FFT頻譜分析中的幾個誤差

2021-08-17 01:31:50 字數 1072 閱讀 3966

fft在分析頻譜分析的時候,會有下面四個方面的誤差:

(1)頻譜混疊: 奈奎斯特定理已被眾所周知了,所以幾乎所有人的都知道為了不讓頻譜混疊,理論上取樣頻譜大於等於訊號的最高頻率。那和時域上聯絡起來的關係是什麼呢?

取樣週期的倒數是頻譜解析度,最高頻率的倒數是取樣週期。

設定取樣點數為n,取樣頻率fs,最高頻率fh,故頻譜解析度f=fs/n,而fs>=2fh,所以可以看出最高頻率與頻譜解析度是相互矛盾的,提高頻譜解析度f的同時,

在n確定的情況下必

定會導致最高頻率fh的減小;同樣的,提高最高頻率fh的同時必會引起f的增大,即解析度變大。

(2)柵欄效應:由於dft是只取k=0,1,2,.......n-1,只能取到離散值,如果頻譜之間相隔較大的話也許會將一些中間的資訊丟失掉,而用fft計算dft是不可避免的,解決的辦法就是增加取樣點數n。這樣頻譜間隔變小,丟失資訊的概率減小。

另外,增加0可以更細緻觀察頻域上的訊號,但不會增加頻譜解析度。

這裡有補零對解析度的影響

(3)頻譜洩露:是由加窗函式引起的,同樣是計算量的問題(用fft用dft必需要加窗函式),時域上的相乘,頻域上卷積,引起訊號的頻譜失真,只有在很少的情況下,頻譜

洩露是不會發生的,大部分情況都會引起洩露。如x(n)=cos(2π/n),(n=0,1,2,3.....n-1,)  n點的fft則不會發生洩露,但2n,或n+1,n+2等均會引起失真,而

引起失真可以從表示式上可以看出x(k)=卷積以後的頻譜在2π/n*k的      取樣值,所以如果是2n的dft,為2π/2n*k,相當於n點dft結果各個值中間再取樣

了乙個值,而2π/(n+2)*k,就與n點fft完全不一樣了。解決辦法,可以擴大窗函式的寬度(時域上的寬了,頻域上就窄了,(時域頻域有相對性),也就是

洩露的能量就小了

),或者不要加矩形的窗函式,可以加緩變的窗函式,也可以讓洩露的能量變下。

因為洩露會照成頻譜的擴大,所以也可能會造成頻譜混疊的現象,而洩露引起的後果就是降低頻譜解析度。

頻譜洩露會令主譜線旁邊有很多旁瓣,這就會造成譜線間的干擾,更嚴重就是旁瓣的能量強到分不清是旁瓣還是訊號本身的,這就是所謂的譜間干擾。

FFT頻譜分析原理

fft頻譜分析原理 取樣定理 取樣頻率要大於訊號頻率的兩倍。n個取樣點經過fft變換後得到n個點的以複數形式記錄的fft結果。假設取樣頻率為fs,取樣點數為n。那麼fft運算的結果就是n個複數 或n個點 每乙個複數就對應著乙個頻率值以及該頻率訊號的幅值和相位。第乙個點對應的頻率為0hz 即直流分量 ...

頻譜分析之FFT

參考 fft是離散傅利葉變換的快速演算法,可以將乙個訊號變換到頻域。有些訊號在時域上是很難看出什麼特徵的,但是如果變換到頻域之後,就很容易看出特徵了。這就是很多訊號分析採用fft變換的原因。頻率是表徵資料變化劇烈程度的指標,是資料在平面空間上的梯度.從物理效果看,傅利葉變換是將影象從空間域轉換到頻率...

使用 FFT 進行頻譜分析

下面的示例說明了如何使用 fft 函式進行頻譜分析。fft 的乙個常用場景是確定乙個時域雜訊訊號的頻率分量。首先建立一些資料。假設是以 1000 hz 的頻率對資料進行的取樣。首先為資料構造一條時間軸,時間範圍從 t 0 至 t 0.25,步長為 1 毫秒。然後,建立乙個包含 50 hz 和 120...