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数字信号处理应用实验
实验二 应用FFT对信号进行频谱分析
学号 1215108019
姓名 李克帆
班级 电子2
华侨大学电子工程系
实验二 应用FFT对信号进行频谱分析
一、实验目的
(1) 进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解(因为FFT只是DFT的一种快速算法, 所以FFT的运算结果必然满足DFT的基本性质)。
(2) 熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用。
(3) 学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法, 了解可能出现的分析误差及其原因, 以便在实际中正确应用FFT。二、实验原理与方法
一个连续信号xa(t)的频谱可以用他的傅立叶变换表示为:=
如果对该信号进行理想采样,可以得到采样序列:x(n)=Xa(nT)
同样可以对该序列进行Z变换,其中T为采样周期:X(z)=
当Z=ejω的时候,我们就得到了序列的傅立叶变换:X(ejω)=
其中称为数字频率,它和模拟域频率的关系为:
式中的fs是采样频率,上式说明数字频率是模拟频率对采样频率fs的归一化。同模拟域的情况相似,数字频率代表了序列值变化的速率,而序列的傅里叶变换为序列的频谱。序列的傅里叶变换和对应的采样信号频率具有下式的对应关系。
X(ejω)=
即序列的频谱是采样信号频谱的周期延拓。从上式可以看出,只要分析采样序列的频谱,就可以得到相应的连续信号频谱,就可以得到相应的连续信号的频谱。注意:这里的信号必须是带限信号,采样也必须满足Nyquist定理。
在各种信号序列中,有限长序列在数字信号处理中占有很重要的地位。无限长的序列也往往可以用有限长序列来逼近。对于有限长的序列我们可以使用离散傅里叶变换(DFT),这一变换可以很好地反映序列的频域特性,并且容易利用快速算法在计算机上实现当序列的长度是N时,我们定义离散傅里叶变化为:X(k)=DFT[x(n)]=
其中,它的反变换定义为:x(n)=IDFT[X(k)]=
令Z=,则有:==DFT[x(n)]
可以得到,是Z平面单位圆上幅角为的点,就是将单位圆进行N等分以后第K个点。所以,X(k)是Z变换在单位圆上的等距采样,或者说是序列福利叶变换的等距采样。时域采样在满足Nyquist定理时,就不会发生频率混淆;同样地,在频率域进行采样的时候,只要采样间隔足够小,也不会发生时域序列的混淆。
三、实验内容及步骤
(1) 复习DFT的定义、 性质和用DFT作谱分析的有关内容。
(2) 复习FFT算法原理与编程思想, 并对照DIT-FFT运算流图和程序框图, 读懂本实验提供的FFT子程序。
(3) 编制信号产生子程序, 产生以下典型信号供谱分析用:
(1)高斯序列:
上机实验内容
(1) 对 2 中所给出的信号逐个进行谱分析。 下面给出针对各信号的FFT变换区间N以及对连续信号x6(t)的采样频率fs, 供实验时参考。
x1(n), x2(n), x3(n), x4(n), x5(n): N=8,
16=x6(t): fs=64(Hz), N=16, 32, 64 n=0:15;
X1(n)
x=[ones(1,4)];
close all;
subplot(2,1,1);stem(x,.);
subplot(2,1,2);stem(abs(fft(x,8)),.);
subplot(3,1,3);stem(abs(fft(x,16)),.);
X2(n)
for i=1:4
x(i)=i+1;
end
for i=5:8
x(i)=8-i;
end
close all;subplot(3,1,1);stem(x);
subplot(3,1,2);stem(abs(fft(x,8)));
subplot(3,1,3);stem(abs(fft(x,16)));
X3(n)
for i=1:4
x(i)=4-i;
end
for i=5:8
x(i)=i-3;
end
close all;subplot(3,1,1);stem(x);
subplot(3,1,2);stem(abs(fft(x,8)));
subplot(3,1,3);stem(abs(fft(x,16)));
X4(n)
n=0:15;
x=cos((pi/4)*n);
close all;
subplot(3,1,1);stem(x);
subplot(3,1,2);stem(abs(fft(x,8)));
subplot(3,1,3);stem(abs(fft(x,16)));
X5(n)
n=0:15;
x=sin((pi/8)*n);
close all;
subplot(3,1,1);stem(x);
subplot
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