時域離散信號的傅里葉變換


目錄

    1 定義

    2 FT的周期性

        2.1 從數學的觀點分析

        2.2 從采樣角度—實際意義上分析

            2.2.1 采樣后的連續傅里葉頻譜

            2.2.2采樣后的離散傅里葉頻譜

    3 matlab實驗

        3.1 程序及分析

        3.2 實驗結果

1、定義                                                                             

2、FT的周期性                                                                   

2.1 從數學觀點分析

2.2 從采樣角度—實際意義上分析

2.2.1 采樣后的連續傅里葉頻譜

    采樣信號在連續時域中的表達式:

    對應的在模擬頻域中的圖像:

2.2.2采樣后的離散傅里葉頻譜

    得到的x^a(t)還不是最終存儲在數字設備上的數,最終存儲的信號是x^a(n)。x^a(t)量化后為x^a(n),只會存儲其離散的時間(n),以及對應的值x^a(n)。

    在這過程中,丟失了真正的時間間隔(兩個n之間的時間間隔T=1/Fs),在程序設計中需要用采樣頻率Fs來記錄下來。可以認為x^a(n)是x^a(t)拉伸Fs(1/T)倍形成的,那么頻譜相應的要壓縮Fs倍。

    在2.2.1中可以看到,x^a(t)的頻譜是以為周期延拓的,所以x^a(n)的頻譜就應該以延拓的,FT變換的周期為就是這樣來的。

    下邊的兩個式子,在程序設計和理解程序中經常用到。

(1)

(2)

3、matlab實驗                                                                

3.1 程序及分析

   計算公式:

    實驗對象:R4(n)

    FT實現方法:定義法

 1  N=4;                         %原離散信號有4點
 2  n=[0:1:N-1]
 3  xn=[1 1 1 1]
 4  w=[-800:1:800]*pi/800;       %頻域共-pi -- +pi(-800----+800)的長度(本應是無窮,高頻分量很少,故省去)    
 5  X=xn*exp(-j*(n'*w));         %求dtft變換,采用原始定義的方法,對復指數分量求和而得
 6  subplot(2,1,1);
 7  stem(n,xn);
 8  title('原始信號');
 9  subplot(2,1,2);
10  plot(w,abs(X));
11  title('DTFT變換');

說明

    程序的第5行就是根據計算公式的實現的算法,在matlab上就是利用矩陣的乘法實現整個算法。按照先后順序展開計算過程如下所示。

(1)計算exp(-j*(n'*w))

(2)計算 X=xn*exp(-j*(n'*w));  

3.2 實驗結果

 說明

(1)程序的第4行,w的取值就是從(-pi,pi),所以頻譜圖中的有效范圍是(-3.14,3.14)。

(2)對(-pi,pi)區間划分了1600份,來近似連續的(無線細分)w。

 

參考:用matlab對信號進行傅里葉變換

        西電《數字信號處理》第三版


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