测试信号处理-谱分析基础知识
时间:2023-07-22 01:07:00
测试信号处理 - 谱分析基础知识
简介
信号
- 定义:信息的表达形式
- 分类:
- 随机确定:只能通过统计特征进行描述或分析
- 连续性和离散性:根据信号的自变量(通常是时间)是否离散
- 能量型号、功率信号-看看它是否绝对可积累
e n e r g y : ∫ ∣ x ( t ) ∣ 2 d t < ∞ energy: \int |x(t)|^2dt < \infty energy:∫∣x(t)∣2dt<∞
e n e r g y : ∑ ∣ x ( n ) ∣ 2 < ∞ energy: \sum |x(n)|^2 < \infty energy:∑∣x(n)∣2<∞
p o w e r : 1 T ∫ 0 T ∣ x ( t ) ∣ 2 d t < ∞ power: \frac{1}{T}\int _0^T |x(t)|^2dt < \infty power:T1∫0T∣x(t)∣2dt<∞
p o w e r : 1 N ∑ ∣ x ( n ) ∣ 2 < ∞ power: \frac{1}{N}\sum |x(n)|^2 < \infty power:N1∑∣x(n)∣2<∞
- 离散时间傅里叶变换:运用在离散确定信号。之后本门课主要接触离散随机信号
信号与测试系统
测试
测试信号分析任务
- 软件处理的功能:
- 信号采集、显示、存储
- 去噪:微小运动产生基线漂移的低频干扰,还有高频和工频
- 波形检测(参数提取):模式识别
- 实际应用
测试信号分析与处理的理论
-
信号与系统
- 信号采集(AD、抽样定理、多抽样率)
- 系统分析(系统描述、传递函数、转移函数、单位冲击响应)
- 线性系统理论(系统激励和响应的关系)
-
测试信号分析
- 信号分析(变换技术、时频域分析)
- 信号的估计(针对随机信号、估计理论、相关函数和谱功率估计)
- 信号建模(AR、MA、ARMA)
- 快速算法(FFT、FC、R)
-
测试信号处理
- 滤波技术
- 特殊算法——抽取、差值、信号重建
测试信号分析与处理的实现
离散傅里叶变化(DFT)
一个很好的参考,对FT、DFT的讲解
基础公式
对于有限长度序列(一维信号),傅里叶变换,拉普拉斯变换,Z变换与离散傅里叶变换分别用以下三个关系式表示
X ( e j ω ) = ∑ 0 n = N − 1 x ( n ) e j − ω n X(e^jω)= ∑^{n=N-1}_0 x(n) e^{j-ωn} X(ejω)=0∑n=N−1x(n)ej−ωn
X ( z ) = ∑ 0 n = N − 1 x ( n ) z − n X(z)= ∑^{n=N-1}_0 x(n)z^{-n} X(z)=0∑n=N−1x(n)z−n
X ( k ) = ∑ 0 n = N − 1 x ( n ) e − j k 2 π n N X(k)= ∑^{n=N-1}_0 x(n) e^{-jk\frac{2πn}{N}} X(k)=0∑n=N−1x(n)e−jkN2πn
离散傅里叶变换逆变换是
x ( n ) = 1 N ∑ 0 k = N − 1 X ( k ) e j k 2 π n N x(n)= \frac{1}{N}∑^{k=N-1}_0 X(k) e^{jk\frac{2πn}{N}} x(n)=N10∑k=N−1X(k)ejkN2πn
核函数多个负号,多一个参数 1 N \frac{1}{N} N1,也有更一致的形式(都乘 1 N \frac{1}{\sqrt{N}} N1)
Z变换注记:z域是s域的进一步映射,z变换和拉普拉斯变换通过某种映射连接在一起
欧拉公式: e i x = c o s x + i s i n x e^{ix}=cosx+isinx eix=cosx+isinx
奇异函数: δ ( 0 ) = ∞ \delta(0)=\infty δ(0)=∞(1/dt)
∫ ∞ ∞ e ± j Ω t = 2 π δ Ω \int^{\infty}_{\infty}e^{\pm j\Omega t}=2\pi\delta{\Omega} ∫∞∞e±jΩt=2πδΩ
∫ δ ( t ) x ( t ) = x ( 0 ) \int \delta(t)x(t)=x(0) ∫δ(t)x(t)=x(0)
四种傅里叶变换
FS 傅里叶级数 连续+周期
X ( K Ω 0 ) = 1 T ∫ − T 2 T 2 x ( t ) e − j k Ω 0 t d t X(K\Omega_0)= \frac{1}{T}\int^{\frac{T}{2}}_{-\frac{T}{2}} x(t) e^{-jk\Omega_0 t}dt X(KΩ0)=T1∫−2T2Tx(t)e−jkΩ0tdt
x ( t ) = ∑ k = − ∞ ∞ X ( k Ω 0 ) e j k Ω 0 t x(t)= \sum^{\infty}_{k=-\infty} X(k\Omega_0) e^{jk\Omega_0 t} x(t)=k=−∞∑∞X(kΩ0)ejkΩ0t
频谱是离散的谱,所以不能使用积分进行反变换,换言之是通过 δ \delta δ函数将其梳开。
频谱间隔是 Ω 0 = 2 π T \Omega_0=\frac{2\pi}{T} Ω0=T2π,如果周期趋近于无限大就会变成连续谱
exp:周期方波函数的傅里叶级数: X ( k Ω 0 ) = A τ T s i n ( k Ω 0 τ / 2 ) k Ω 0 τ / 2 X(k\Omega_0)=\frac{A\tau}{T}\frac{sin(k\Omega_0\tau/2)}{k\Omega_0\tau/2} X(kΩ0)=TAτkΩ0τ/2sin(kΩ0τ/2),其中 τ \tau τ是窗宽,A是幅值
规律:时域连续周期、频域离散非周期。
存在条件: p o w e r : 1 T ∫ 0 T ∣ x ( t ) ∣ 2 d t < ∞ power: \frac{1}{T}\int _0^T |x(t)|^2dt < \infty power:T1∫0T∣x(t)∣2dt<∞
FT 傅里叶变换 连续+非周期
X ( j Ω ) = ∫ − ∞ ∞ x ( t ) e − j Ω t d t X(j\Omega)= \int^{\infty}_{-\infty}x(t) e^{-j\Omega t}dt X(jΩ)=∫−∞元器件数据手册、IC替代型号,打造电子元器件IC百科大全!