
常用校正方法:

實際的波形可視為由若干正弦波所合成,每一正弦分量各有其一定的頻率和幅值。

(a) 波形;(b) 由三個正弦波組成;(c) 頻譜
(1) FT (連續傅里葉變換)
正變換:

逆變換:

其中,ω=2πf,f(t)為時域數據序列,F(ω)為頻域的譜函數序列。
(2) DFT(離散傅里葉變換)
對N個樣點的數字化的時域波形進行數值積分計算,計算某一頻率點的幅值??稍谟嬎銠C上進行,但計算量巨大。
(3) FFT(快速傅里葉變換)
離散變換的一種快速算法,計算速度快,適合工程應用,但具有如下限制:
參與計算的數據點數(FFT分析點數)必須為2的冪次方,即2n。
頻率分辨率問題,頻率間隔Δf。

泄漏產生:當實際信號的頻率處于f(i)和f(i+1)之間時,則會產生頻率泄漏現象,導致誤差。
頻率誤差:FFT頻率反映的頻率為(i-1)Δf Hz或者iΔf Hz,最大頻率誤差為Δf/2。
幅值誤差:譜峰的幅值減小,泄漏到附近的譜峰上,最大幅值誤差為36.3%。
整周期采樣:信號的頻率正好處于f(i)的位置上,即信號頻率等于Δf 的整數倍,則不會產生泄漏。

產生機理(邊緣截斷):


常用校正方法:
加窗處理:如hanning、平頂窗等,僅能校正幅值,不能校正頻率;
頻率計校正:可以對若干個單個譜峰進行校正,特點為快速實時,既能校正幅值,又能校正頻率;
平滑處理:能有效校正最大譜峰處的幅值,不能校正頻率。
加窗可消除或減輕信號截斷和周期化帶來的不連續問題。平滑是將頻譜任何一點的附近若干點進行相加,將泄露到兩邊的能量加回來。

(a) 整周期;(b) 嚴重泄露;(c) 加漢寧窗;(d) 平滑
相當于濾波器。



(a) 指數窗形式;(b) hanning窗形式;(c)hamming窗形式

(d) 平頂窗形式;(e) Kaiser窗形式;(f) 余弦矩形窗形式


平均:
對較長的信號進行平均計算,用以消除隨機噪聲帶來的誤差。
一般有如下平均方式:
線性平均:全程分析過程中的每次FFT結果進行線性平均;
峰值保持:全程分析過程中,每條譜線分別保持其最大值,常用于掃頻信號的分析;
最大值保持:全程分析過程中,搜索能量最大的一幅波形(總有效值最大),對其進行頻譜分析,作為最后的結果;
指數平均:全程分析過程中的每次FFT結果進行指數平均,越后面分析的結果所占權重越大,最后一次占1/2,倒數第二次占1/4,依此類推。

重疊:
對于加窗處理,可充分利用其被窗函數衰減掉的部分的信號。
例如,從20Hz到160Hz的正弦勻速掃頻信號,長度8K點,FFT點數1K點,hanning窗。

掃頻信號無重疊加窗

(a) Hanning,無重疊;(b) Hanning,90%重疊

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