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2017-5-1
矩形窗主瓣的有效宽度:
w w
2
N
(N:点数) ...................................
(1)
数字频率 w 与模拟角频率Ω的关系:
结论:w=Ω*Ts =Ω/fs (Ts:采样间隔,Ts=1/fs,fs:采样频率)
Ω=2*pi*f
所以:
w
/w*pi*2
f
sf
w
.........................(2)
其中 wf :谱峰的有效宽度,由窗函数的长度决定(矩形窗计算
频谱时的频率分辨率)。
由(1)和(2)得:
f
sf
N
1
NT
w
1
pT
其中,T 为采样间隔, pT 为采样时间(采样时长)
为使频谱中能分辨相邻的谱峰, f 要大于谱峰的有效宽度 wf
f
wf
sf
1
pTN
,其中 f 为频率分辨率
即:
N
sf
f
(信号的样本点数,也是窗函数的长度),其实就是
分辨率的公式:
f
sf
N
构造:x(t)=cos(2*pi*f1*t)+cos(2*pi*f2*t);
f1=100Hz,f2=120Hz; 采样频率 fs=600Hz。
为 分 辨 deltF=120Hz-100Hz=20Hz 的 相 邻 谱 峰 。 矩 形 性 窗 的 长 度 N 应满
足:
N
sf
f
30
1.5
1
0.5
值
幅
0
0
1
值
幅
0.5
N=30,分 辨 率 =20Hz, 补 0做 512点 FFT
50
100
150
频 率
200
250
300
N=20,分 辨 率 =30Hz, 补 0做 512点 FFT
0
0
50
100
150
频 率
200
250
300
注:补 0 做 FFT 为显示更多细节
为更清楚区分 100Hz 及 120Hz
方法一:增加点数 N
N=1000,分 辨 率 =0.6Hz
1
0.8
0.6
0.4
0.2
值
幅
0
0
50
100
150
频 率
200
250
300
结论:增加窗口长度 N(样本点数),可以减小主瓣宽度,改善
频率分辨率,但增加 N 不能减少频率泄露。
方法二:使用合适的窗函数
如:N=30,使用 30 点的 Hamming 窗
2
1
0
-1
-2
0
1
0.5
0
-0.5
-1
0
N=30波 形
5
10
15
20
25
30
N=30加 Hamming波 形
5
10
15
20
25
30
加窗后补 0 做 512 点 FFT:
0.4
0.35
0.3
0.25
值
幅
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
N=30,加 Hamming后 频 谱
50
100
150
频 率
200
250
300
(加窗减小了泄露,但是幅值也小了,没有乘以恢复系数)
Hamming 窗的恢复系数 1.84,乘以恢复系数后:
N=30,加 Hamming*系 数 后 频 谱
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
值
幅
0
0
50
100
150
频 率
200
250
300
结论:使用 Hamming 窗计算频谱时,与矩阵窗相比是以降低频率分辨率为代价减少频率泄
露的。Hamming 窗时频谱谱峰间隔
wfcf
,其中 2
c
即此时能分辨大于 40H 的谱峰,频率分辨率比矩阵窗时低了一倍。
若 N=1000 点,再加 Hamming(1000),频谱得:
N=1000 ming*系 数 后 频 谱
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
值
幅
0
0
50
100
150
频 率
200
250
300
结论:结果比不加 Hamming 窗的方法 1 要好,加窗频率泄露少。此时分辨率为 1.2Hz