FFT 頻率解析度

2021-06-28 21:35:41 字數 1455 閱讀 4894

解釋一:頻率解析度可以理解為在使用dft時,在頻率軸上的所能得到的最小頻率間隔f0=fs/n=1/nts=1/t,其中n為取樣點數,fs為取樣頻率,ts為取樣間隔。所以nts就是取樣前模擬訊號的時間長度t,所以訊號長度越長,頻率解析度越好。是不是取樣點數越多,頻率分辨力提高了呢?其實不是的,因為一段資料拿來就確定了時間t,注意:f0=1/t,而t=nts,增加n必然減小ts ,因此,增加n時f0是不變的。只有增加點數的同時導致增加了資料長度t才能使解析度越好。還有容易搞混的一點,我們在做dft時,常常在有效資料後面補零達到對頻譜做某種改善的目的,我們常常認為這是增加了n,從而使頻率解析度變好了,其實不是這樣的,補零並沒有增加有效資料的長度,仍然為t。但是補零其實有其他好處:1.使資料n為2的整次冪,便於使用fft。2.補零後,其實是對dft結果做了插值,克服「柵欄」效應,使譜外觀平滑化;我把「柵欄」效應形象理解為,就像站在柵欄旁邊透過柵欄看外面風景,肯定有被柵欄擋住比較多風景,此時就可能漏掉較大頻域分量,但是補零以後,相當於你站遠了,改變了柵欄密度,風景就看的越來越清楚了。3.由於對時域資料的截短必然造成頻譜洩露,因此在頻譜中可能出現難以辨認的譜峰,補零在一定程度上能消除這種現象。

那麼選擇dft時n引數要注意:1.由取樣定理:fs>=2fh,2.頻率解析度:f0=fs/n,所以一般情況給定了fh和f0時也就限制了n範圍:n>=fs/f0。

解釋二:頻率解析度也可以理解為某乙個演算法(比如功率譜估計方法)將原訊號中的兩個靠得很近的譜峰依然能保持分開的能力。這是用來比較和檢驗不同演算法效能好壞的指標。在訊號系統中我們知道,寬度為n的矩形脈衝,它的頻域圖形為sinc函式,兩個一階零點之間的寬度為4π/n。由於時域訊號的截短相當於時域訊號乘了乙個矩形窗函式,那麼該訊號的頻域就等同卷積了乙個sinc函式,也就是頻域受到sinc函式的調製了,根據卷積的性質,因此兩個訊號圓周頻率之差w0必須大於4π/n。從這裡可以知道,如果增加資料點數n,即增加資料長度,也可以使頻率解析度變好,這一點與第一種解釋是一樣的。同時,考慮到窗函式截短資料的影響存在,當然窗函式的特性也要考慮,在頻率做卷積,如果窗函式的頻譜是個衝擊函式最好了,那不就是相當於沒截斷嗎?可是那不可能的,我們考慮窗函式主要是以下幾點:1.主瓣寬度b最小(相當於矩形窗時的4π/n,頻域兩個過零點間的寬度)。2.最大邊瓣峰值a最小(這樣旁瓣洩露小,一些高頻分量損失少了)。3.邊瓣譜峰漸近衰減速度d最大(同樣是減少旁瓣洩露)。在此,總結幾種很常用的窗函式的優缺點:

矩形窗:b=4π/n a=-13db d=-6db/oct

三角窗:b=8π/n a=-27db d=-12db/oct

漢寧窗:b=8π/n a=-32db d=-18db/oct

海明窗:b=8π/n a=-43db d=-6db/oct

布萊克曼窗:b=12π/n a=-58db d=-18db/oct

可以看出,矩形窗有最窄的主瓣,但是旁瓣洩露嚴重。漢寧窗和海明窗雖主瓣較寬,但是旁瓣洩露少,是常選用的窗函式。

終於搞懂了頻率解析度的兩種解釋

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