時域補零對於DFT譜的影響

1、提高採樣頻率、時域補0無法提高物理分辨率

提高採樣頻率不能提高頻率分辨率的原因其實很簡單,因爲提高了採樣頻率,雖然在相同的觀察時長那的點數增多了,但與此同時採樣頻率也變大了,點數增加幾倍採樣頻率增加幾倍,所以不改變觀察時長而僅僅提高採樣頻率並不能提高DFT譜的頻率分辨率。
但是時域補零呢?採樣頻率沒有變化,而點數增加無疑會減小DFT譜的相鄰譜線間隔,相鄰譜線間隔的縮小爲什麼不能提高頻率的分辨率呢?書上是這樣寫的: “錯把‘計算分辨率’當成了‘物理分辨率’補零沒有對原信號增加任何新的信息,因此不可能提高分辨率。但補零……補零還可以對原X(k)做插值。” (《數字信號處理——理論、算法與實現(第二版)》清華大學出版社,胡廣書)
引用: http://blog.sina.com.cn/s/blog_62eb77f90100xa3l.html.

2、時域補0會影響頻域積分的結果

實例:用2個不同頻率的正弦信號合成一個信號,試試頻域積分的效果,代碼如下:

clc  
clear
close all
fs=1000;
ts=1/fs;
t=0:ts:1000*ts;

% 頻率:
f=50;
dis=sin(2*pi*f*t);
vel=2*pi*f*cos(2*pi*f*t);
acc=-(2*pi*f)^2*sin(2*pi*f*t);

f1=20; 
dis1=sin(2*pi*f1*t);
vel1=2*pi*f1*cos(2*pi*f1*t);
acc1=-(2*pi*f1)^2*sin(2*pi*f1*t);

dis=dis+dis1;
vel=vel+vel1;
acc=acc+acc1;

在這裏插入圖片描述
因爲加速度acc採樣點數爲1001點,FFT時用0補齊到1024點,當對其頻域信號積分一次時,其速度時域信號爲1024點,後23個點並不爲0!,見下圖上:
當對1024個點的速度 vel(上圖上)進行1次積分,或者對1001個點的加速度(補0到1024點)進行2次積分時,得到的位移dis見上圖下,誤差加大!
產生了趨勢項!!!
在這裏插入圖片描述

當取1001個點的速度vel(補0到1024點),進行一次積分時,得到的位移dis誤差不大,見下圖:
在這裏插入圖片描述
可見,當採樣點與FFT點(補0)不一致時,由於信號不同,FFT後的頻域較小的誤差,經過積分變換後,再IFFT後也會產生較大的誤差

注意:FFT是DFT的一種算法,離散的時域信號對應於週期的頻域信號,週期的時域信號對應於離散的頻域信號,所以,時域和頻域均是週期離散的!!!

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