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  • 1 # 通訊M班長

    這個問題是研究生現代訊號處理的內容,如果要說清楚,那是一本書的容量。這裡簡單一答,僅作拋磚引玉。

    訊號頻域分析的不足

    我們看一下傅立葉變換的公式:

    可以看出,任一頻率分量X(jΩ)都是對訊號x(t)在整個定義區間上的積分,所以無法有效地反映訊號在窄區間上的突變。

    換個角度說。

    給定一個訊號x(t),我們透過這個時間函式,可以由此得出在任一時間處該訊號的時間幅值。如果想要了解該訊號的頻率成分,即“在某某Hz處頻率分量的大小",則可透過傅立葉變換來實現。

    傅立葉變換式中Ω=2πf,單位為弧度/秒,將X(jΩ)表示成|X(jΩ)|e^jφ(Ω)的形式,即可得到|X(jΩ)|和φ(Ω)隨Ω變化的曲線,我們分別稱之為x(t)的幅頻特性和相頻特性。

    如果我們想知道在某一個特定時間,如t0,所對應的頻率是多少,或對某一個特點的頻率,如Ω0,所對應的時間是多少,那麼傅立葉變化則無能為力。

    這幅圖在很多教材上都會引用,從上到下,從左到右,我們分別標記為a,b,c;

    最上方a圖是時域訊號,它包含三個頻率w1,w2,w3,

    左邊b圖是對應的、熟悉的頻域圖,很明顯在三個頻率w1,w2,w3處有凸起。從這個頻域圖中,我們只可以得出一個結論,就是這個時域訊號包含三個諧波分量w1,w2,w3。

    但是這個頻域圖沒法告訴我們每一個頻率w,出現在何時。也就說,傅立葉變換沒有時間定位功能。

    我們的目的是得到由下方c的影象,時間頻率都有,三個w出現在哪一個時間段,一目瞭然。

    訊號短時傅立葉變換STFT是一種常用的訊號時頻分析方法

    其中w(t)函式為窗函式,一般為窄時間訊號。

    訊號x(t)的短時傅立葉變換X(Ω,t)是時間t和頻率w的二元函式。

    時間t為時窗訊號x(t)的位置,隨著時窗訊號在整個積分割槽間上滑動,可以獲得訊號x(t)在各區域性區間上對應的頻率分佈。

    透過這幅圖可以看出,透過這個w窗函式,短時傅立葉變換STFT就是相當於"視窗"裡求傅立葉變化。

    說到這裡,回到問題本身:區域性域訊號不同時間,頻率處的幅值,是不是找到方法求取了。上文中c圖也可以透過這個方法求得。

    時頻分析方法很多,豐富多彩,需要不斷學習回顧。

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