信号频谱的几种表示方式及其关系
来源:互联网 发布:网络锁是什么 编辑:程序博客网 时间:2024/06/18 05:03
这里将连续信号和离散信号的频谱的几个式子总结在一起。方便使用时查阅。
一个时域连续信号x(t),假设其能量有限,并且频域带宽有限,则可以对其进行傅立叶变换求其频谱。
上面的式子中,X(Ω)称为信号的频谱。如果我们在频域用f来作为自变量。则上面的式子改写为:
这两种频谱表示间的关系很简单。
相应的,有所谓的能量等式:
对连续信号进行采样,就得到了离散信号。设采集频率为 fs,采样时间间隔为Δ。那么离散信号x[n] 与连续信号 x(t) 的关系如下:
离散信号的频谱通常写为:
这里的ω与连续信号的Ω之间的关系如下:
如果用f作为频域自变量,则:
这里用了X’(f) 是为了与连续信号频谱表示相区别。X’(f) 与连续信号频谱X(f) 有什么关系呢?简单的推导可知当信号采样频率满足乃奎斯特采样定律时,X’(f) 与连续信号频谱X(f) 有简单的联系。
有些教科书上(比如程乾生教授所著的数字信号处理教材),会给出这样的离散信号频谱的定义:
对应的能量等式如下:
从上面能量等式,还可以得到如下关系:
这其实就是积分近似计算中常用的矩形算法。相应的,信号通过一个线性系统(用h(t)表示)后的输出y(t)与x(t) 的关系如下;
如果我们对x(t)、h(t) 和y(t)都进行采样,得到x[n]、h[n]和y[n],并且采样过程满足采样定律的要求。那么我们利用 x[n]和h[n] 就应该可以计算出 y[n]。
实际应用中,我们不可能采集无限长时间的数据,因此我们用于处理的离散信号通常都限定在一定长度。这时它的频谱为:
对于N个数据点的序列,我们实际上只需要计算N个频点的值。
因此,可以得到有限离散频谱公式如下:
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