注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

苍茫大地的博客

 
 
 

日志

 
 
关于我

盒子里的梦想

文章分类
网易考拉推荐

功率谱、频率分辨率、频谱泄漏与窗函数 (转载他人)  

2012-11-09 11:01:38|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
本文转载自zhangqianyanshan《功率谱、频率分辨率、频谱泄漏与窗函数》

在分析和测定所采集的数据记录时,快速傅立叶变换(FFT)和功率谱是非常有用的工具。借助这些

工具能够有效地采集时域信号、测定其频谱成分、并对结果进行显示。

功率谱图(参考抽样程序)在频率轴(x 轴)上的频率范围和分辨率取决于采样速率和数据记录的长

度(采样点数)。功率谱图上的频率点数或谱线数为N/2 ,N 是信号采样记录中包含的点数。所有的频

点间隔为fSAMPLE/N ,通常称之为频率分辨率或FFT 分辨率: fSAMPLE/N = 1 / (N · (tSAMPLE)

频谱泄漏和窗函数

FFT 分析中常常要用到窗函数。在基于FFT 的测量中正确选择窗函数非常关键。频谱泄漏是由FFT 算

法中的假设造成的,FFT 算法中假设离散时间序列可以精确地在整个时域进行周期延拓,所有包含该离

散时间序列的信号为周期函数,周期与时间序列的长度相关。然而如果时间序列的长度不是信号周期的

整数倍(fIN/fSAMPLE ( NWINDOW/NRECORD) ,假设条件即不成立,就会发生频谱泄漏。绝大多数情况下所处理的是一个未知的平稳信号,不能保证采样点数为周期的整数倍。频谱泄漏使给定频率分量的能量泄

漏到相邻的频率点,从而在测量结果中引入误差。选择合适的窗函数可以减小频谱泄漏效应。

为进一步了解窗函数对频谱的影响,我们考察一下窗函数的频率特性。输入数据通过一个窗函数相当

于原始数据的频谱与窗函数频谱的卷积。窗函数的频谱由一个主瓣和几个旁瓣组成,主瓣以时域信号的

每个频率成份为中心。旁瓣在主瓣的两侧以一定的间隔衰减至零。FFT 产生离散的频谱,出现在FFT 每

个谱线的是在每个谱线上的连续卷积频谱。如果原始信号的频谱成份与FFT 中的谱线完全一致,这种情

况下采样数据的长度为信号周期的整数倍,频谱中只有主瓣。没有出现旁瓣的原因是旁瓣正处在窗函数

主瓣两侧采样频率间隔处的零分量点。如果时间序列的长度不是周期的整数倍,窗函数的连续频谱将偏

离主瓣的中心,频率偏移量对应着信号频率和FFT 频率分辨率的差异,这个偏移导致了频谱中出现旁

瓣,所以,窗函数的旁瓣特性直接影响着各频谱分量向相邻频谱的泄漏宽度。

窗函数特性

为简化窗函数的选择,有必要定义一些参数以便对不同的窗进行比较。这些参数有:-3dB 主瓣带

宽、-6dB 主瓣带宽、旁瓣峰值、旁瓣衰减速度(表二)。

功率谱、频率分辨率、频谱泄漏与窗函数 - zhangqianyanshan - zhangqianyanshan的博客

每种窗函数有其自身的特性,不同的窗函数适用于不同的应用。要选择正确的窗函数,必须先估计信

号的频谱成份。如若信号中有许多远离被测频率的强干扰频率分量,应选择旁瓣衰减速度较快的窗函

数;如果强干扰频率分量紧邻被测频率时,应选择旁瓣峰值较小的窗函数;如果被测信号含有两个或两

个以上的频率成份,应选用主瓣很窄的窗函数;如果是单一频率信号,且要求幅度精度较高,则推荐用

宽主瓣的窗函数。对频带较宽或含有多个频率成份的信号则采用连续采样。 绝大多数应用采用汉宁

(Hanning) 窗即可得到满意的结果,因为它具有较好的频率分辨率和抑制频谱泄漏的能力。

动态参数: SNR、 SINAD、 THD、SFDR 与TTIMD

参照上述内容,由FFT 可利用MATLAB 软件计算出功率谱、频谱泄漏、窗函数、SNR、SINAD、

THD、SFDR:

SNR=10*log10(Ps/Pn)

SINAD=10*log10(Ps/(Pn+Pd))

THD=10*log10(Pd/Ph(1))

SFDR=10*log10(Ph(1)/max(Ph(2:10)))

其中:Ps——信号功率、Pn——噪声功率、Pd——由二到五次谐波引起的失调功率、Ph(1)——谐波功

率(基波)、Ph(2:10)——二到九次谐波功率。

功率谱、频率分辨率、频谱泄漏与窗函数 - zhangqianyanshan - zhangqianyanshan的博客

双音互调(TTIMD)的测量非常巧妙,通过功率合成器将两个输入频率相组合产生互调成份,用于模

拟ADC 的互调失真。选择输入频率时必须考虑以下条件去优化互调性能:选择输入滤波器通带以内的

频率;如果选择的两个输入频率非常接近时,还必须选择正确的窗函数。然而如果频率靠得太近,功率

合成器会模拟二次和三次互调产生的全部互调分量;两个输入频率相差太大时可能需要选用频率分辨率

较低的窗函数。

结论

在从高速ADC 中捕获信号并进行分析从而确定数据转换器的动态性能时,需要考虑许多因素。理解

基于FFT 测量的基本知识和相关的计算、频谱泄漏效应,了解如何借助适当的测试设备避免频谱泄漏,

掌握布线技巧就能成功地进行数据采集和分析




  评论这张
 
阅读(317)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017