用DFT近似傅立叶变换
出处:ppbn 发布于:2008-12-16 15:08:19
傅立叶变换对的定义如下:

公式假定了—个无限持续时间和带宽的连续信号。对于实际的表达式还需要在时间和频率上采样,并且对幅值进行量化。从实现的角度来讲,我们更希望在时间和频率上使用有限数量的采样。这样就产生了离散傅立叶变换(discrete Fourier Transform,DFT),其中在时间和频率上采用了Ⅳ次采样,根据:

如果用DFT对傅立叶频谱进行近似,就必须记住在时间和频率上采样的影响,分别是:
·通过在时域上的采样,可以得到采样频率为fs的周期性频谱。正如“Shannon采样定理”所陈述的:只有在x(t)的频率成份集中在一个低于奈魁斯特频率fs/2的狭窄范围内的情况下,用DFT近似傅立叶变换才是合理的。
·通过在频域上的采样,时间函数就变成了周期性的,也就是说DFT假定时间序列是周期性的。如果对一个信号采用N次采样DFT,没有在—个N次采样窗函数内完成整数个循环,就会产生一种称为泄漏的现象。所以,如果可能的话,并且x(t)是周期性信号,就应该选择可以覆盖整数个x(t)的周期采样频率和分析函数。
一种更为实用的降低泄漏的选择方案就是采用在两边逐渐衰减为0的窗函数。图1给出了一些典型窗函数的时间和频率特性[89,129]。

图1 时域和频域内的窗函数
下面的一个示例说明窗函数的使用。
例 开窗操作
图2给出了在其采样窗口内不能完成的整数周期的正弦信号。该信号理想的傅立叶变换应该只包括两个在±ω0处的单位脉冲函数,如图2(b)所示。图2(G)和2(d)分别给出了用不同窗函数进行DFT分析的结果。可以看到,用逻辑框函数的分析比用Hanning窗函数的分析多一些纹波。的分析也表明,用Hanning分析的主平稳宽度要大于用逻辑框函数(也就是无窗函数)分析所达到的宽度。

图2 利用窗函数分析通过DFT的周期函数
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