ZoomFFT實質上是一種頻率細化的分析方法,當采樣頻率很高,而FFT分析點數又較少時,頻率分辨率是較粗糙的,為了提高某個頻率區間的分辨率,則需要用到ZoomFFT?,F今計算機的處理能力大大提高,頻率分辨率可以提高到0.02Hz或者更小,因此,一定程度上,ZoomFFT用得越來越少。但是,在某些領域,仍有它的使用價值。
在介紹ZoomFFT之前,讓我們先介紹一下常見的傅立葉變換對。
- 傅立葉變換對
研究一些傅立葉變換對,對于理解傅立葉變換的一些基本特征是非常有幫助的。下表給出了一些常見的傅立葉變換對,除了第8個傅立葉變換對是頻率移動之外,表格中左側描述的都與時域信號相關。
常見的傅立葉變換對
在這要著重介紹第8個變換對: 頻移 ,它有一個重要的應用,即ZoomFFT。原始時域信號乘以某個函數,可以把要細化的頻率移動到±f區間,這便可以對原始的時域信號作低通濾波處理了,然后再進一步處理。
- ZoomFFT過程
很多時候,分析振動噪聲時,可能要求集中關注一個有限的頻率區間[]()f min ≤f≤fmax,需要對這個頻率區間作細化處理,也就是所謂的ZoomFFT。該方法本質上是基于上表中的第8個傅立葉變換對。這個傅立葉變換對表明,如果一個時域信號x(t)有一個傅立葉變換X( f ),那么這個時域信號x(t)e^j2лat^將存在傅立葉變換X( f-a)。因此,測量的時域信號通過乘以指數項e^j2лat^,那么,信號的頻譜將向下移動到f -a。
我們將通過一個實例,表明這個變換過程。我們有一個信號,是按10KHz采樣得到的,因此,這個信號對應的頻率范圍為0≤ f ≤5KHz。我們將細化的頻率范圍設定為1900≤ f ≤2100Hz,FFT變換樣本點數為1024。
整個變換過程步驟如下:
- 定義要進行分析的頻率范圍1900≤ f ≤2100Hz的中心頻率 f
c=2000Hz; - 整個測量的時域信號乘以e^j2л^^f^
c^t^ ,注意這將產生一個復數信號。這一過程同時使頻率移動到-100≤ f ≤100Hz。 - 對這個頻率發生移動的信號的實部和虛部施加一個低通濾波器,帶寬為100Hz。
- 對上一步低通后的信號進行抽樣,每25個點抽樣一個(5000/200=25)。
- 將抽樣后的實部和虛部再組合成一個復數信號。
- 對這個復數信號按每幀1024個樣本點進行FFT變換。
- 將負頻率移動到頻譜的下半段。
注意到zoomFFT處理并沒有違背頻譜分析這個重要的關系:時域數據塊的時間長度等于頻率分辨率的倒數:T=1/? f 。在第4步中,對原始數據進行了抽樣,因此,我們不得不使用25倍原來長度的時域信號才能保持1024個樣本點。
為了獲得相同的頻率分辨率,另一種可行的辦法是使用更大的數據點N=25*1024。對于大數據塊進行FFT,早期是很難實現的,現今實現起來可能會容易些。雖然現在很少用到ZoomFFT,但它仍有使用價值與作用。
當用1024個樣本點對原始信號作FFT時,其頻率分辨率為9.765625Hz,而使用ZoomFFT,相應的頻帶的頻率分辨率為原來的1/25,為0.390625Hz,頻率分辨率提高了25倍。
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