Matlab处理H5文件

news2024/9/20 14:26:59

1.读取h5文件

filename='xxx.h5'; 
h5disp(filename)

2.h5文件保存为mat文件

读取 HDF5 文件中的数据

% 指定 HDF5 文件的路径
filename = 'xxx.h5';

% 读取 HDF5 文件中的各个数据集
A241_P = h5read(filename, '/A241_P');
A241_W = h5read(filename, '/A241_W');
A242_P = h5read(filename, '/A242_P');
A242_W = h5read(filename, '/A242_W');
A243_P = h5read(filename, '/A243_P');
A243_W = h5read(filename, '/A243_W');
ALTITUDE = h5read(filename, '/ALTITUDE');
GEO_LAT = h5read(filename, '/GEO_LAT');
GEO_LON = h5read(filename, '/GEO_LON');
MAG_LAT = h5read(filename, '/MAG_LAT');
MAG_LON = h5read(filename, '/MAG_LON');
PhaseX = h5read(filename, '/PhaseX');
PhaseY = h5read(filename, '/PhaseY');
PhaseZ = h5read(filename, '/PhaseZ');
UTC_TIME = h5read(filename, '/UTC_TIME');
VERSE_TIME = h5read(filename, '/VERSE_TIME');
WORKMODE = h5read(filename, '/WORKMODE');

将数据保存为 MAT 文件 

% 保存为 MAT 文件
save('xxx.mat', ...
    'A241_P', 'A241_W', 'A242_P', 'A242_W', 'A243_P', 'A243_W', ...
    'ALTITUDE', 'GEO_LAT', 'GEO_LON', 'MAG_LAT', 'MAG_LON', ...
    'PhaseX', 'PhaseY', 'PhaseZ', 'UTC_TIME', 'VERSE_TIME', 'WORKMODE');

检查 MAT 文件

% 检查保存的 MAT 文件
data = load('xxx.mat');
disp(data);

3.在 MATLAB 中绘制 H5 文件中的频谱图像 

读取数据

首先，从 H5 文件中读取波形数据。以下是读取 X 方向波形数据的示例代码：

% 指定文件路径
filename = 'xxx.h5';

% 读取 X 方向的 ELF 波形数据
A241_W_data = h5read(filename, '/A241_W');

对波形数据进行傅里叶变换

对数据进行傅里叶变换，以获得频谱信息。通常，您会对每个时间段进行傅里叶变换以生成时间-频率图。

% 获取数据的维度
[num_frequencies, num_time_steps] = size(A241_W_data);

% 初始化频谱矩阵
spectrum = zeros(num_frequencies, num_time_steps);

% 对每一列进行傅里叶变换（时间步）
for i = 1:num_time_steps
    spectrum(:, i) = abs(fft(A241_W_data(:, i)));
end

% 只取前一半频率成分
spectrum = spectrum(1:num_frequencies/2, :);

绘制频谱图

使用 imagesc 函数绘制频谱图像，其中 X 轴表示时间，Y 轴表示频率，颜色表示频率分量的幅度。

% 绘制频谱图
figure;
imagesc(10*log10(spectrum)); % 使用对数刻度显示频谱
colorbar;
title('X-Direction ELF Whistler Wave Spectrum');
xlabel('Time Index');
ylabel('Frequency Index');

频率轴映射

如果需要将频率轴映射到实际的频率单位（Hz），您需要知道采样率，并在绘图时进行适当的调整。

% 采样率
sample_rate = 10240; % Hz

% 频率轴
freq_axis = linspace(0, sample_rate/2, num_frequencies/2);

% 绘制频谱图，使用频率轴
figure;
imagesc(1:num_time_steps, freq_axis, 10*log10(spectrum));
colorbar;
title('X-Direction ELF Whistler Wave Spectrum');
xlabel('Time Index');
ylabel('Frequency (Hz)');
axis xy; % 确保频率轴是从下到上增大

进一步分析与处理

这提供了绘制频谱的基础。如果需要进一步分析，可以根据具体需求进行处理，例如滤波、平滑等。

其他方向的频谱

可以使用相同的方法对 Y 方向 (A242_W) 和 Z 方向 (A243_W) 的数据进行处理和绘制频谱。

4.在 MATLAB 中展示 A243_W 数据集的结构

使用 h5info 函数查看数据集信息

使用 h5info 函数获取 A243_W 数据集的详细信息，包括其维度、数据类型、属性等。

filename = 'E:\Wechat-Downloads\WeChat Files\wxid_pc8ffp6vi93o22\FileStorage\File\2024-08\CSES_01_SCM_2_L02_A2_129161_20200531_232442_20200601_000017_000.h5';
info = h5info(filename, '/A243_W');
disp(info);

输出 

这将返回并显示 A243_W 数据集的所有相关信息，包括其大小、数据类型和相关属性。

disp(info);
      Filename: 'E:\Wechat-Downloads\WeChat Files\wxid_pc8ffp6vi93o22\FileStorage\File\2024-08\CSES_01_SCM_2_L02_A2_129161_20200531_232442_20200601_000017_000.h5'
          Name: 'A243_W'
      Datatype: [1×1 struct]
     Dataspace: [1×1 struct]
     ChunkSize: []
     FillValue: -99999
       Filters: []
    Attributes: [2×1 struct]

使用 h5read 函数读取数据集

如果想直接读取数据并查看部分数据，可以使用 h5read 函数：

A243_W = h5read(filename, '/A243_W');

% 显示数据集的大小
disp(size(A243_W));

% 显示数据集的前几行和列
disp(A243_W(1:10, 1:10));  % 显示前10行和前10列的数据

输出

-0.0026   -0.0061   -0.0012    0.0008    0.0041    0.0036    0.0003   -0.0020   -0.0036    0.0030
    0.0006   -0.0009    0.0031    0.0030    0.0024    0.0066    0.0017    0.0005   -0.0021    0.0057
   -0.0013   -0.0064    0.0001   -0.0009    0.0005    0.0039    0.0044    0.0034    0.0001    0.0015
   -0.0015   -0.0043    0.0001   -0.0000    0.0021    0.0025    0.0059    0.0013   -0.0010    0.0018
    0.0014   -0.0033    0.0001    0.0032    0.0049   -0.0019    0.0071   -0.0015   -0.0006    0.0019
    0.0012   -0.0013   -0.0001   -0.0018    0.0031   -0.0045    0.0044   -0.0021   -0.0021    0.0036
    0.0012   -0.0019   -0.0002   -0.0054    0.0035   -0.0033    0.0015    0.0001   -0.0017    0.0011
    0.0013   -0.0040   -0.0002   -0.0051    0.0016    0.0010    0.0039    0.0002   -0.0021    0.0061
    0.0001   -0.0037   -0.0002   -0.0012   -0.0006    0.0020    0.0012    0.0004   -0.0074    0.0032
    0.0011   -0.0051   -0.0000   -0.0028    0.0007    0.0014    0.0012    0.0008   -0.0026    0.0004

 查看数据集的属性

如果想查看数据集的属性，可以使用 h5readatt 函数来读取特定属性：

attrs = info.Attributes;
for i = 1:numel(attrs)
    attr_name = attrs(i).Name;
    attr_value = h5readatt(filename, '/A243_W', attr_name);
    disp([attr_name, ': ', num2str(attr_value)]);
end

输出

long_name: Z-Direction of ELF waveform 
Unit: nT

可视化数据

如果想进一步分析或可视化数据，可以使用 MATLAB 的绘图函数，例如 imagesc 或 plot：

% 可视化数据集的部分数据
imagesc(A243_W(1:1000, 1:1000));
colorbar;
title('A243_W Data Visualization');

输出

通过以上步骤，可以在 MATLAB 中详细查看和分析 A243_W 数据集的结构及其内容。

5.一个图像上画出 A243_W 数据集的 X, Y, Z 三分量图像

 读取 X, Y, Z 三分量数据

首先，分别读取 A241_W, A242_W, A243_W 三个数据集。

filename = 'E:\Wechat-Downloads\WeChat Files\wxid_pc8ffp6vi93o22\FileStorage\File\2024-08\CSES_01_SCM_2_L02_A2_129161_20200531_232442_20200601_000017_000.h5';

A241_W = h5read(filename, '/A241_W');  % X-Direction of ELF waveform
A242_W = h5read(filename, '/A242_W');  % Y-Direction of ELF waveform
A243_W = h5read(filename, '/A243_W');  % Z-Direction of ELF waveform

创建图像并绘制三分量

使用 MATLAB 的 subplot 函数在一个图像上显示三个分量。

% 假设你只绘制前1000个时间点的数据
figure;

subplot(3, 1, 1);
plot(A241_W(:, 1:1000)');
title('X-Direction of ELF waveform (A241_W)');
xlabel('Time Index');
ylabel('Amplitude (nT)');

subplot(3, 1, 2);
plot(A242_W(:, 1:1000)');
title('Y-Direction of ELF waveform (A242_W)');
xlabel('Time Index');
ylabel('Amplitude (nT)');

subplot(3, 1, 3);
plot(A243_W(:, 1:1000)');
title('Z-Direction of ELF waveform (A243_W)');
xlabel('Time Index');
ylabel('Amplitude (nT)');

% 设置整体标题
sgtitle('ELF Waveform Components (X, Y, Z)');

输出

x,y,z前5行5列数据结果 

disp(A241_W(1:5, 1:5)); % 检查 A241_W 的前5行5列数据
disp(A242_W(1:5, 1:5)); % 检查 A242_W 的前5行5列数据
disp(A243_W(1:5, 1:5)); % 检查 A243_W 的前5行5列数据

 输出

    0.0104    0.0055   -0.0058    0.0042    0.0009
    0.0072    0.0028   -0.0018    0.0069    0.0000
    0.0044    0.0040    0.0003    0.0028   -0.0008
    0.0053    0.0054    0.0000   -0.0001    0.0026
    0.0034    0.0001    0.0000   -0.0017    0.0004

    0.0016    0.0139    0.0019    0.0081   -0.0061
    0.0043    0.0106    0.0011    0.0097   -0.0032
    0.0027    0.0127    0.0004    0.0104   -0.0003
    0.0027    0.0099    0.0008    0.0147    0.0018
    0.0037    0.0096    0.0009    0.0156    0.0032

   -0.0026   -0.0061   -0.0012    0.0008    0.0041
    0.0006   -0.0009    0.0031    0.0030    0.0024
   -0.0013   -0.0064    0.0001   -0.0009    0.0005
   -0.0015   -0.0043    0.0001   -0.0000    0.0021
    0.0014   -0.0033    0.0001    0.0032    0.0049

 6.在一个图像上绘制 A243_W 的 x、y、z 三个分量的三维图像

步骤

  1. 读取数据并处理填充值：如果数据有填充值，可以先将其替换为 NaN。
  2. 选择一部分数据进行绘制：因为数据量可能很大，可以选择前 n 个时间点进行绘制。
  3. 使用 plot3 绘制三维图像。
% 读取数据
A241_W = h5read(filename, '/A241_W');
A242_W = h5read(filename, '/A242_W');
A243_W = h5read(filename, '/A243_W');

% 替换填充值为 NaN
A241_W(A241_W == -99999) = NaN;
A242_W(A242_W == -99999) = NaN;
A243_W(A243_W == -99999) = NaN;

% 选择前1000个时间点的数据进行绘制
n = 1000;
x = A241_W(:, 1:n);
y = A242_W(:, 1:n);
z = A243_W(:, 1:n);

% 绘制三维图像
figure;
plot3(x(:), y(:), z(:));
grid on;
xlabel('X-Direction (nT)');
ylabel('Y-Direction (nT)');
zlabel('Z-Direction (nT)');
title('3D Plot of ELF Waveform Components (X, Y, Z)');

输出

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