Signalanalysen

Signalanalysen ist ein Teilgebiet der Signalverarbeitung, das sich mit der Beschreibung, Interpretation und Nutzung von Signalen beschäftigt. Signale sind zeitliche oder räumliche Größen, die Informationen tragen, und können kontinuierlich oder diskret vorliegen. Die Signalanalyse betrachtet typischerweise zwei Perspektiven: die Zeitdomäne, in der sich Signale als Funktionswerte über die Zeit darstellen, und die Frequenzdomäne, in der periodische Strukturen und Spektren untersucht werden.

Zu den gängigen Verfahren gehören die Zeitbereichsanalyse, die oft auf Impulsantwort, Rauschcharakteristika oder Verzögerungen abzielt, sowie die Frequenzbereichsanalyse, bei der Transformationsverfahren wie die Fourier-Transformation und deren diskrete Version (FFT) genutzt werden. Ergänzend ermöglichen Laplace-, Z- oder Wavelet-Transformen die Analyse von Systemen und von nicht-stationären Signalen.

Wichtige Kennwerte sind Spektraldichte, Autokorrelation, Kreuzkorrelation und Merkmalsextraktion aus dem Spektrum. Die Signalanalyse verbindet oft Modellierung und Filterung: Rauschreduzierung, Glättung, Bandbeschränkung oder Equalisierung verbessern die Interpretierbarkeit oder die nachfolgende Verarbeitung. Typische Anwendungsfelder sind Kommunikationstechnik, Audiosignalverarbeitung, Biomedizinische Signale, Mess- und Regelungstechnik sowie Seismologie.

Wichtige Konzepte sind Samplingtheorem, Aliasing, Rauschmodelle und die Notwendigkeit einer geeigneten Vorverarbeitung. Herausforderungen ergeben sich durch nichtstationäre Signale, Nichtlinearitäten oder zeitlich veränderliche Eigenschaften, die robuste Methoden und adaptives Vorgehen erfordern.