信号的采样时间长短对FFT变化的影响

时间:2024-03-20 20:15:04

问题描述:对如下图所示的信号,进行FFT变换,发现“尾巴”的长短不同或者说仿真时间不同时,FFT峰值对应的频率不同。

信号描述:0-1s为一个完整的正弦波,1s以后为0值的“尾巴”。

信号图:

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

不同的仿真时间(2s,10s,20s,50s,100s)下,上述信号的FFT图:

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

一下对这一现象进行了解释(个人理解,仅供参考):

离散傅里叶变换FFT的公式:信号的采样时间长短对FFT变化的影响

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

k值的个数=采样点的个数,对应采样频率0~fs。

以下述两种情况为例进行解释,采样频率均为1000Hz。

1.仿真时间2s:

这时k的范围为0-2000,对应频率0-1000Hz,频率的分辨率为0.5Hz(这一点从上述的FFT图的第一个图可以清晰地看到,0-0.5Hz-1Hz,跨度为0.5Hz)

所以频率为1Hz对应的FFT为:信号的采样时间长短对FFT变化的影响

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

2.仿真时间10s:

这时k的范围为0-10000,对应频率0-1000Hz,频率的分辨率为0.1Hz。

所以频率为1Hz对应的FFT为:信号的采样时间长短对FFT变化的影响

信号的采样时间长短对FFT变化的影响

对比情况1和2,发现,其实不同的采样时间,同样的频率点上的FFT是一样的数值。之所以会出现问题描述中的情况,是在于,不同的采样点数,频域上的分辨率变了。说简单点,情况一中0Hz对应一个点,0.5Hz对应一个点,1Hz对应一个点;而到了情况二中0Hz/0.5Hz/1Hz对应情况一中0Hz/0.5Hz/1Hz对应的点,但是此时在0-1Hz中间又多了0.1Hz,0.2Hz,0.3Hz。。。这些点的FFT此时也被计算出来,而其实在0.84点处对应的幅值是最大的。

所以采样时间越长,采样点越多,精度就越高。