傅利葉變換的物理意義

2022-03-24 01:22:21 字數 1783 閱讀 2669

假設訊號的取樣頻率是fs,訊號的頻率是f,取樣點數為n,則與傅利葉變換相關概念幾個計算公式如下:

1.      頻率計算公式

2.      振幅計算公式 magnitude

3.       相位計算公式pan

示例:假設有如下兩個交流訊號,以512的取樣率對訊號進行取樣,取樣點數也為512點。

訊號1:  2v的直流分量,幅度為5v,頻率為100hz,相位為30度。

訊號2:幅度為3v,頻率為200hz,相位為-60度。

用數學表示式來描述如下:

下面的matlab指令碼畫出其頻譜圖:

因取樣點數等於取樣頻率,因此兩個點之間的頻率間隔是1hz。按照頻率計算公式fn=(n-1)*fs/n計算,第n個點的頻率就是n-1.因此第101個點的頻譜就是100,對應於原始訊號第乙個交流訊號的頻率,第201個點的頻率是200,對應於第二個交流訊號的頻率。由此可知,影象應該在第0,101,201三個點上出現峰值。從上面的圖看,確實是這樣。注意,頻譜圖關於奈奎斯特頻率是對稱的,所以只看奎斯特頻率以下的部分就可以了。

根據前面的公式,第乙個點的模值為直流分量*n = 2 *512 = 1024;

第乙個原始訊號的峰值為a =5,因此它的模值為 a * n/2= 5 * 512/2 = 1280;

第二個原始訊號的峰值為a=3,因此它的模值為 a * n/2 =3 * 512/2 = 768;

分別拿出這三個點的fft結果來細看:

第乙個點的fft結果: 1024 + 0* i , a1 = sqrt(1024*1024) = 1024;

第二個點的fft結果:1108.5+640*i,a101 = sqrt(1108.5*1108.5+640*640) = 1280;

第三個點的fft結果:384-665.11i,a201= sqrt(384*384+665.11*665.11) = 768;

由此可見,如果知道了每個頻率點訊號的峰值和取樣點數,那麼很容易計算出它的模值。反過來也是如此,即如果用fft計算出了訊號的模值,也很容易計算出原始訊號的峰值。例如,對於上例:直流分量的值:a= a1/n = 1024/512 = 2;

交流訊號1的幅度為:a =a101/n/2=1280*2/512=5;

交流訊號2的幅度為:a=a201/n/2=768*2/512=3.

相位的計算就更簡單,從略。

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