Wiki Аналізатор спектра

Шкала, автошкала й водоспад

Шкала рівня й палітра водоспаду — це ті самі два числа: верх (Ref) і діапазон. Типово програма веде їх сама: верх іде за найвищим піком усіх видимих трас, низ — за полицею шуму. На сторінці — ручне керування шкалою, правила автошкали, одиниці dBFS і dBm та водоспад: темп рядків, палітри, історія й теплова карта.

Група «Амплітуда»

Вкладка Аналізатор спектра, група Амплітуда. Типова шкала після першого запуску — від −10 до −100 dBFS 0.9.25, тобто Ref −10 і діапазон 90 дБ; далі автошкала підлаштовує обидва краї.

Шкала 0.9.25: авто (типово) або вручну. В «авто» шкалу веде програма, а повзунки Ref і Діапазон неактивні. У «вручну» діють повзунки й колесо над віссю рівня.
Ref: Верх шкали рівня: від −140 до +20, в одиницях осі (dBFS або dBm).
Діапазон: Скільки децибел уміщає екран і палітра водоспаду: від 20 до 140 дБ. Менше — сигнал «росте», але піки зрізаються верхом.
Розмах спектра: Від ×1.0 (типово) до ×3.0 з кроком 0.1. Розтягує вертикальну вісь самого спектра, не чіпаючи палітру водоспаду: вісь має вміщати піки, палітра — розділяти рівні шуму. Розмах додається симетрично — половина над піками, половина під полицею. Коли він більший за ×1.0, під повзунком стоїть рядок Вісь … дБ проти … у палітри — водоспад не змінився.
П'єдестал і Пік: Два числа для читання: 5-й перцентиль живого спектра (рівень полиці шуму) і 99.9-й перцентиль (найвище в кадрі без поодиноких викидів).
Кнопка Авто: Один раз припасовує шкалу до видимої ділянки: Ref стає на 6 дБ вище найвищої точки, низ — на 3 дБ нижче полиці. У наближеній картинці рахується лише те, що на екрані: сильний сигнал за краєм вікна шкали не задирає. Те саме робить меню Прилад → Автомасштаб і клавіша A.
Кнопка Уся смуга: Повертає масштаб картинки за частотою до всієї смуги; активна, коли картинку наближено. Те саме — пункт Прилад → Уся смуга, клавіша Home, подвійний клік по спектру або клік середньою кнопкою миші без тягання.

Гама й Палітра в цій самій групі стосуються водоспаду — про них нижче.

Шкала колесом миші

Колесо над віссю рівня (смужка з підписами ліворуч від спектра) змінює діапазон приблизно на 10 % за щиглик.
Shift+колесо над віссю рівня зсуває Ref на 5 дБ.
Shift+колесо над самим спектром теж змінює діапазон.

Будь-яка з цих дій перемикає Шкала на вручну 0.9.25: рука на шкалі — це вибір. Інакше автошкала повертала б частину кроків назад. Решта жестів миші — на сторінці Вікно програми й керування.

Автошкала 0.9.25

Автошкала рухає обидва краї, щоб спектр разом із трасами вміщався цілком — не зрізаний ні зверху, ні знизу — і не стрибав від випадкових викидів. Мішень завжди та сама: найвищий пік на 6 дБ нижче Ref, полиця шуму на 3 дБ вище низу палітри.

Правила

Що враховується. Живий спектр і всі видимі траси на видимій ділянці — зокрема Max hold, заморожені й опорна. Пік — найвища точка. Полиця — 5-й перцентиль; траса Min hold у полицю не йде, бо тягла б низ за найменшим шумом.
Припасування. Після запуску, зняття паузи або вибору авто шкала стає на мішень обома краями, щойно набереться стійке вікно 0.8 с (у свіпі — два проходи). Рахується за найменшими значеннями вікна, тож сплеск у першому кадрі шкали не задирає.
Розширення — швидке. Верх підіймається, коли пік тримається ближче ніж 3 дБ до Ref (або вище за нього) усі 0.8 с. Низ опускається, коли полиця так само стійко ближче ніж 3 дБ до низу. Зріз — найгірше, тому тут пауза коротка.
Одиничний сплеск вісь не рухає. Щоб підняти верх, пік мусить бути в кожному знімку вікна. Виняток закономірний: якщо сплеск лишився в трасі Max hold, він на екрані, і шкала його вміщує.
Звуження — повільне. Верх опускається, лише коли найвищий пік понад 20 с тримається більш ніж на 12 дБ нижче Ref; низ підіймається, лише коли полиця понад 20 с тримається більш ніж на 15 дБ вище низу. Рація з паузами, коротшими за 20 с, шкалу не гойдає.
Кроки — цілими децибелами; на менше ніж децибел шкала не рухається. Межі ті самі, що в повзунків: Ref від −140 до +20, діапазон від 20 до 140 дБ.
Рух верху не тягне низ. Коли росте Ref, росте й діапазон, і полиця лишається на місці.
Зміна смуги (перестройка, вхід у свіп або вихід із нього) — накопичені вікна й паузи забуваються: полиця старої смуги не має ставити низ новій.
На паузі шкала не рухається — картинка стоїть.
У свіпі рівні беруться раз на завершений прохід, тож «стійко» означає щонайменше два проходи поспіль.

Розмах спектра автошкала не чіпає: це ваш додатковий запас понад ті 6 і 3 дБ.

Що ще переставляє шкалу

Зміна підсилення. Через частку секунди після зміни шкала один раз переставляється сама — за виміряними рівнями, а не за арифметикою: полиця не йде за підсиленням один до одного, бо на малих підсиленнях панує шум АЦП, а не тракту.
Тип приладу 0.9.25. Шкала запам’ятовується окремо для кожного типу приладу — HackRF One, RTL-SDR, tinySA, а в SDR SA PRO PRO і для Pluto, Fobos SDR та bladeRF: їхні рівні лежать у різних місцях осі. Якщо для приладу збереженої шкали ще немає, програма один раз припасовує її за виміряними рівнями.

dBFS, dBm і бейдж UNCAL

Одиницю осі вибирає не користувач, а джерело. Вона стоїть у верхньому лівому куті осі рівня, у повзунка Ref і в полях П'єдестал та Пік.

dBFS: Децибели відносно повної шкали АЦП: повношкальний тон на центрі біна читається як 0 dBFS. Так показуються рівні з HackRF One, RTL-SDR, записів IQ і демо-сигналу, а в SDR SA PRO PRO — і з приймачів Pluto, Fobos SDR і bladeRF. Це не потужність на вході: вона залежить від підсилень, і амплітудного калібрування цих приймачів немає ні в безкоштовній версії, ні в SDR SA PRO. Тому в панелі довіри постійно стоїть жовтий бейдж dBFS — UNCAL.
dBm 0.9.25: Калібровані рівні дає лише tinySA: прилад міряє сам і віддає dBm. Тоді вісь підписана dBm, а бейдж стає зеленим: dBm — прилад. Попередження не зникає — воно стає ствердженням.

Рівні в dBFS порівнюйте між собою лише за тих самих підсилень і на тому самому приладі. Порівнювати їх із dBm іншого приладу не можна.

Водоспад

Водоспад — це історія спектра: кожен рядок — спектр за короткий проміжок часу, найновіший угорі. Колір точки — її рівень на палітрі від низу шкали (Ref мінус діапазон) до Ref. Водоспад малює відеокарта, тому зміна Ref, діапазону, гами чи палітри миттєво перефарбовує всю видиму історію.

Рядки, згортка й кадри

Один рядок — це кілька спектрів, зведених головним детектором. Скільки саме, показує поле Згортка.
Темп задає повзунок Рядків/с унизу групи Смуга розділення: від 30 до 1200, типово 400. Більше рядків — швидший водоспад, менша згортка й коротша пам’ять.
Рядків не буває більше, ніж спектрів. Якщо спектрів за секунду менше, ніж замовлено рядків (великий N на малому темпі), кожен рядок — один спектр. Фактичні числа — поля рядків/с і спектрів/с у групі Хост на вкладці Пристрій.
Рядків не буває й менше, ніж порцій відліків: кожна порція від приладу дає щонайменше один рядок. Тому при 20 МС/с фактичний темп не опускається нижче приблизно 150 рядків/с, хоч що стоїть на повзунку.
По висоті один рядок займає один піксель, тож на екрані видно стільки останніх рядків, скільки пікселів у висоті водоспаду.
Кадрів спектра (60, 30 або 15) — це частота перемальовування, а не рядків: рядки не губляться й лягають у кадр пачкою. Докладніше — Кадрів спектра і Спектр із блоків.
У свіпі водоспад отримує один рядок на завершений прохід; з tinySA — один рядок на свіп приладу.
Коли бінів більше, ніж пікселів по ширині, їх зводить Детектор ↔px: із peak вузький спур між пікселями не губиться.

Палітри й гама

Палітра: П’ять палітр, у списку — від найрівномірнішої за яскравістю: cividis, viridis, inferno (типова), gqrx, turbo. У перших трьох яскравість росте разом із рівнем. gqrx і turbo немонотонні: у них є ділянки, де яскравість із ростом рівня спадає, тож око бачить край там, де в сигналі його немає. gqrx — класична, для звичних до неї очей; turbo — яскрава й контрастна, але деталі в ній можуть здаватися різкішими, ніж є. Підказка «?» біля списку попереджає про це: у немонотонних палітрах рівень оком не читається. Та сама палітра фарбує теплову карту.
Гама: Від 0.3 до 3.0, типово 1.0. Вигинає лише палітру водоспаду: менше одиниці — витягує слабке з шуму, більше — гасить дрібне й лишає сильне. На виміряні рівні й на трасу спектра не впливає — це фарба.

Історія

Програма тримає 16384 останні рядки. Глибина в секундах обернена до темпу: при фактичних 400 рядках/с це близько 41 с, при 30 — понад 9 хвилин, при 1200 — близько 14 с.
Alt+колесо над спектром або водоспадом гортає історію по 500 рядків: униз — у минуле, угору — до живого. Поле Історія в групі Хост показує live або відстань назад у рядках.
Повернутися одразу: кнопка До живого в групі Джерело на вкладці Пристрій, те саме в меню Прилад або клавіша L.
Прогорнутий водоспад не завмирає: він показує те, що було на стільки-то рядків раніше, і рухається далі. Щоб роздивитися нерухому картинку, поставте потік на паузу (Пробіл).
Кожен рядок пам’ятає свою смугу. Після перестройки чи зміни темпу старі рядки лишаються на своїх частотах, а там, де рядок цієї частоти не бачив, — порожньо.
В історії зберігається до 4096 точок на рядок. Ширший рядок (N 8192 або 16384, сітка свіпу) зводиться піком по групах сусідніх бінів — вузький спур лишається видимим, а панель довіри пише Історія пік ×2 чи більше. Траси при цьому повні.

Поділ екрана

Смужка осі частот між спектром і водоспадом — це ручка: потягніть її мишею, щоб змінити частку висоти під спектр у межах від 12 до 88 %. Типово спектр займає 42 %. Положення зберігається разом із робочим простором.

Теплова карта

Теплова карта — інший погляд на той самий спектр: за кривою лишається слід, колір якого показує, яку частку часу крива провела на цьому рівні. Несуча гаряча, шум і поодинокі сплески холодні; імпульсний сигнал лишається на екрані ще кілька сталих часу після того, як жива крива повернулась на шум. Вмикається правим кліком по спектру, пункт Теплова карта; типово вимкнена. Тоді в групі Амплітуда з’являються два повзунки:

Пам'ять: Стала часу сліду: від 0.2 до 10 с, типово 1.5 с. Довша — стійкіша картина, але старе гасне повільніше.
Контраст: Стиснення кольору: від 0.10 до 1.0, типово 0.50. Менше число — шум і сплески теплішають, різниця з несучою тане; більше — несуча відділяється від шуму.

Під повзунками програма пише словами, що саме намальовано: карта годується рядком траси T1 (у свіпі — зшитим проходом), рівень розбито на 256 сходинок по 0.67 дБ, біни на піксель зводяться піком.

Обмеження

Рівні з HackRF One, RTL-SDR, записів і демо-сигналу (а в SDR SA PRO — і з його приймачів) — у dBFS, не в каліброваних dBm; dBm дає лише tinySA. Докладніше — Обмеження й плани.
Сильна несуча в полі зору розтягує палітру: автошкала вміщує найвищий пік, і слабкі сигнали лягають нижче в її кольори. Контраст слабких повертає Гама або ручна шкала.
У свіпі автошкалі потрібні два проходи, щоб визнати рівень стійким, тобто вона реагує не швидше ніж за подвоєний час проходу.
Шкали часу на водоспаді немає: глибину історії визначає темп рядків.
Історія водоспаду живе у відеопам’яті: не зберігається у файл і зникає із закриттям програми. Щоб зберегти ефір, користуйтеся записом IQ.
В історії щонайбільше 16384 рядки по 4096 точок; ширші рядки зведено піком.
Спектр і водоспад потребують OpenGL 3.3 — без нього вони не малюються (див. Усунення несправностей).

Wiki описує версію 0.9.49. Версію вашої програми видно в меню «Довідка» → «Про програму». Знайшли неточність? Напишіть нам.