МУ_Спектральный анализ

Подготовка к выполнению задания

1. Создайте папку SA для данной практики: Z:\...\номер группы\ФИО_студента\SA

2. Скопируйте в папку SA исходные файлы для выполнения работы: v1.txt, v2.txt, v3.txt, v4.txt где v – номер компьютера, нанесенный на системный блок. Например, компьютеру с номером 1-1 (первый компьютер в первом компьютерном классе) соответствуют файлы 11.txt, 12.txt, 13.txt, 14.txt

3. Скопируйте также файл SA.exe в ту же папку, где лежат txt-файлы.

4. Запустите MS EXCEL, сохраните файл как

Z:\...\номер группы\ФИО_студента\SA\Спектральный анализ.xls

5. Исходные данные представляют собой числа с точкой, а Excel при российских региональных настройках по умолчанию разделяет целую часть от дробной запятой. Следует проверить и, при необходимости, изменить настройки: Главное меню – Параметры Excel (Рисунок 1).

Рисунок 1 Главное меню

В окне «Параметры Excel» (Рисунок 2) на вкладке «Дополнительно» снять галочку с «Использовать системные разделители» и заменить в поле «Разделитель целой и дробной части» с «,» на «.». Нажать «ОК»

Рисунок 2 Параметры Excel. Вкладка «Дополнительно»

Анализ тестового сигнала

Цель: написать сигнала по амплитудному спектру..

6. Переименуйте «Лист1» в «тестовый сигнал» и скопируйте в столбец А данные из файла v.txt (Рисунок 3). Во всех файлах v1.txt, v2.txt, v3.txt, v4.txt первое значение – частота дискретизации, второе значение – длительность сигнала, с третьего числа начинаются непосредственно значение отсчетов.

Частота дискретизации

Длительность сигнала

Рисунок 3 Данные из файла v.txt

7. Для наглядности постройте график сигнала, отсчеты которого вы скопировали в столбец А.

   1. Выделите диапазон ячеек, в которых находятся отсчеты сигнала (начиная с ячейки А3)

   2. В меню выберите вкладку «Вставка», далее в поле «Диаграммы» – «Точечная с гладкими кривыми» (Рисунок 4)

Рисунок 4 «Точечная с гладкими кривыми»

8. Что отложено по осям? На что похож тестовый сигнал? Сколько отсчетов в сигнале?

9. Под графиком подсчитайте среднее значение, минимальное и максимальное значение среди отсчетов сигнала

   1. Напишите под графиком названия рассчитываемых функций: среднее значение, минимальное значение и максимальное значение, например в ячейках B28, B29, B 30 соответственно (Рисунок 5)

Рисунок 5 Итоговое оформление расчетных значений

2. Для расчета среднего значения отсчетов в ячейке справа (C28) вызовем мастера функций f(x)(Рисунок 6) и выберите функцию СРЗНАЧ(). В окне «Аргументы функции» введите соответствующий диапазон значений.

Рисунок 6 Вызов мастера функций

1. Аналогично рассчитайте минимальное и максимальное значение, используя функции МАКС() и МИН()

1. Рассчитайте амплитудный спектр и спектральную плотность мощности(СПМ) с помощи приложения SA.exe

   1. Запустите приложение SA.exe (дождитесь появления окна приложения, это может занять 1-2 минуты).

   2. Нажмите кнопку «Open» и выберите файл v.txt

   3. Приложение автоматически построит сам сигнал(синий цвет), сигнал, пропущенный через окно Хэмминга(красный цвет), амплитудный спектр сигнала и СПМ

   4. Если необходимо, то измените масштаб графиков

   5. Копирование содержимого экрана в Excel-файл.

      1. Способ 1. Нажмите клавиши Alt+PrintScreen. В буфере операционной системы появится рисунок. Далее его можно вставить в Ваш Excel-файл при помощи Ctrl+V.

      2. Способ 2. Нажмите кнопку «Сохранить» («Save figure»). При этом будет сохранено все рабочее окно приложения в файл SA.bmp, который расположен в рабочей папке Z:\...\номер группы\ФИО_студента\SA\SA.bmp. Вставьте этот файл в Excel, для этого:

         1. Обозначьте место добавления картинки: выделите ячейку (например, С33) под расчетами среднего, минимального и максимального значения

         2. Нажмите меню «Вставка» – на поле «Иллюстрация» – «Рисунок»

         3. Укажите соответствующий путь к картинке SA.bmp

2. По амплитудному спектру (Amplitude Spectrum) напишите формулу тестового сигнала вида y=A₁ sin(2pi* F₁ t)+…+A_n sin(2pi*F_n t)+C,

где A₁…A_n – амплитуда, F₁…F_n – частота, C – константа (среднее значение)

Пример:

a₁

a₂

a₃

a₄

b₁

b₂

b₃

b₄

Рисунок 7 Амплитудный спектр сигнала

F₁=11 Гц,

F₂=16 Гц

C=0.15

A₁=a₁+a₂+a₃+a₄≈0.8

A₂=b₁+b₂+b₃+b₄≈1.5

y=0.8sin(2pi*11t)+1.5sin(2pi*16t)+0.15

Анализ биосигнала

Цель: научиться по спектральной плотности мощности (СПМ) распознавать норму и патологию

12. Переименуйте «Лист2» в «ЭКГ1», в ячейку А1 введите «Fd», в ячейку A2 – «tmax»

13. С помощью приложения SA.exe постройте для сигнала v2.txt: график самого сигнала, его амплитудный спектр и СПМ

14. Добавьте на лист «ЭКГ1» соответствующие рисунки

15. Постройте график сигнала v2.txt в зависимости от времени (Рисунок 8). Скопируйте значения из файла в столбец B. В столбце А, начиная с А3, рассчитайте нарастающее значение времени: для первого отсчета время равно нулю, а между двумя соседними отсчетами проходит время t=1/f_д. На основании столбца времени и столбца сигнала постройте соответствующий график.

16. Переименуйте Лист3 на ЭКГ2, создайте лист ЭКГ3 и проделайте аналогичные действия, аналогичные предыдущим пунктам для файлов v3.txt и v4.txt соответственно.

17. Попытайтесь определить и подписать на каком листе сигнал является нормой, а каком патологией и допишите слово Норма или Патология в название листа. Пример нормальной ЭКГ изображен на рисунке (Рисунок 8).

Рисунок 8 ЭКГ-сигнал в норме.

7