搜档网
当前位置:搜档网 › 傅里叶变换在信号处理中的应用

傅里叶变换在信号处理中的应用

傅里叶变换在信号处理中的应用
傅里叶变换在信号处理中的应用

傅里叶变换在信号处理中的应用

姓名董柱班级电气工程及其自动化学号1109141013

摘要:

傅里叶变换是一种特殊的积分变换。通过傅里叶变换把信号的从时域变换到频域研究,采用频域法较之经典时域的方法有很多突出的优点,虽然傅里叶分析不是信息科学与技术领域中唯一的变换域方法,但是不得不承认,在此领域中,傅里叶变换分析始终有着广泛的应用,通过傅里叶变换实现信号的滤波,调制,抽样是傅里叶变换在信号处理中最主要的作用。通过对信号的调制可以将信号的低频成分调制到高频,实现频谱搬移,减少马间串扰,提高抗噪声新能,有利于信号的远距离传输,另外,对信号采样可以使连续信号离散化,有利于用计算机对信号进行处理,总之,傅里叶变换在信号处理中有着非常重要的作用。傅里叶变换是学习其他频域变换的基础。

关键词:

傅里叶变换,时域,频域,信号处理,信息科学与技术,滤波,调制,抽样。

一傅里叶变换

1.定义

f(t)是t的函数,如果t满足狄里赫莱条件:具有有限个间断点;具有有限个极值点;绝对可积。则有下图①式成立。称为积分运算f(t)的傅立叶变换,

②式的积分运算叫做F(ω)的傅立叶逆变换。F(ω)叫做f(t)的像函数,f(t)叫做

F(ω)的像原函数。F(ω)是f(t)的像。f(t)是F(ω)原像。

傅里叶变换

傅里叶逆变换

2.分类

连续傅立叶变换:一般情况下,若“傅立叶变换”一词的前面未加任何限定语,则指的是“连续傅立叶变换”。“连续傅立叶变换”将平方可积的函数f(t) 表示成复指数函数的积分或级数形式。

f(t) = \mathcal^[F(ω)] = \frac{\sqrt{2π}}

\int\limits_{-\infty}^\infty F(ω)e^{iωt}\,dω.

上式其实表示的是连续傅立叶变换的逆变换,即将时间域的函数f(t)表示为频率域的函数F(ω)的积分。反过来,其正变换恰好是将频率域的函数F(ω)表示为时间域的函数f(t)的积分形式。一般可称函数f(t)为原函数,而称函数F(ω)为傅立叶变换的像函数,原函数和像函数构成一个傅立叶变换对(transform pair)。

一种对连续傅立叶变换的推广称为分数傅立叶变换(Fractional Fourier Transform)。

当f(t)为奇函数(或偶函数)时,其余弦(或正弦)分量将消亡,而可以称这时的变换为余弦转换(cosine transform) 或正弦转换(sine transform)。

另一个值得注意的性质是,当f(t) 为纯实函数时,F(?ω) = F(ω)*成立。

离散傅立叶变换:为了在科学计算和数字信号处理等领域使用计算机进行傅立叶变换,必须将函数xn定义在离散点而非连续域内,且须满足有限性或周期性条件。这种情况下,使用离散傅立叶变换,将函数 xn 表示为下面的求和形式:

x_n = \frac1 \sum_{k=0}^ X_k e^{i\frac{2\pi} kn} \qquad n =

0,\dots,N-1

其中Xk是傅立叶振幅。直接使用这个公式计算的计算复杂度为

\mathcal(n^2),而快速傅立叶变换(FFT)可以将复杂度改进为\mathcal(n \log n)。计算复杂度的降低以及数字电路计算能力的发展使得DFT成为在信号处理领域十分实用且重要的方法。

3 Fourier变换的意义

傅立叶变换原理表明:任何连续测量的时序或信号,都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。而根据该原理创立的傅立叶变换算法利用直接测量到的原始信号,以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位。

和傅立叶变换算法对应的是反傅立叶变换算法。该反变换从本质上说也是一种累加处理,这样就可以将单独改变的正弦波信号转换成一个信号。

因此,可以说,傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号(信号的频谱),可以利用一些工具对这些频域信号进行处理、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。

傅里叶变换的应用领域广泛,谱估计就是对各种信号进行频谱分析,或将时间域信号转换为频率域信号进行处理。例如通过对环境噪声的谱分析,可以确定主要频率成分,了解噪声的成因,找出降低噪声的对策;对振动信号的谱分析,

可了解振动物体的特性,为设计或故障诊断提供资料和数据。对于高保真音乐和

电视这样的宽带信号转到频率域后极大多数能量集中在直流和低频部分,就可把

频谱中的大部分成分滤去,从而压缩信号频带。

二.用MATLAB对常见信号的Fourier变换分析

1冲激信号[4]

冲激函数是最基本的函数,其傅里叶变换是系统函数,只要知道系统函数,那么通过这个系统的输出函数并可以确定。

在Matlab中产生冲激函数和其傅里叶变换的程序如下:

M=10;

T=10;

N=2^M;

dt=T/N;

n=0:N-1;

t=n*dt;

w=zeros(size(t));

w(100:105)=100;

subplot(211);

plot(t,w,'b','LineWidth',2.5);

title(‘冲激函数');

xlabel('t/s--->'); ylabel('y/m');

Subplot(212);

W=fft(w);

W=fftshift(W);

plot(t,abs(W),'b','LineWidth',2.5);

title('冲激函数的傅里叶变换');

xlabel('w--->'); ylabel('y/m');

其时域图像和频域图像如图1所示

图1冲激函数的时域和频谱

图像分析:

从图中可以看出,冲激信号的频率为0处的分量最大,然后向两端快速衰减,表明脉冲信号中实际占主导地位的其实是直流分量。

2余弦信号

我们已经知道,任何信号都可以分解成为不同频率的正或余弦信号的叠加,那么现在研究余弦信号的时域和频域特性[4]。

用Matlab可以产生余弦信号并分析其频谱的特性。

Matlab程序:

M=10;

N=2^M;

t=linspace(-10,10,N);

xcos=cos(3*t);

subplot(211)

plot(t,xcos);

title('余弦信号的时域图像');

xlabel('t/s');ylabel('y/m')

subplot(212)

plot(t,abs(fftshift(fft(xcos))));

title('余弦信号的频域图像')

xlabel('w/(rad/s)');ylabel('y/m')

余弦信号的时域图像与频域图像如图2所示

图2 余弦函数的时域和频谱

.3 频率突变信号

频率突变信号在现实生活总很常见,下面用Matlab来产生频率突变信号[5]和

分析其傅里叶变换。

Matlab程序:

M=8;

N=2^M;

t=linspace(-10,10,N);

s1=find(t<.0);

x(s1)=cos(2*pi*6*t(s1));

s2=find(t>=.0);

x(s2)=cos(2*pi*3*t(s2));

subplot(211);

plot(t,x);

title('频率突变信号');

xlabel('t/s');

ylabel('y/m')

subplot(212);

X= fft(x);

X=fftshift(X);

plot(t,abs(X);

title('频率突变信号的傅里叶变换图像');

xlabel('f/hz');

ylabel('y/m')

其图像如图3所示

图3 频率突变信号的时域和频谱

图象分析:

频率突变信号的频率在3和5的位置对应的幅值特别高。因此标记出这两个频谱峰值对应的频率分量,正好可以验证信号的频率成份。

4 高斯信号

在信号中,常会伴随着噪声,而高斯噪声[5]是常见的噪声,研究它的特性对于消除噪声有很大的意义。

Matlab程序如下:

M=10;

N=2^M;

t=linspace(-10,10,N);

a=1/4;

g=exp(-a*t.^2);

subplot(211)

plot(t,g)

title('高斯信号的时域图像');

xlabel('t/s');

ylabel('y/m');

subplot(212)

G=fft(g);

G=fftshift(G);

plot(t,abs(G));

title('高斯信号的频域图像')

xlabel('f/Hz');

ylabel('y/m');

高斯信号的时域和频域图像如图3所示

图4高斯信号的时域和频域图像

图像分析:

这是一个正态分布函数,具有单峰性,归一性。其傅立叶变换函数的图象中,只有频率为0的地方有极大的峰值,说明小概率时间发生的机会是极小的,越向原点,时间发生的可能性越大。

5随机序列

研究随机序列[4]有很大的意义,在数字信号的传输过程中,往往会产生噪声,而噪声并是随机序列,研究其特性对消除噪声有很大的意义

利用MATLAB很容易产生两类随机信号:

Rand(1,N)在区间[0,1]上产生N点均匀分布的随机序列

Randn(1,N)产生均值为0,方差为1的高斯随机序列,也就是白噪声序列例如下图表示点数为32点的均匀分布的随机序列与高斯随机序列,其Matlab 仿真结果如图下所示,其中图3.1和图3.2分别表示序列一和序列二的时域和频域图像。

用Matlab产生的随即序列和其傅里叶变换的程序如下图所示

clear all;

N=32;

x_rand=rand(1,N);

x_randn=randn(1,N);

xn=0:N-1;

figure(1)

subplot(2,1,1);stem(xn,x_rand);title('系列1的时域图像')

subplot(2,1,2);stem(xn,abs(fftshift(fft(x_rand))));title('系列1的频域图像')

figure(2)

subplot(2,1,1);stem(xn,x_randn);title('系列2的时域图像')

subplot(2,1,2);stem(xn,abs(fftshift(fft(x_randn))));title('系列2的频域图像')

图5.1序列一的时域和频域图像

图5.2序列二的时域和频域图像

6利用窗函数对信号消燥

信号在传输过程中,受到噪声的干扰,则在接收端得到的信号由于受到噪

声的干扰,信号将难以辨识。消燥的方法很多,下面介绍用窗函数对信号的消燥[6]。

使用窗函数可以控制频谱的主瓣宽度、旁瓣抑制度等参数,达到消除噪声对原信号的影响,更好地进行波形频谱分析。而将窗函数与信号的时域波形或频谱进行相乘的过程,称为对信号做时域加窗或频域加窗。

Matlab信号处理工具箱中计算窗函数的指令是“window”.其用法是:window

w=window(fhandle,n)

w=window(fhandle,n,winpot)

下面举例说明利用窗函数对信号的消燥的应用。

对一个50Hz,振幅为1的正弦波的合成波形进行频谱分析,要求分析的频率范围为0~100Hz,频率分辨率为1Hz。

根据分析的频率范围可以确定信号的时域采样率为为fs=200 Hz,时间分辨率为T=1/fs=5ms。而根据频率分辨率可以得到信号的时域截断长度为L=1/f=1s。因此,对截断信号的采样点数为N=fs/f+1 =201.现分别用矩形窗,海明窗和汉

宁窗进行时域加窗,然后观察幅度谱曲线。程序如下:

fs=200;%采样率

Delta_f=1;%频率分辨率

T=1/fs;%时间分辨率

M=256;

L=1/Delta_f;%时域截取长度

N=floor(fs/Delta_f)+1;%计算截断信号的采样点数

t=0:T:L;%截取时间段和采样时间点

freq=0:Delta_f:fs;%分析的频率范围和频率分辨率

f_t=(sin(2*pi*50*t)+0.7*sin(2*pi*75*t))+randn(1,M);%在截取范围内的分析的信号时域波形

f_t_rectwin=rectwin(N).*f_t; %时域加窗:矩形窗

f_t_hamming=hamming(N).*f_t; %时域加窗:海明窗

f_t_hann=hann(N).*f_t; %时域加窗:汉宁窗

F_w_rectwim=T.*fft(f_t_rectwin,N)+eps;

%作N点DFT,乘以采样时间间隔T得到频谱

F_w_hamming=T.*fft(f_t_hamming,N)+eps;%加海明窗的频谱

F_w_hann=T.*fft(f_t_hann,N)+eps; %加汉宁窗的频谱

figure(1);

subplot(2,2,1);plot(t,f_t);title( 'Original Signal');

subplot(2,2,2);plot(t,f_t_rectwim);title('rectwim Windowing');

subplot(2,2,3);plot(t,f_t_hamming);title('hamming Windowing');

subplot(2,2,4);plot(t,f_t_hann);title('hanning Windowing');

figure(2);

subplot(3,1,1);semilogy(freq,abs(F_w_rectwin));

title('rectwim Windowing Spectrum');

axis([0,200,1e-4,1]);grid on;

subplot(3,1,2);semilogy(freq,abs(F_w_hamming));

title('rectwim Windowing Spectrum');

axis([0,200,1e-4,1]);grid on;

subplot(3,1,3);semilogy(freq,abs(F_w_hann));

title('rectwim Windowing Spectrum');

axis([0,200,1e-4,1]);grid on;

程序运行后,得出原始信号以及加窗后信号的时域、频域图分别如图6.1和6.2所示。事实上,加矩形窗等价于截取时不作加窗处理。从图中三种加窗后的幅度谱估计曲线来看,加海明窗和加汉宁窗后的估计精度都比矩形窗的要高。

图6.1信号的时域图

图6.2加窗后

信号的频谱图

7 对200年太阳黑子活动情况的分析

在Matlab工具箱中有200年太阳黑子的数据[7],利用这段数据对太阳黑子的规律进行分析

Matlab程序:

load sunspot.dat %系统提供的历史数据,为20*2

矩阵

year=sunspot(:,1); %分解所得得年份数据

wolfer=sunspot(:,2); %分解所得的活动数据。

subplot(211)

plot(year,wolfer);

title('太阳黑子数据')

subplot(212)

plot(year,abs(fftshift(fft(wolfer))))

title('太阳黑子的频域图像')

其结果如图

7所示

傅里叶变换到计算机实现

傅里叶变换到计算机实现 2013/8/16 Guan Jun 就拿我自身的例子来说,开始接触FFT (快速傅里叶变换)的时候并不是很熟悉,但是这种计算方法的确实很好用。那么,这个doc 我想说的就是,如何从三角变换到FFT 。 01 11 ()(c o s ()s i n ()) n n n f x a a n t b n t ωω+∞ ==++∑,这是说一个周期性函数(T 1)可以分解为不同频率的三角函数的叠加,1 1 1 1 11cos()(e e )/2,sin()(e e )/2jn t jn t jn t jn t n t n t j ωωωωωω--=+=-,带到原函数中,经过整理,令1()()/2n n F n a jb ω=-,1 1()()e jn t f x F n ωω+∞-∞ =∑,再把,n n a b 的表达式(高数书或者 信号与系统说的很清楚)带入1()F n ω中,我们就可以得到11 111 ()()e jn t T F n f x dt T ωω-= ?。以上是周期性函数的傅里叶变换,注意的是1()F n ω画出来的图是:在x 轴上频率ω的坐标为 11111...2,1,0,1,2... n ωωωωωω==--,即一系列间隔为1ω的点,另外也就是说,周期函数的傅里叶变换为频域之后,是分立的频谱,不是连续的。举个栗子,cos(2)x π函数是周期性函数吧,其频率(角频率)为2π,也可写成1,也就是在11f ω±±或者会有值,其余地方就没有。其实到这里,真的不难,因为求1()F n ω也就是带入公式的事么,不借助软件我们都能算好。但是,偏偏有那么一些人没事干非要去研究非周期性函数的傅里叶函数,然后搞出一大堆理论,让我们去学… 废话不多说,如果是非周期性,是不是可以理解为周期无限大?这里的非周期函数也可由周期函数组成,例如在-1x ≤≤1上,()cos(2)f x x π=,其余等0.这是不是非周期性函数?答案很显然.如果非周期性,那么公式不再适用,为什么?这得问数学系的人了。怎么办,把公式变变,1T 移到左边,1n ωω写成(此时频谱是连续的了,为什么,我也不晓得…)那么我 们就将看到最为熟悉的函数:+-()()e j t F f x dt ωω∞ -∞ = ? ,+-1 ()()e 2j t f x F d ωωωπ ∞ ∞ = ?(也有书本写成: +2-()()e j ft F f f x dt π∞ -∞ = ? ,+2-()()e j ft f x F f d f π∞ ∞ = ?).就是把f ωπ写成2,而()() F F f ω中的坐标换成 自此,我们就开始学习一大堆公式,性质啊,我觉得这些性质不是不重要,而是没有实际的 应用!为什么我这么说,因为我们用傅里叶变换,是为了什么?服务于我们的数据,没错,是数据!一堆数据给你,你能看出这函数包含的频率?你能提炼出原函数吗?Okay ,你什么都没有,怎么办,望洋兴叹。 最近写的论文中,我就用到了FFT ,我有图像的曲线,有曲线的数据,而且曲线明显是正余弦函数(只相差/2π相位).大概的频率我也能看出来,但是!这个曲线并不完美,有瑕疵,但是我束手无策,这时计算机粉墨登场了,经过分析我也看出原来还是有很小的其他频率成分包含在里面。也许对傅里叶变换感兴趣的童鞋看过不少人的介绍,说时间连续,时间不连续,频谱连续,频谱不连续。2?2=4,这4种绕来绕去足以崩溃你(这里崩溃作动词).其实,时间连续,就是我上面讲的两种,但一个是周期性函数,一个是非周期,对应的频谱就是分立,连续。那么时间(有时候不一定是时间,也可能是位置)不连续怎么办,其实大多数应用的就是这种方法,就是我们说的采谱,说简单点就是每隔一段时间(距离)采一个点,采点间隔相同,一个点一个值.

傅里叶变换在信号处理中的应用

傅里叶变换在信号处理中的应用 傅里叶变换在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、

概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用(例如在信号处理中,傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值谱——显示与频率对应的幅值大小)。 尽管最初傅立叶分析是作为热过程的解析分析的工具,但是其思想方法仍然具有典型的还原论和分析主义的特征。"任意"的函数通过一定的分解,都能够表示为正弦函数的线性组合的形式,而正弦函数在物理上是被充分研究而相对简单的函数类,这一想法跟化学上的原子论想法何其相似!奇妙的是,现代数学发现傅立叶变换具有非常好的性质,使得它如此的好用和有用,让人不得不感叹造物的神奇: 1.傅立叶变换是线性算子,若赋予适当的范数,它还是酉算子; 2.傅立叶变换的逆变换容易求出,而且形式与正变换非常类似; 3.正弦基函数是微分运算的本征函数,从而使得线性微分方程的求解可以转化为常系数的代数方程的求解.在线性时不变的物理系统内,频率是个不变的性质,从而系统对于复杂激励的响应可以通过组合其对不同频率正弦信号的响应来获取; 4.著名的卷积定理指出:傅立叶变换可以化复杂的卷积运算为简单的乘积运算,从而提供了计算卷积的一种简单手段; 5.离散形式的傅立叶变换可以利用数字计算机快速的算出(其算法称为快速傅立叶变换算法(FFT)). 正是由于上述的良好性质,傅里叶变换在物理学、数论、组合数学、信号处理、概率、统计、密码学、声学、光学等领域都有着广泛的应用。

有関傅立叶变换的FPGA实现 傅立叶变换是数字信号处理中的基本操作,广泛应用于表述及分析离散时域信号领域。但由于其运算量与变换点数N的平方成正比关系,因此,在N较大时,直接应用DFT算法进行谱变换是不切合实际的。然而,快速傅立叶变换技术的出现使情况发生了根本性的变化。本文主要描述了采用FPGA来实现2k/4k/8k点FFT的设计方法。 离散傅里叶变换的应用 DFT在诸多多领域中有着重要应用,下面仅是颉取的几个例子。需要指出的是,所有DFT的实际应用都依赖于计算离散傅里叶变换及其逆变换的快速算法,即快速傅里叶变换(快速傅里叶变换(即FFT)是计算离散傅里叶变换及其逆变换的快速算法。)。 1.频谱分析 DFT是连续傅里叶变换的近似。因此可以对连续信号x(t)均匀采样并截断以得到有限长的离散序列,对这一序列作离散傅里叶变换,可以分析连续信号x(t)频谱的性质。前面还提到DFT应用于频谱分析需要注意的两个问题:即采样可能导致信号混叠和截断信号引起的频谱泄漏。可以通过选择适当的采样频率(见奈奎斯特频率)消减混叠。选择适当的序列长度并加窗可以抑制频谱泄漏。 2.数据压缩 由于人类感官的分辨能力存在极限,因此很多有损压缩算法利用

傅里叶变换在信号处理中的应用

傅里叶变换在信号处理中的应用 姓名董柱班级电气工程及其自动化学号1109141013 摘要: 傅里叶变换是一种特殊的积分变换。通过傅里叶变换把信号的从时域变换到频域研究,采用频域法较之经典时域的方法有很多突出的优点,虽然傅里叶分析不是信息科学与技术领域中唯一的变换域方法,但是不得不承认,在此领域中,傅里叶变换分析始终有着广泛的应用,通过傅里叶变换实现信号的滤波,调制,抽样是傅里叶变换在信号处理中最主要的作用。通过对信号的调制可以将信号的低频成分调制到高频,实现频谱搬移,减少马间串扰,提高抗噪声新能,有利于信号的远距离传输,另外,对信号采样可以使连续信号离散化,有利于用计算机对信号进行处理,总之,傅里叶变换在信号处理中有着非常重要的作用。傅里叶变换是学习其他频域变换的基础。 关键词: 傅里叶变换,时域,频域,信号处理,信息科学与技术,滤波,调制,抽样。 一傅里叶变换 1.定义 f(t)是t的函数,如果t满足狄里赫莱条件:具有有限个间断点;具有有限个极值点;绝对可积。则有下图①式成立。称为积分运算f(t)的傅立叶变换, ②式的积分运算叫做F(ω)的傅立叶逆变换。F(ω)叫做f(t)的像函数,f(t)叫做 F(ω)的像原函数。F(ω)是f(t)的像。f(t)是F(ω)原像。 ① 傅里叶变换 傅里叶逆变换 2.分类 连续傅立叶变换:一般情况下,若“傅立叶变换”一词的前面未加任何限定语,则指的是“连续傅立叶变换”。“连续傅立叶变换”将平方可积的函数f(t) 表示成复指数函数的积分或级数形式。 f(t) = \mathcal^[F(ω)] = \frac{\sqrt{2π}} \int\limits_{-\infty}^\infty F(ω)e^{iωt}\,dω.

傅里叶变换在信号与系统系统中的应用

河北联合大学 本科毕业设计(论文) 题目傅里叶变换在信号与系统中的应用 院系理学院 专业班级07数学一班 学生姓名刘帅 学生学号200710050113 指导教师佟玉霞 2011年5月24日

题目傅里叶变换在信号与系统中的应用 专业数学与应用数学姓名刘帅学号200710050113 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容 傅里叶变换是一种重要的变换,且在与通信相关的信号与系统中有着广泛的应用。本文主要研究傅里叶变换的基本原理;其次,掌握其在滤波,调制、解调,抽样等方面中的应用。分析了信号在通信系统中的处理方法,通过傅里叶变换推导出信号调制解调的原理,由此引出对频分复用通信系统的组成原理的介绍。 基本要求 通过傅里叶变换实现一个高通滤波,低通滤波,带通滤波。用傅里叶变换推导出信号调制解调的原理。通过抽样实现连续信号离散化,简化计算。另外利用调制的原理推导出通信系统中的时分复用和频分复用。 参考资料 [1]《信号与系统理论、方法和应用》徐守时著中国科技大学出版社 2006年3月修订二版 [2]《信号与系统》第二版上、下册郑君里、应启珩、杨为理著高等教育出版社 [3]《通信系统》第四版 Simon Haykin 著宋铁成、徐平平、徐智勇等译沈 连丰审校电子工业出版社 [4]《信号与系统—连续与离散》第四版 Rodger E.Ziemer 等著肖志涛等译 腾建辅审校电子工业出版社 [5]《现代通信原理》陶亚雄主编电子工业出版社 [6]《信号与系统》乐正友著清华大学出版社 [7]《信号与线性系统》阎鸿森、王新风、田惠生编西安交通大学出版社 [8]《信号与线性系统》张卫钢主编郑晶、徐琨、徐建民副主编西安电 子科技大学出版社 [9] https://www.sodocs.net/doc/0517778961.html,/view/191871.htm//百度百科傅里叶变换 [10]《通信原理》第六版樊昌信曹丽娜编著国防工业出版社 [11]A.V.Oppenheim,A.S.Willsky with S.H.Nawab.Siganals and systems(Second edition).Prentice-Hall,1997.中译:刘树棠。信号与系统。西安交通工业大学出版社 完成期限 指导教师 专业负责人

实验二 快速傅里叶变换(FFT)及其应用

《数字信号处理》课程 (2010-2011学年第1学期)成绩: 实验二快速傅里叶变换(FFT)及其应用 学生姓名:闫春遐 所在院系:电子信息工程学院自动化系 年级专业:2008级自动化系 学号:00824049 指导教师:王亮 完成日期:2010年9月27日

实验二 快速傅里叶变换(FFT )及其应用 一、实验目的 (1)在理论学习的基础上,通过本实验,加深对FFT 的理解,熟悉MATLAB 中的有关函数。 (2)应用FFT 对典型信号进行频谱分析。 (3)了解应用FFT 进行信号频谱分析过程可能出现的问题,以便在实际中正确应用FFT 。 (4)应用FFT 实现序列的线性卷积和相关。 二、实验内容 实验中用到的信号序列: a )高斯序列 2 ()015()0 n p q a e n x n --??≤≤=???其他 b )衰减正弦序列 sin(2)015 ()0an b e fn n x n π-?≤≤=?? 其他 c )三角波序列 03()847 0c n n x n n n ≤≤?? =-≤≤??? 其他 d )反三角波序列 403()447 0d n n x n n n -≤≤?? =-≤≤??? 其他 上机实验内容: (1)观察高斯序列的时域和幅频特性,固定信号()a x n 中参数8p =,改变q 的值,使q 分别等于2、4、8,观察他们的时域和幅频特性,了解当q 取不同值时,对信号的时域和幅频特性的影响;固定8q =,改变p ,使p 分别等于8、13、

14,观察参数p变化对信号序列的时域及幅频特性的影响,注意p等于多少时,会发生明显的泄漏现象,混叠是否也随之出现?记录实验中观察到的现象,绘出相应的时域序列和幅频特性曲线。 解答: >> n=0:1:15; >> xn=exp(-(n-8).^2/2); >> subplot(1,2,1);stem(n,xn);xlabel('t/T');ylabel('x(n)'); >> xk1=fft(xn);xk1=abs(xk1); >> subplot(1,2,2);stem(n,xk1);xlabel('k');ylabel('X(k)'); >> xn=exp(-(n-8).^2/4); >> subplot(1,2,1);stem(n,xn);xlabel('t/T');ylabel('x(n)'); >> xk1=fft(xn);xk1=abs(xk1); >> subplot(1,2,2);stem(n,xk1);xlabel('k');ylabel('X(k)');

傅里叶变换及应用

傅里叶变换在MATLZB里的应用 摘要:在现代数学中,傅里叶变换是一种非常重要的变换,且在数字信号处理中有着广泛的应用。本文首先介绍了傅里叶变换的基本概念、性质及发展情况;其次,详细介绍了分离变数法及积分变换法在解数学物理方程中的应用。傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号,再利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。应用MATLAB实现信号的谱分析和对信号消噪。 关键词:傅里叶变换;MA TLAB软件;信号消噪 Abstract: In modern mathematics,Fourier transform is a transform is very important ,And has been widely used in digital signal processing.This paper first introduces the basic concepts, properties and development situation of Fourier transform ;Secondly, introduces in detail the method of separation of variables and integral transform method in solving equations in Mathematical Physics.Fourier transformation makes the original time domain signal whose analysis is difficult easy, by transforming it into frequency domain signal that can be transformed into time domain signal by inverse transformation of Fourier. Using Mat lab realizes signal spectral analysis and signal denoising. Key word: Fourier transformation, software of mat lab ,signal denoising 1、傅里叶变换的提出及发展 在自然科学和工程技术中为了把较复杂的运算转化为较简单的运算,人们常常采用所谓变换的方法来达到目的"例如在初等数学中,数量的乘积和商可以通过对数变换化为较简单的加法和减法运算。在工程数学里积分变换能够将分析运算(如微分,积分)转化为代数运算,正是积分变换这一特性,使得它在微分方程和其它方程的求解中成为重要方法之一。 1804年,法国科学家J-.B.-J.傅里叶由于当时工业上处理金属的需要,开始从事热流动的研究"他在题为<<热的解析理论>>一文中,发展了热流动方程,并且指出如何求解"在求解过程中,他提出了任意周期函数都可以用三角级数来表示的想法。他的这种

傅里叶变换的应用

傅立叶变换在图像处理中有非常非常的作用。因为不仅傅立叶分析涉及图像处理的很多方面,傅立叶的改进算法, 比如离散余弦变换,gabor与小波在图像处理中也有重要的分量。 印象中,傅立叶变换在图像处理以下几个话题都有重要作用: 1.图像增强与图像去噪 绝大部分噪音都是图像的高频分量,通过低通滤波器来滤除高频——噪声; 边缘也是图像的高频分量,可以通过添加高频分量来增强原始图像的边缘; 2.图像分割之边缘检测 提取图像高频分量 3.图像特征提取: 形状特征:傅里叶描述子 纹理特征:直接通过傅里叶系数来计算纹理特征 其他特征:将提取的特征值进行傅里叶变换来使特征具有平移、伸缩、旋转不变性 4.图像压缩 可以直接通过傅里叶系数来压缩数据;常用的离散余弦变换是傅立叶变换的实变换; 傅立叶变换 傅里叶变换是将时域信号分解为不同频率的正弦信号或余弦函数叠加之和。连续情况下要求原始信号在一个周期内满足绝对可积条件。离散情况下,傅里叶变换一定存在。冈萨雷斯版<图像处理>里面的解释非常形象:一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器,每个成分的颜色由波长(或频率)来决定。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜,将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时,讨论它的光谱或频率谱。同样,傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。 傅立叶变换有很多优良的性质。比如线性,对称性(可以用在计算信号的傅里叶变换里面); 时移性:函数在时域中的时移,对应于其在频率域中附加产生的相移,而幅度频谱则保持不变; 频移性:函数在时域中乘以e^jwt,可以使整个频谱搬移w。这个也叫调制定理,通讯里面信号的频分复用需要用到这个特性(将不同的信号调制到不同的频段上同时传输); 卷积定理:时域卷积等于频域乘积;时域乘积等于频域卷积(附加一个系数)。(图像处理里面这个是个重点) 信号在频率域的表现 在频域中,频率越大说明原始信号变化速度越快;频率越小说明原始信号越平缓。当频率为0时,表示直流信号,没有变化。因此,频率的大小反应了信号的变化

快速傅里叶变换在OFDM系统中的应用

快速傅里叶变换在OFDM系统中的应用 李晓亮,王红军 (1.江西鹰潭工业技术研究所,江西鹰潭335001; 2.解放军电子工程学院,安徽合肥 230031) 摘要:本文简要分析了未来OFDM数字通信系统的基本模型和可能采用的信号调制与解调的方法,在此基础上详细地解析了数据序列经过快速傅里叶逆变换/快速傅里叶变换(IFFT/FFT)后的输出结果与M进制数字调制解调之间的联系,并给出了能够实现OFDM调制解调的合适的IFFT/FFT算法,实际仿真结果表明快速傅里叶变换及反变换在未来OFDM技术中具有一定的实用价值。 关键词:正交频分复用技术;调制;解调; IFFT;FFT Application of IFFT /FFT in OFDM Systems LIXiao-liang , WANGHong-jun (1.The Industry Technology Institute, Yingtan 335001,China;2. PLA Electronic Engineering Institute, Hefei230037,China) Abstract: On the basis of the analysis of the basic model of OFDM system and its potential means of modulating and demodulating, this paper discusses the mutual relation of the sequence of data IFFT/FFT and the result of M-modulation and M-demodulation in detail, then gives the appropriate modulation and demodulation algorithm of IFFT/FFT to OFDM system. The simulation result shows the definite importance of IFFT/FFT to OFDM in future practical application. Key words: OFDM technology; Modulation; Demodulation; IFFT; FFT

图像傅里叶变换详解

图像傅里叶变换 冈萨雷斯版<图像处理>里面的解释非常形象:一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器,每个成分的颜色由波长(或频率)来决定。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜,将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时,讨论它的光谱或频率谱。同样, 傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。 Fourier theory讲的就是:任何信号(如图像信号)都可以表示成一系列正弦信号的叠加,在图像领域就是将图像brightness variation 作为正弦变量。比如下图的正弦模式可在单傅里叶中由三个分量编码:频率f、幅值A、相位γ这 三个value可以描述正弦图像中的所有信息。1.frequency frequency在空间域上可由亮度调节,例如左图的frequency比右图的frequency 低…… 2.幅值magnitude(amplitude)sin函数的幅值用于描述对比度,或者说是图像中最明和最暗的峰值之间的差。(一个负幅值表示一个对比逆转,即明暗交换。) 3.相位表示相对于原始波形,这个波形的偏移量(左or右)。=================================================================一个傅里叶变换编码是一系列正弦曲线的编码,他们的频率从0开始(即没有调整,相位为0,平均亮度处),到尼奎斯特频率(即数字图像中可被编码的最高频率,它和像素大小、resolution有关)。傅里叶变换同时将图像中所有频率进行编码:一个只包含一个频率f1的信号在频谱上横坐标f为f1的点处绘制一个单峰值,峰值高度等于对应的振幅amplitude,或者正弦曲线信号的高度。如下图所示。

傅里叶变换和拉普拉斯变换的性质及应用

1.前言 1.1背景 利用变换可简化运算,比如对数变换,极坐标变换等。 类似的,变换也存在于工程,技术领域,它就是积分变换。 积分变换的使用,可以使求解微分方程的过程得到简化, 比如乘积可以转化为卷积。什么是积分变换呢?即为利用 含参变量积分,把一个属于A函数类的函数转化属于B函 数类的一个函数。傅里叶变换和拉普拉斯变换是两种重要 积分变换。分析信号的一种方法是傅立叶变换,傅里叶变换能 够分析信号的成分,也能够利用成分合成信号。可以当做信号 的成分的波形有很多,例如锯齿波,正弦波,方波等等。傅立 叶变换是利用正弦波来作为信号的成分。 拉普拉斯变换最早由法国数学家天文学家 Pierre Simon Laplace (拉普拉斯)(1749-1827)在他的与概率论相关科学研究 中引入,在他的一些基本的关于拉普拉斯变换的结果写在 他的著名作品《概率分析理论》之中。即使在19世纪初, 拉普拉斯变换已经发现,但是关于拉普拉斯变换的相关研 究却一直没什么太大进展,直至一个英国数学家,物理学 家,同时也是一位电气工程师的Oliver Heaviside奥利 弗·亥维赛(1850-1925)在电学相关问题之中引入了算 子运算,而且得到了不少方法与结果,对于解决现实问题 很有好处,这才引起了数学家对算子理论的严格化的兴 趣。之后才创立了现代算子理论。算子理论最初的理论依 据就是拉普拉斯变换的相关理论,拉普拉斯变换相关理论 的继续发展也是得益于算理理论的更进一步发展。这篇文 章就是针对傅里叶变换和拉普拉斯变换的相关定义,相关 性质,以及相关应用做一下简要讨论,并且分析傅里叶变 换和拉普拉斯变换的区别与联系。 1.2预备知识

实验二应用快速傅里叶变换对信号进行频谱分析

实验二、应用快速傅里叶变换对信号进行频谱分析 一、 实验目的 1、 加深对DFT 算法原理和基本性质的理解,熟悉FFT 算法原理。 2、 掌握应用FFT 对信号进行频谱分析的方法。 3、 通过本实验进一步掌握频域采样定理。 4、 了解应用FFT 进行信号频谱分析过程中可能出现的问题,以便在实际中 正确应用FFT 。 二、 实验原理 1、 一个连续时间信号()a x t 的频谱可以用它的傅里叶变换表示为: ()()j t a a X j x t e dt +∞ -Ω-∞ Ω=? 如果对信号进行理想采样,得: ()()a x n x nT =, 其中,T 为采样周期。对()x n 进行Z 变换,得: ()()n n X Z x n z +∞ -=-∞ = ∑ 当jwt z e -=时,我们便得到序列傅氏变换SFT : ()()jw jwn n X e x n e +∞ -=-∞ = ∑ 其中w 称为数字角频率:/s w T F =Ω=Ω。

2、12()[()]jw a m w m X e X j T T T π+∞=-∞=-∑,序列的频谱是 原模拟信号频谱的周期延拓,这样,可以通过分析序列的频谱,得到相应连续信号的频谱。 3、离散傅里叶变换(DFT )能更好的反映序列的频域特性。 当序列()x n 的长度为N 时,它的离散傅氏变换为: 1 0()[()]()N kn N n X k DFT X n x n W -===∑ 它的反变换为: 10 1()[()]()N kn N n x n IDFT X k X k W N --===∑ 比较Z 变换式和DFT 式,令k N z W -=,则 10 ()|()[()]k N N kn N z W n X z x n W DFT X n --====∑ 因此有 ()()|k N z W X k X z -== 即k N W -是z 平面单位圆上幅角为2/w k N π=的点,也即是将单位圆 N 等分后的第k 点。所以()X k 是()x n 的Z 变换在单位圆上的 等距采样,或者说是序列傅氏变换的等距采样。 三、 如何提高估计精度 增大做FFT 运算的点数 四、 幅频特性曲线及结果分析

快速傅里叶变换原理及其应用(快速入门)

快速傅里叶变换的原理及其应用 摘要 快速傅氏变换(FFT),是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现,但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换,可以说是进了一大步。傅里叶变换的理论与方法在“数理方程”、“线性系统分析”、“信号处理、仿真”等很多学科领域都有着广泛应用,由于计算机只能处理有限长度的离散的序列,所以真正在计算机上运算的是一种离散傅里叶变换. 虽然傅里叶运算在各方面计算中有着重要的作用,但是它的计算过于复杂,大量的计算对于系统的运算负担过于庞大,使得一些对于耗电量少,运算速度慢的系统对其敬而远之,然而,快速傅里叶变换的产生,使得傅里叶变换大为简化,在不牺牲耗电量的条件下提高了系统的运算速度,增强了系统的综合能力,提高了运算速度,因此快速傅里叶变换在生产和生活中都有着非常重要的作用,对于学习掌握都有着非常大的意义。 关键词快速傅氏变换;快速算法;简化;广泛应用

Abstract Fast Fourier Transform (FFT), is a discrete fast Fourier transform algorithm, which is based on the Discrete Fourier Transform of odd and even, false, false, and other characteristics of the Discrete Fourier Transform algorithms improvements obtained. Its Fourier transform theory has not found a new, but in the computer system or the application of digital systems Discrete Fourier Transform can be said to be a big step into. Fourier transform theory and methods in the "mathematical equation" and "linear systems analysis" and "signal processing, simulation," and many other areas have a wide range of applications, as the computer can only handle a limited length of the sequence of discrete, so true On the computer's operation is a discrete Fourier transform. Fourier Although all aspects of computing in the calculation has an important role, but its calculation was too complicated, a lot of computing system for calculating the burden is too large for some Less power consumption, the slow speed of operation of its system at arm's length, however, have the fast Fourier transform, Fourier transform greatly simplifying the making, not in power at the expense of the conditions to increase the speed of computing systems, and enhance the system The comprehensive ability to improve the speed of operation, the Fast Fourier Transform in the production and life have a very important role in learning to master all have great significance. Key words Fast Fourier Transform; fast algorithm; simplified; widely used

快速傅里叶变换的应用发展浅述

快速傅里叶变换的应用发展浅述 摘要:快速傅里叶变换是数字信号处理的常用数学工具, 以运算速度快和信噪 比阈值低为特点。随着时代的进步与科技的日新月异,FFT(快速傅里叶变换)已 经广泛应用于现代数字信号处理的各个领域,如雷达信号处理、卫星通信、无线 通信,故障诊断等,本文将对FFT 在各行业的应用进行综合总述。 一 快速傅里叶变换的产生及定义 1.快速傅里叶变换的产生 快速傅里叶变换的产生来源于离散傅里叶变换。有限长序列可以通过离散傅里叶 变换(DFT)将其频域也离散化成有限长序列.但其计算量太大,很难实时地处理问 题,因此引出了快速傅里叶变换(FFT). 1965年,Cooley 和Tukey 提出了计算离散 傅里叶变换(DFT )的快速算法,将DFT 的运算量减少了几个数量级。从此, 对快速傅里叶变换(FFT )算法的研究便不断深入,数字信号处理这门新兴学科 也随FFT 的出现和发展而迅速发展。 2.根据对序列分解与选取方法的不同而产生了FFT 的多种算法,基本算法是基2 DIT 和基2DIF 。FFT 在离散傅里叶反变换、线性卷积和线性相关等方面也有重 要应用。快速傅里叶变换(FFT )是计算离散傅里叶变换(DFT )的快速算法。DFT 的定义式为 )(k X =)()(1 0k R W n x N N n kn N ∑-= 在所有复指数值kn N W 的值全部已算好的情况下,要计算一个)(k X 需要N 次复数 乘法和N -1次复数加法。算出全部N 点)(k X 共需2N 次复数乘法和)1(-N N 次 复数加法。即计算量是与2N 成正比的。 FFT 的基本思想:将大点数的DFT 分解为若干个小点数DFT 的组合,从而 减少运算量。 3. 快速傅里叶变换原理 快速傅里叶变换并不象模拟信号或离散信号的傅里叶变换那样的积分变换,它仅 是离散傅里叶变换的快速算法,它是在196年由美国的库里( C o o l e y ,J .W .) 和图基( J .W .Tu k e y ) [ 二人提 出来的,它的出现使博里叶变换的数字实现 大为提高.使信号分析的面貌 为之改观,具有极大的科学价值。

MATLAB离散傅里叶变换及应用资料

MATLAB 离散傅里叶变换及应用 一、DFT 与IDFT 、DFS 、DTFT 的联系 1、 序列的傅里叶变换(DFT)和逆变换(IDFT) 在实际中常常使用有限长序列。如果有限长序列信号为x(n),则该序列的离散傅里叶变换对可以表示为 1N ,0,1,k , W x(n)DFT [x(n)]X(k)1 N 0n nk N -===∑-= (12-1) 1N ,0,1,n , W X(k)N 1IDFT[X(k)]x(n)1N 0 k nk N -===∑-=- (12-2) 已知x(n)=[0,1,2,3,4,5,6,7],求x(n)的DFT 和IDFT 。要求: (1)画出序列傅里叶变换对应的|X(k)|和arg [X(k)]图形。 (2)画出原信号与傅里叶逆变换IDFT [X(k)]图形进行比较。 程序源代码: xn=[0,1,2,3,4,5,6,7]; N=length(xn); n=0:(N-1);k=0:(N-1); Xk=xn*exp(-j*2*pi/N).^(n'*k); x=(Xk*exp(j*2*pi/N).^(n'*k))/N; subplot(2,2,1),stem(n,xn); title('x(n)');

subplot(2,2,2),stem(n,abs(x)); title('IDFT|X(k)|'); subplot(2,2,3),stem(k,abs(Xk)); title('|X(k)|'); subplot(2,2,4),stem(k,angle(Xk)); title('arg|X(k)|'); 运行图如下: x(n) IDFT|X (k)| 2 4 6 8 |X (k)| 2 4 6 8 arg|X (k)| 从得到的结果可见,与周期序列不同的是,有限长序列本身是仅有N 点的离散序列,相当于周期序列的主值部分。因此,其频谱也对应序列的主值部分,是含N 点的离散序列。 2、 序列DFT 与周期序列DFS 已知周期序列的主值x(n)=[0,1,2,3,4,5,6,7],

快速傅里叶变换及其应用

实验三快速傅里叶变换及其应用 04012636 陈郁蕾 一.实验目的 1.在理论学习的基础上,通过本实验,加深对FFT的理解,熟悉MATLAB中的有关函数。 2.应用FFT对典型信号进行频谱分析。 3.了解应用FFT进行信号频谱分析过程中可能出现的问题,以便在实际中正确应用FFT。 4.应用FFT实现序列的线性卷积和相关。 二.实验原理 1.混叠 采样序列的频谱是被采样信号频谱的周期延拓,当采样频率不满足奈奎斯特采样定理的时候,就会发生混叠,使得刺痒后的序列信号的频谱不能真实的反映原采样信号的频谱。 2.泄漏 根据理论分析,一个时间的信号其频带宽度为无限,一个时间无限的信号其频带宽度则为有限。因此对一个时间有限的信号,应用DFT进行分析,频谱混叠难以避免。对一个时间无限的信号虽然频带有限,但在实际运算中,时间总是取有限值,在将信号截断的过程中,出现了展谱线的现象,称之为频谱泄漏或功率泄漏。 3.栅栏效应 DFT是对单位圆上Z变换的均匀采样,所以它不可能将频谱视为一个连续函数,就在一定意义上看,用DFT来观察频谱就好象通过一个栅栏来观看一个景象一样,只能在离散点上看到真实的频谱,这样就有可能发生一些频谱的峰点和谷点被“尖桩的栅栏” 所挡住,不能被我们观察到。 4.圆周卷积 把序列X(N)分布在N等份的圆周上,而序列Y(N)经反摺后也分布在另一个具有N等份的同心圆的圆周上。两圆上对应的数两量两相乘求和,就得到全部卷积序列。 这个卷积过程称做圆周卷积。 5.互相关函数 反映了两个序列X(N)和Y(N)的相似程度,用FFT可以很快的计算互相关函数。 三.实验内容及结果 1.观察高斯序列的时域和幅频特性,固定信号xa(n)中参数p=8,改变q的值,使 q分别等于2,4,8,观察他们的时域和幅频特性,了解当q取不同值时,对信号序列的时域和幅频特性影响;改变p,使p分别等于8,13,14,观察参数p变化对信号序列的时域和幅频特性影响,注意p等于多少时,会发生明显的泄漏现象,混叠是否也随之出现?记录实验中观察到的现象,绘出相应的时域序列和幅频特性曲线。 1.1幅频特性曲线 1.1.1p=8,q=2

傅里叶变换及其在图像处理中的应用

傅里叶变换及其在数字图像处理中的应用 王家硕 学号:1252015 一、 Fourier 变换 1. 一维连续傅里叶变换 设 f (x)为x 的实变函数,如果f (x)满足下面的狄里赫莱条件: (1)具有有限个间隔点。 (2)具有有限个极点。 (3)绝对可积。 则 f (x )的傅里叶变换(Fourier Transformation ,FT )定义为: Fourier 正变换:dt e t f t f f F t j ? +∞ ∞ --==ωω)()]([)(; Fourier 逆变换:ωωπ ωd e f t F f t f t j ? ∞ +∞ ---= =)(21)]([)(1 , 式中:1-= j ,ω 为频域变量。 f (x )与F (w )构成傅里叶变换对,可以证明傅里叶变换对总是存在的。由于f (x )为实函数,则它的傅里叶变换F (w )通常是复函数,于是F (w )可写成 F (w ) = R (w ) + j I (w ) (1) 式中:R (w )和I (w )分别是F (w )的实部和虚部。公式1可表示为指数形式: 式中: F (w ) 为f (x )的傅里叶幅度谱,f (w )为f (x )的相位谱。 2. 二维连续傅里叶变换 如果二维函数f (x , y )是连续可积的,即∞

快速傅里叶变换FFT算法源码经典

快速傅里叶变换FFT算法及其应用 摘要 本文较为系统地阐述了快速傅里叶变换的算法原理及其在数字信号处理等 工程技术中的应用。根据抽取方法的不同,一维基2 FFT算法分为两种:频域抽取的FFT算法和时频域抽取的FFT算法。第1节阐述了这两种FFT算法的原理。第2节给出了两种算法的编程思想和步骤。第3节阐述了一维非基2 FFT的两种算法:Cooley-tukey FFT算法和素因子算法(Prime Factor Algorithm)的思想原理,给出了在把一维非基2 DFT的多层分解式转化为二层分解的过程中,如何综合运用这两种算法以达到总运算次数最少的方案;并以20点DFT为例描述了非基2 FFT算法实现的一般步骤。第4节介绍了一维FFT算法在计算连续时间信号的傅里叶变换、离散信号的线性卷积、离散信号压缩和滤波等数字信号处理中的典型应用。第5节把一维FFT变换推广到二维FFT变换,并在一维FFT算法的基础上,给出了二维FFT算法的原理和实现过程。最后在附录中给出了一维DFT 的基2 FFT 算法(包括频域抽取的FFT和IFFT算法、时域抽取的FFT和IFFT 算法),一维任意非基2 FFT算法,二维DFT的基2 FFT 算法以及二维DFT的任意非基2 FFT 算法的详细的Visual C++程序。 本文通过各种流程图和表格,较为深入系统地阐述了FFT的算法原理;运用Matlab编程,通过大量生动的实例,图文并茂地列举出了FFT算法的各种应用,并在每个实例中都附上了完整的Matlab程序,可供读者参考。由于篇幅所限,本文未涉及FFT变换以及其应用的数学理论背景知识。 关键词:FFT算法的应用,一维基2 FFT算法,频域抽取,时域抽取,非基2 FFT算法,Cooley-Tukey算法,素因子算法,线形卷积,信号压缩和滤波,二维FFT算法

第五章 傅里叶变换的应用

第一章 傅里叶变换的应用 5.1 内容要点 ● 利用傅里叶变换求系统响应 ● 无失真传输的定义和判断 ● 理想低通、带通滤波器的传输特性和冲激响应 ● 幅度调制原理及应用 ● 调幅信号通过带通系统的分析方法 ● 从抽样信号中恢复原信号的分析方法 ● 连续时间信号的离散处理方法 ● 内插和抽样的基本应用 5.2 公式摘要 1. 线性时不变系统的频域特性 若激励信号 () x t 的频谱为 () X j ω,响应 () y t 的频谱为 () Y j ω,系统频率响应为 () H j ω,则 ()()() Y J X J H j ωωω= 2. 无失真传输 (1)定义:相对于激励信号而言,系统响应中各频率分量的相对大小没有变化,相对位置也没有改变。 (2)无失真传输系统的条件 时域:()()0h t K t t δ=- 频域: ()0 j t H j Ke ωω-= 3. 理想低通滤波器 (1)频域特性 频率响应: (){ 0,0,j t c c e H j ωωωωωω-≤>=

幅频响应: (){ 1,0,c c H j ωωωωω≤>= 相频特性: (){ 0,0,c c j t j ωωωωω?ω-≤>= (2)时域特性 冲激响应: ()()0c c h t Sa t t ωωπ= -???? 阶跃响应: ()()011 2c g t Si t t ωπ= +-???? (3)上升时间r t 和带宽c ω的关系: 2r c t π ω= 4. 幅度调制 (1)正弦幅度调制 时域: ()()() 0cos y t x t t ω= 频域: ()()(){} 001 2Y jw X j X j ωωωω= ++-???????? (2)自然抽样的脉冲幅度调制 时域: ()()() y t x t p t = , 其中 ()()()s s n p t u t nT u t nT τ∞ =-∞ = ----???? ∑ 频域: ()()02 s n s n Y j Sa X j n T ωττ ωωω∞ =-∞?? = -?? ?????∑,其中2s s T πω= (3)平顶抽样的脉冲幅度调制 时域: )]()([)()(τ--*=t u t u t x t y s ,其中 ∑∞ -∞ =-=n s s nT t t x t x ) ()()(δ 频域: )] ([)2 ( )(2/s j n s n j X e Sa T j Y ωωωτ τ ωωτ-= -∞ -∞ =∑ ,其中 S s T π ω2=

相关主题