ها را برای نمونه‌برداری مجدد از طریق درون‌یابی، پیش پردازش کند و مصنوعاتی مانند اسپک‌ها (با فیلتر میانی) و مراحل (با فیلتر محدودکننده نرخ) را کاهش یا حذف کند.

پیک فیتر

برنامه‌های برازش پیک برای سیگنال‌های سری زمانی، که از یک الگوریتم بهینه‌سازی غیرخطی برای تجزیه یک سیگنال پیک همپوشانی پیچیده به اجزای آن استفاده می‌کنند. هدف این است که تعیین کنیم آیا سیگنال شما می تواند به عنوان مجموع اشکال پیک های اساسی زیرین نمایش داده شود یا خیر. سیگنال‌هایی با هر طولی را می‌پذیرد، از جمله سیگنال‌هایی با مقادیر x غیرصحیح و غیریکنواخت. متناسب با گروه های قله با اشکال مختلف). دو نسخه متفاوت وجود دارد:

(1) peakfit. m، یک نسخه خط فرمان، برای Matlab و Octave، که با تعداد پیک های از پیش تعیین شده مطابقت دارد، وfindpeaksb. m و توابع مربوطه که از findpeaks. m برای تعیین مکان پیک ها به عنوان ورودی تابع peakfit. m استفاده می کند. اگر مجموعه‌های بزرگی از داده‌های مشابه دارید که باید به صورت خودکار جاسازی شوند، می‌توانید peakfit. m را در یک حلقه قرار دهید. این تابع اغلب به‌روزرسانی می‌شود، بیشتر برای افزودن توابع جدید پیک شکل پیشنهادی توسط کاربران، و در سال 2016 به عنوان «انتخاب هفته» تبادل فایل Matlab انتخاب شد. (2) Interactive Peak Fitter، ipf. m، یک نسخه تعاملی با فشار کلید، برای Matlab (همچنین در نسخه Octave موجود است) که به شما امکان می‌دهد سیگنال را حرکت داده و بزرگنمایی کنید تا گروه‌هایی از قله‌ها را متناسب با آن انتخاب کنید. در اکتاو کار نمی کند. یک نمایش متحرک وجود دارد. با استفاده از ipf. m در Matlab، می‌توانید با فشار دادن یک کلید، فوراً محدوده داده‌ها را تنظیم کنید، شکل پیک، تعداد پیک‌ها، حالت پایه را تغییر دهید، یا برای محاسبه مجدد تناسب با شروع متفاوت یا با یک زیرمجموعه بوت استرپ از داده‌ها.. فوق العاده سریع و آسان.

تفاوت بین آنها این است که peakfit. m به طور کامل توسط آرگومان های ورودی خط فرمان کنترل می شود و اطلاعات خود را از طریق آرگومان های خروجی خط فرمان برمی گرداند. ipf. m امکان کنترل تعاملی از طریق دستورات فشار کلید را فراهم می کند. در غیر این صورت آنها قابلیت های منحنی برازش مشابهی دارند. همچنین می توانید یک فایل ZIP حاویpeakfit. m، DemoPeakFit. m،ipf. m،Demoipf. m، برخی از داده های نمونه برای آزمایش، و یک اسکریپت تست (testpeakfit. m) که تمام مثال ها را به صورت متوالی اجرا می کند تا عملکرد مناسب را آزمایش کند.

iFilter: فیلتر تعاملی فوریه

iFilter برای Matlab یا ifilteroctave برای Octave، یک تابع فیلتر تعاملی فوریه برای سیگنال های سری زمانی است که به شما امکان می دهد پارامترهای فیلتر را به طور مداوم تنظیم کنید و در عین حال تأثیر روی سیگنال خود را به صورت پویا مشاهده کنید. با استفاده از کلیدها، می‌توانید فیلترهای رد پایین، بالاگذر، باند گذر، و رد باند (نچ)، گذر شانه و رد شانه با متغیر، فرکانس، عرض و نرخ برش ایجاد کنید. محور x برای سیگنال های مبتنی بر زمان برچسب گذاری شده است، جایی که متغیر مستقل زمان بر حسب ثانیه است، اما برنامه را می توان با هر محور فرکانسی (مانند فرکانس فضایی و غیره) استفاده کرد. برای مشاهده یا دانلود iFilter. m اینجا را کلیک کنید همچنین می توانید آن را از اکسچنج فایل متلب دانلود کنید. نسخه 4. 1، دسامبر 2014. نسخه Octave دسامبر 2021. K را فشار دهید تا دستورات ضربه زدن به کلید آن نسخه را ببینید.

طیف سنجی جذب کمی فوق خطی

اجرای متلب یک روش محاسباتی برای تجزیه و تحلیل کمی توسط طیف‌سنجی جذبی چند طول موج، به نام روش انتقال برازش یا "TFit"، بر اساس اندازه‌گیری جذب زیربنایی با برازش مدلی از طیف انتقال ابزاری گسترده‌شده به داده‌های انتقال مشاهده‌شده، نهبا محاسبه مستقیم جذب به صورت log10 (Izero/I).

مزایای روش TFit در مقایسه با روش های مرسوم عبارتند از: (الف) محدوده دینامیکی گسترده تر.(ب) خطی بودن کالیبراسیون بسیار بهبود یافته است.(ج) توانایی کار در شرایطی که برای نسبت سیگنال به نویز به‌جای ایده‌آل نوری بهینه‌سازی شده‌اند. با یک پاسخ خطی، جذب را می توان به سادگی با ضرب در یک عامل ثابت به غلظت تبدیل کرد.

درست مانند روش‌های رگرسیون چند خطی (کمترین مربعات کلاسیک) که معمولاً در طیف‌سنجی جذبی استفاده می‌شود، روش Tfit (الف) به یک طیف مرجع دقیق از هر آنالیت نیاز دارد، (ب) از داده‌های چند طول موجی استفاده می‌کند که در آرایه دیود، تبدیل فوریه به دست می‌آید. یا طیف‌سنج‌های روبشی خودکار، و (ج) برای آنالیز مخلوط تک جزیی و چند جزئی کاربرد دارد.

tfit. m یک تابع نمایشی خط فرمان برای Matlab یا Octave است. TFitDemo. m یک فایل دمو تعاملی است که در نسخه های اخیر Matlab کار می کند. نسخه 2. 1، نوامبر 2011.

iPower: نسخه نمایشی طیف قدرت تعاملی

نمایشگر طیف توان تعاملی با صفحه کلید Matlab، مفید برای آموزش و یادگیری در مورد طیف توان انواع مختلف سیگنال ها و تأثیر مدت زمان سیگنال و نرخ نمونه برداری. فشار دادن تک کلید به شما امکان می دهد نوع سیگنال (12 سیگنال از پیش تعیین شده مختلف را شامل می شود)، مدت زمان کل سیگنال، نرخ نمونه برداری و متغیرهای سراسری f1 و f2 را انتخاب کنید که به روش های مختلف در سیگنال های مختلف استفاده می شوند. اگر برنامه نویسی اولیه Matlab را می دانید، حتی می توانید توابع سیگنال سفارشی خود را به این برنامه اضافه کنید. هنگامی که کلید Enter فشار داده می شود، سیگنال (y) به دستگاه صوتی Windows WAVE ارسال می شود. برای دیدن لیستی از تمام دستورات صفحه کلید، K را فشار دهید.

دموهای پراش گریتینگ

مجموعه ای از ماژول های تظاهرات تعاملی کنترل شده با صفحه کلید ، که به عنوان توابع MATLAB خود به خود نوشته شده اند ، که برای یادگیری و آموزش اصول توری های پراش مفید هستند. بخش کارکشی از هندسه یک توری پراش (یک تصویر مشترک در کتابهای درسی اپتیک ، طیف سنجی و شیمی تحلیلی) را نشان می دهد. کلیدهای منفرد به شما امکان می دهند متغیرهایی مانند زاویه بروز ، چگالی حاکم بر رقیق ، طول موج و ترتیب پراش را کنترل کنید. یک ماژول نشان می دهد که چگونه عملکرد یک توری پراش فقط با اضافه کردن یک دسته از امواج سینوسی ، بدون هیچ ریاضی بالاتر ، به طور طبیعی ظهور می کند.

K را فشار دهید تا لیستی از تمام دستورات صفحه کلید را ببینید. آزمایش شده در MATLAB نسخه 7. 8 (R2009A).

برای بارگیری فایل ZIP اینجا را کلیک کنید. همچنین می توانید آن را از مبادله فایل MATLAB بارگیری کنید. نسخه 2 ، نوامبر 2011.

(الف) اطمینان حاصل کنید که روی دکمه "نمایش ابزارهای نمایش" در نوار ابزار بالای شکل کلیک نکنید. این عملکرد برنامه عادی را غیرفعال می کند. اگر انجام دهیدپنجره شکل را ببندید و دوباره شروع کنید.

(ب) برای تسهیل انتقال تنظیمات از یکی از این توابع به نسخه دیگر یا نسخه خط فرمان ، همه این توابع از کلید W برای چاپ نحو سایر توابع مرتبط ، با تنظیمات تابه و زوم و سایر ورودی های عددی استفاده می کنند. آرگومان های مشخص شده ، آماده برای شما برای کپی ، چسباندن و ویرایش در اسکریپت های خود یا بازگشت به پنجره فرمان. به عنوان مثال ، شما می توانید یک عملیات isignal. m را بر روی یک تماس-خط فرمان پردازش کننده. یا یک منحنی در ipf. m به عملکرد خط فرمان peakfit. m تبدیل کنید ، یا یک عمل اوج یافتن از ipeak. m بهتوابع خط فرمان findpeaksg. m یا findpeaksb. m یا findpeaksb3 . m. این راهی برای مقابله با سیگنالهایی که به پردازش سیگنال های مختلف در مناطق مختلف محدوده محور x آنها نیاز دارند ، با این امکان را فراهم می کند تا بتوانید یک سری توابع خط فرمان را برای هر منطقه محلی ایجاد کنید که هنگام اجرا به ترتیب ، به سرعت هر بخش را پردازش کنیداز سیگنال به طور مناسب

(ج) نسخه های اخیر این سه برنامه از کلیدهای Shift-Ctrl-S ، Shift-CtrL-F و Shift-CTRL-P برای انتقال سیگنال فعلی بین isignal. m ، ipf. m و ipeak. m استفاده می کنند.