各个变量对应关系:
k:0数字角频率?:0模拟频率f:0模拟角频率?:0N?12?fs2?fsk2?k/Nk/Nkfs/N2?kfsN
数字频率F:01???Ts,?s??sTs?2?fsT,??2?k/N
编者按:为什么要有DFT?
我们从外界接收到的信号都是连续信号,但是在现代人类都用计算机对信号进行处理,而计算机只能识别离散的值,所以需要对接收到的连续信号进行采样截短得到离散的序列。但是,一个域的离散必然导致另一个域的周期延拓,当对时域的连续信号进行采样时,其频谱必然进行周期延拓,所以序列的傅里叶变换是连续周期的,这样计算机就没法对其频谱进行分析。这时,对时域信号进行周期延拓,又会使其频谱离散化。经过两个域的分别离散化和周期延拓,这时得到的就是DFST的对应关系。那么,分别对两个域取主值,就可得到适合计算机处理的时域和频域序列。DFT就应运而生。(一家之言,仅供参考)
(四) 卷积的计算
1.循环卷积与线性卷积(有限长序列的卷积)
h(n)的长度为M, 设有限长序列x(n)的长度为N,它们线性卷积结果为yl(n),长度为Lg?N?M?1;循环卷积结果为yc(n),长度为L。则两类卷积有如下对
应关系:(设N?M) (1)当L?N时
0?n?M?2?yl(n)?yl(n?N), yc(n)??yl(n),M?1?n?N?1?(2)当L?Lg时
yc(n)?yl(n)
(3)当N?L?Lg时
?yl(n)?yl(n?L),0?n?Lg?L?1 yc(n)??y(n),L?L?n?L?1lg?
2.重叠保留法和重叠相加法(无限长序列得卷积)
(1)重叠保留法
基本思路:将两个序列中长度较长或无限长的序列均匀分段,计算各个有
限长的子序列与另一短序列的线性卷积,最后将结果重叠相加起来输出。(重叠的是卷积结果)
设有限长序列h(n)的长度为M,x(n)为无限长序列,
计算步骤:1)将x(n)均匀分段,每段长度为N
x(n)??xk(n)
k?0??x(n),kN?n?(k?1)N?1 xk(n)?x(n)RN(n?kN)??0,else?2)计算每段子序列与短序列的线性卷积
?(n)?xk(n?kN),即计算xk?(n)与h(n)的线性卷积yk?(n) 设xk3)将各子序列线性卷积的结果移位后相加得总输出
?(n?kN),则y(n)??yk(n) 令yk(n)?ykk?0?(2)重叠保留法
基本思路:将两个序列中长度较长或无限长的序列在时间上有重叠地分段,计算各个有限长的子序列与另一短序列的线性卷积,最后保留每段结果中间N个点,相加输出。(重叠的是较长的序列)
设有限长序列h(n)的长度为M,x(n)为无限长序列,
计算步骤:1)将x(n)有重叠地分段(每一段由kN向前重叠M-1个点),每
段长度为N+M-1
?x(n),kN?M?1?n?(k?1)N?1 xk(n)??else?0,2)计算每段子序列与短序列的线性卷积
?(n)?xk(n?kN?M?1),即计算xk?(n)与h(n)的线性卷积设xk?(n),yk?(n)的长度为N+2M-2,将前M-1个点去掉,后M-1yk个点去掉,保留中间N个点得yk(n)
3)将各子序列线性卷积的结果移位后相加得总输出
即y(n)??yk(n)
k?0?说明:重叠保留和相加法必须掌握,公式可以不必记忆,明白其算法思想,会计算即可。而且计算时注意三步走(写在卷子上),否则答案正确也没分(与数学归纳法一样,有固定格式)。
(五) 用DFT进行频谱分析的误差
1.泄漏现象
产生原因:用DFT进行分析时,隐含对序列在时域加窗截断,使得信号的原有频率的能量向其他频率上泄漏 减少方法:(1)加大窗长,增加实际DFT计算的点数;
(2)变换时域所加窗函数的形式
2.栅栏现象
产生原因:DFT只计算??2?k/N,k?0,1,2,???,N?1的频谱 减少方法:在序列末尾加零以增加DFT的点数 3.混叠现象
产生原因:序列截断以及采样频率不完全满足采样定理
减少方法:以较高的采样频率对信号进行采样,之后序列通过数字低通滤波器,降低采样频率后再进行DFT分析
4.DFT的分辨率: 参数选择的一般原则:
a.若已知信号的最高频率防止混叠,选定采样频率 fs?2fmax
b.根据频率分辨率F,确定所需DFT的长度N?fs/F c.和N确定以后,即可确定相应模拟信号的时间长度TP?fs/N?NT,这里T是采样周期。
(六) 离散时间信号的抽取和内插
1.离散时间信号的整数倍抽取
时域:y(n)?x(Dn)
??2?kj1D?1频域:Y(e)??X(eD)
Dk?0整数倍抽取将导致数字频谱的展宽 2.离散时间信号的整数倍内插
?n?x(),n?0,?I,?2I,???时域:v(n)??I
?else?0,频域:V(ej?)?X(ej?I)
序列相邻采样点之间插零将导致数字频谱压缩
说明:即使抽取和内插的公式记不住,也要学会画图分析其过程
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