栅栏效应,频谱泄露,旁瓣效应_有限带宽 sinc 旁瓣-程序员宅基地

技术标签: 算法  fft  工作  

http://139791733.blog.163.com/blog/static/1786396420112715530734/
栅栏效应:


  对采样信号的频谱,为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算,设数据点数为
  N = T/dt = T.fs
  则计算得到的离散频率点为
  Xs(fi) , fi = i.fs/N , i = 0,1,2,…,N/2
  这就相当于透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种现象被称为栅栏效应.
   不管是时域采样还是频域采样,都有相应的栅栏效应。只是当时域采样满足采样定理时,栅栏效应不会有什么影响。而频域采样的栅栏效应则影响很大,“挡住”或丢失的频率成分有可能是重要的或具有特征的成分,使信号处理失去意义。
减小栅栏效应可用提高采样间隔也就是频率分辨力的方法来解决。间隔小,频率分辨力高,被“挡住”或丢失的频率成分就会越少。但会增加采样点数,使计算工作量增加。解决此项矛盾可以采用如下方法:在满足采样定理的前提下,采用频率细化技术(ZOOM),亦可用把时域序列变换成频谱序列的方法。
    例如:505Hz正弦波信号的频谱分析来说明栅栏效应所造成的频谱计算误差。
设定采样频率fs=5120Hz,软件中默认的FFT计算点数为512,其离散频率点为
fi = i.fs/N = i.5120/512=10×i , i= 0,1,2,…,N/2
位于505Hz 位置的真实谱峰被挡住看不见,看见的只是它们在相邻频率500Hz或510Hz处能量泄漏的值。
若设 fs=2560Hz,则频率间隔df=5Hz,重复上述分析步骤,这时在505位置有谱线,我们就能得到它们的精确值。从时域看,这个条件相当于对信号进行整周期采样,实际中常用此方法来提高周期信号的频谱分析精度。
 
频谱泄露:截断信号时域上相当于是乘以了rectangular window,于是造成了频谱泄漏的问题。
在帖子上看到的解释:http://www.chinavib.com/forum/thread-51126-2-1.html
    泄漏的原因来自两方面第一输入频率不是fs/n的整数倍,因为dft只能输出在fs/n的频率点上的功率,所以当输入频率不在fs/n的整数倍时,在dft的输出上就没有与输入频率相对应得点(dft输出是离散的),那么输入频率就会泄漏到所有的输出点上,具体的泄漏分布取决于所采用的窗的连续域复利叶变换,对于没有使用窗的,相当于使用了矩形窗,矩形窗在进行连续傅立叶变换在一般的信号与系统书上都有。而对于非矩形窗,窗本身就会产生一定的泄漏,是通过加大主瓣的宽度来降低旁瓣的幅度,通常主瓣的宽度变成了矩形窗的两倍,例如当我们输入一个fs/n的整数倍的输入频率时,经过非矩形窗,dft输出会在两个fs/n的频点上有功率。
见参考书:lyon的understanding DSP.
 
旁瓣效应:
 
补零对频谱的影响:
进行zero padding只是增加了数据的长度,而不是原信号的长度。就好比本来信号是一个周期的余弦信号,如果又给它补了9个周期长度的0,那么信号并不是10个周期的余弦信号,而是一个周期的余弦加一串0,补的0并没有带来新的信息。其实zero padding等价于频域的sinc函数内插,而这个sinc函数的形状(主瓣宽度)是由补0前的信号长度决定的,补0的作用只是细化了这个sinc函数,并没有改变其主瓣宽度。而频率分辨率的含义是两个频率不同的信号在频率上可分,也就要求它们不能落到一个sinc函数的主瓣上。所以,如果待分析的两个信号频率接近,而时域长度又较短,那么在频域上它们就落在一个sinc主瓣内了,补再多的0也是无济于事的。 

泄露是由于非整周期采样引起的,因为FFT最精确的是将周期信号映射到一个正交函数空间上(傅立叶变换常用三角函数空间),对周期性信号,只要是整周期采样(采样周期是信号周期的整数倍数描述不对,应该说采样时间长是信号周期的整数倍),是没有谱泄露的,对于非周期信号,无法达到整周期采样,所以总会有泄露,选择合适的窗函数可以控制泄露的严重程度。 
    混叠是采样频率与信号最高频率的关系引起的,满足采样定理,即采样频率〉=2倍信号最高频率,即可避免混叠,实际信号都受噪声干扰,白噪声是宽带的,所以采样频率即便很高,都不可避免地存在混叠,只是混叠程度小些,满足工程应用。再者,采样频率不是越高越好,我另外的帖子谈过,采样点数有限的情况下,采样频率与频率分辨率是相互矛盾的。










版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/watchen/article/details/7610646

智能推荐

稀疏编码的数学基础与理论分析-程序员宅基地

文章浏览阅读290次,点赞8次,收藏10次。1.背景介绍稀疏编码是一种用于处理稀疏数据的编码技术,其主要应用于信息传输、存储和处理等领域。稀疏数据是指数据中大部分元素为零或近似于零的数据,例如文本、图像、音频、视频等。稀疏编码的核心思想是将稀疏数据表示为非零元素和它们对应的位置信息,从而减少存储空间和计算复杂度。稀疏编码的研究起源于1990年代,随着大数据时代的到来,稀疏编码技术的应用范围和影响力不断扩大。目前,稀疏编码已经成为计算...

EasyGBS国标流媒体服务器GB28181国标方案安装使用文档-程序员宅基地

文章浏览阅读217次。EasyGBS - GB28181 国标方案安装使用文档下载安装包下载,正式使用需商业授权, 功能一致在线演示在线API架构图EasySIPCMSSIP 中心信令服务, 单节点, 自带一个 Redis Server, 随 EasySIPCMS 自启动, 不需要手动运行EasySIPSMSSIP 流媒体服务, 根..._easygbs-windows-2.6.0-23042316使用文档

【Web】记录巅峰极客2023 BabyURL题目复现——Jackson原生链_原生jackson 反序列化链子-程序员宅基地

文章浏览阅读1.2k次,点赞27次,收藏7次。2023巅峰极客 BabyURL之前AliyunCTF Bypassit I这题考查了这样一条链子:其实就是Jackson的原生反序列化利用今天复现的这题也是大同小异,一起来整一下。_原生jackson 反序列化链子

一文搞懂SpringCloud,详解干货,做好笔记_spring cloud-程序员宅基地

文章浏览阅读734次,点赞9次,收藏7次。微服务架构简单的说就是将单体应用进一步拆分,拆分成更小的服务,每个服务都是一个可以独立运行的项目。这么多小服务,如何管理他们?(服务治理 注册中心[服务注册 发现 剔除])这么多小服务,他们之间如何通讯?这么多小服务,客户端怎么访问他们?(网关)这么多小服务,一旦出现问题了,应该如何自处理?(容错)这么多小服务,一旦出现问题了,应该如何排错?(链路追踪)对于上面的问题,是任何一个微服务设计者都不能绕过去的,因此大部分的微服务产品都针对每一个问题提供了相应的组件来解决它们。_spring cloud

Js实现图片点击切换与轮播-程序员宅基地

文章浏览阅读5.9k次,点赞6次,收藏20次。Js实现图片点击切换与轮播图片点击切换<!DOCTYPE html><html> <head> <meta charset="UTF-8"> <title></title> <script type="text/ja..._点击图片进行轮播图切换

tensorflow-gpu版本安装教程(过程详细)_tensorflow gpu版本安装-程序员宅基地

文章浏览阅读10w+次,点赞245次,收藏1.5k次。在开始安装前,如果你的电脑装过tensorflow,请先把他们卸载干净,包括依赖的包(tensorflow-estimator、tensorboard、tensorflow、keras-applications、keras-preprocessing),不然后续安装了tensorflow-gpu可能会出现找不到cuda的问题。cuda、cudnn。..._tensorflow gpu版本安装

随便推点

物联网时代 权限滥用漏洞的攻击及防御-程序员宅基地

文章浏览阅读243次。0x00 简介权限滥用漏洞一般归类于逻辑问题,是指服务端功能开放过多或权限限制不严格,导致攻击者可以通过直接或间接调用的方式达到攻击效果。随着物联网时代的到来,这种漏洞已经屡见不鲜,各种漏洞组合利用也是千奇百怪、五花八门,这里总结漏洞是为了更好地应对和预防,如有不妥之处还请业内人士多多指教。0x01 背景2014年4月,在比特币飞涨的时代某网站曾经..._使用物联网漏洞的使用者

Visual Odometry and Depth Calculation--Epipolar Geometry--Direct Method--PnP_normalized plane coordinates-程序员宅基地

文章浏览阅读786次。A. Epipolar geometry and triangulationThe epipolar geometry mainly adopts the feature point method, such as SIFT, SURF and ORB, etc. to obtain the feature points corresponding to two frames of images. As shown in Figure 1, let the first image be ​ and th_normalized plane coordinates

开放信息抽取(OIE)系统(三)-- 第二代开放信息抽取系统(人工规则, rule-based, 先抽取关系)_语义角色增强的关系抽取-程序员宅基地

文章浏览阅读708次,点赞2次,收藏3次。开放信息抽取(OIE)系统(三)-- 第二代开放信息抽取系统(人工规则, rule-based, 先关系再实体)一.第二代开放信息抽取系统背景​ 第一代开放信息抽取系统(Open Information Extraction, OIE, learning-based, 自学习, 先抽取实体)通常抽取大量冗余信息,为了消除这些冗余信息,诞生了第二代开放信息抽取系统。二.第二代开放信息抽取系统历史第二代开放信息抽取系统着眼于解决第一代系统的三大问题: 大量非信息性提取(即省略关键信息的提取)、_语义角色增强的关系抽取

10个顶尖响应式HTML5网页_html欢迎页面-程序员宅基地

文章浏览阅读1.1w次,点赞6次,收藏51次。快速完成网页设计,10个顶尖响应式HTML5网页模板助你一臂之力为了寻找一个优质的网页模板,网页设计师和开发者往往可能会花上大半天的时间。不过幸运的是,现在的网页设计师和开发人员已经开始共享HTML5,Bootstrap和CSS3中的免费网页模板资源。鉴于网站模板的灵活性和强大的功能,现在广大设计师和开发者对html5网站的实际需求日益增长。为了造福大众,Mockplus的小伙伴整理了2018年最..._html欢迎页面

计算机二级 考试科目,2018全国计算机等级考试调整,一、二级都增加了考试科目...-程序员宅基地

文章浏览阅读282次。原标题:2018全国计算机等级考试调整,一、二级都增加了考试科目全国计算机等级考试将于9月15-17日举行。在备考的最后冲刺阶段,小编为大家整理了今年新公布的全国计算机等级考试调整方案,希望对备考的小伙伴有所帮助,快随小编往下看吧!从2018年3月开始,全国计算机等级考试实施2018版考试大纲,并按新体系开考各个考试级别。具体调整内容如下:一、考试级别及科目1.一级新增“网络安全素质教育”科目(代..._计算机二级增报科目什么意思

conan简单使用_apt install conan-程序员宅基地

文章浏览阅读240次。conan简单使用。_apt install conan