利用計算機進行離散傅里葉變換和信號處理時,因運算時間和儲存容量的限制,只能處理有限的樣本容量。適用FFT的樣本值數列的長度,通常是2的整數次冪,多采用28( =256)~211( = 2048)左右的個數。因此,必須對時間無限的數字序列進行截斷處理。截斷就是將無限長的時間函數乘以有限寬的窗函數,相當于原時間函數與一個高為1、長度為T的矩形時間窗函數相乘,如圖3-4所示。
信號的時域截斷將導致頻域內產生一系列的效應,為此,需要考察原信號頻譜與截斷后信號頻譜之間的關系。
假定原信號(見圖3-4a),則其頻譜為
即在±處的兩個沖激函數,幅值為Aπ(見圖3-4b)。
設矩形窗函數為u(t)(見圖3-4c),其對應頻譜U(ω)(見圖3-4d),用u(t)對x(t)進行截斷后得到函數y(t)(見圖3-4e),則有
其頻譜為
已知矩形窗函數的頻譜為
將x(t)截斷后得到的信號y(t)的頻譜應為X(ω)與U(ω) 的卷積,即
其幅值為AT/2,如圖3-4f所示??梢钥闯?,此時的頻譜不再是± 處的兩個沖激函數,而是已擴展到± 的領域。由于集中能量的泄露而出現了主瓣和旁瓣,即截斷會產生模糊效應。此外,還會在頻譜中引入皺波??傊?,對時域信號截斷會導致頻域內附加一些頻率分量,從而給頻譜帶來誤差,這種誤差通常稱為泄露誤差。為了減少泄露誤差,可以采取以下途徑:①增長矩形窗函數的寬度,即增長樣本長度;②加主瓣能量集中、旁瓣小、衰減速率快的其他窗函數。
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