Phasenanalysen

Phasenanalysen bezeichnet Verfahren zur Bestimmung, Auswertung und Interpretation der Phasenbeziehungen in zeitlich regulierten Signalen oder oszillierenden Prozessen. Ziel ist es, Informationen über zeitliche Abstimmungen, Phasenverschiebungen, Synchronisation oder Phasenkohärenz zwischen Messgrößen zu gewinnen. Phasenanalysen finden in Wissenschaft und Technik Verwendung, dort wo periodische Komponenten auftreten, zum Beispiel in der Signalverarbeitung, Neurophysiologie, Geophysik, Biologie oder Regelungstechnik.

Methodisch werden Signale oft durch den analytischen Signalprozess zerlegt, etwa mittels Hilbert-Transformation, um den zeitabhängigen Phasenverlauf φ(t) zu erhalten. Alternativ ermöglichen Zeit-Frequenz-Methoden wie Wavelet-Analysen eine phasenorientierte Betrachtung über Frequenzbänder. Typische Kennzahlen sind Phasenverschiebung Δφ zwischen Signalen, Verzögerungsschätzungen und Phasenkoherence oder der Phase-Locking-Value (PLV). In der Mehrkanal-Anwendung kann auch das Kreuzphasen-Spektrum herangezogen werden. Vor der Analyse sind Schritte wie Vorverarbeitung, Filterung, Detrending und die Wahl einer Phasenreferenz üblich.

Anwendungsbeispiele reichen von der Untersuchung neuronaler Synchronisation in EEG/MEG, über die Überwachung der Synchronisation in elektrischen Netzen und mechatronischen Systemen bis hin zur Analyse zyklischer Prozesse in Biologie und Klimatologie.

Herausforderungen umfassen Rauschen, Nicht-Stationarität, Mehrdeutigkeit der Phasen bei komplexen Signalen, Referenzwahl sowie Verzerrungen durch Filterung. Die Interpretation von Phasenbeziehungen erfordert oft ergänzende Analysen, um aus Phaseninformationen robuste Aussagen abzuleiten.