2.2 高频信号传输通道功率衰减建模
在测量数据处理中,常常遇到根据测量数据确定给定模型的参数;为离散测量数据建立连续模型2类问题。本文的数据处理工作属于第2种,在这类问题的测量数据处理方法中,比较好的是选取能够描述测量数据特征的某类曲线,在一定意义下从这类曲线中寻求一条“最好”的曲线作为实验数据对应的连续模型,并给出该连续模型对应的参数。这种处理思想被称为“拟合”,本文将采用经典的最小二乘拟合方法进行数据处理。
2.2.1 最小二乘拟合
以两元模型为例,假设x和y分别为测量数据矢量,x*和y*分别为对应的真值矢量,f为拟合模型,θ为模型参数矢量,则:
由式(2)列出对应的正规方程并求解就可以得出模型参数的最小二乘估计值。最小二乘拟合的理论基础是高斯-马尔可夫定理,其发展已有约两百年的历史,在数据处理中被广泛应用。最小二乘估计具有无偏性和方差最小的性质,且与测量矢量所服从的概率分布无关,因而当测量矢量的概率分布形式不能严格知道,无法使用经典统计中的参数估计理论时,最小二乘拟合成为了数据处理的一种简便方法,同时这也是最小二乘拟合在数据处理中被广泛使用的原因。基于上述原因,本文选取最小二乘拟合方法对测试数据进行处理。
2.2.2 Matlab建立数学模型
首先,以频率f=[0.03,0.1,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,2.7],以及各频率点对应的功率衰减平均值p=[0.948,1.934,6.995,12.131,13.294,14.269,14.518,14.720]为数据点,画出二维空间的散点图,如图2所示。
根据其分布形状,选取三次多项式作为拟合曲线模型函数:
具体实现步骤:
(1)将f=[0.03,0.1,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,2.7],p=[0.948,1.934,6.995,12.131,13.294,14.269,14.518,14.720]写入Matlab命令窗口;
(2)输入命令函数cftool,回车弹出“Curve Fitting
Tool”窗口,如图3(a)所示;
(3)点击按钮“Data”设置拟合数据分别为f,p,如图3(b)所示;
(4)点击按钮“Fitting”,弹出窗口“Fitting”,选取拟合函数“cubIC polynomial”,点击“Apply”即可得到拟合数据模型,如图3(c)所示。
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