用FFT对信号做频谱分析

发布时间:2015-07-07   来源:文档文库   
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本科实验报告
课程名称:
实验项目:
实验地点:
专业班级:
学生姓名:指导教师: 数字信号处理 FFT对信号做频谱分析 博学馆机房 测控1201 学号: 201200 贾如真

程永强



2014 10 27




实验三 FFT对信号作频谱分析 一、 实验目的和要求
学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法,了解可能出现的分析误差及其原因,以便正确应用FFT
二、 实验内容和原理
FFT对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D和分析误差。频谱分辨率直接和FFT的变换区间N有关,因为FFT能够实现的频率分辨率是2/N此要求2/ND可以根据此式选择FFT的变换区间N误差主要来自于用FFT作频谱分析时,得到的是离散谱,而信号(周期信号除外)是连续谱,只有当N较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱,因此N要适当选择大一些。
周期信号的频谱是离散谱,只有用整数倍周期的长度作FFT得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。如果不知道信号周期,可以尽量选择信号的观察时间长一些。
对模拟信号进行谱分析时,首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。如果是模拟周期信号,也应该选取整数倍周期的长度,经过采样后形成周期序列,按照周期序列的谱分析进行。
三、 主要仪器设备
电脑 matlab软件
四、 操作方法与实验步骤
1)对以下序列进行谱分析。
x1(nR4(nn1, x2(n8n,0,4n,x3(nn3,0,0n34n7
其它n0n34n7其它n 选择FFT的变换区间N816 两种情况进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。 并进行对比、分析和讨论。


2)对以下周期序列进行谱分析。
x4(ncos4n


x5(ncos(n/4cos(n/8
选择FFT的变换区间N816 两种情况分别对以上序列进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。并进行对比、分析和讨论。 3)对模拟周期信号进行谱分析

x6(tcos8tcos16tcos20t
选择 采样频率Fs64Hz,变换区间N=16,32,64 三种情况进行谱分析。分别打印其幅频特性,并进行分析和讨论。

五.实验数据记录和处理
1. 对以下序列进行谱分析。
x1(nR4(nn1, x2(n8n,0,4n,x3(nn3,0, function mstem(Xk N=length(Xk;
k=0:N-1;wk=2*k/N;

stem(wk,abs(Xk,'.';

axis([0,2,0,1.2*max(abs(Xk]; xlabel('w/pi';ylabel('幅度';

0n34n7
其它n0n34n7其它n 在输入程序之前,自编绘图函数mstem ,函数功能及程序如下








2. 对以下周期序列进行谱分析。

x4(ncos4n


x5(ncos(n/4cos(n/8
选择FFT的变换区间N816 两种情况分别对以上序列进行频谱分析。








实验内容2运行结果如下图


3. 对模拟周期信号进行谱分析

x6(tcos8tcos16tcos20t
Fs64HzN=16,32,64









六.实验结果与分析
1实验一:x1(nR4(n8DFT16DFT分别是x1(n的频谱函数的8点和x2((n38R8(n,所以,x3(nx2(n8DFTx3(nx2(n不满足循环移位关系,所以模不同。
16点采样;因为x3(n的模相等但是,当N=162实验二:
x4(ncos4n的周期为8所以N=8N=16均是其周期的整数倍,得到正确的单一频率正弦波的频谱,仅在0.25π处有1根单一谱线,因为周期为2π所以在1.75π也会有一根谱线。x5(n所以N=8cos(n/4cos(n/8的周期为16不是其周期的整数倍,得到的频谱不正确。N=16是其一个周期,得到正确的频谱,仅在0.25π0.125π处有2根单一谱线。

3实验三:
x6(tcos8tcos16tcos20tx6(t3个频率成分,0.5s f14Hz,f28Hz,f310Hzx6(t

Fs64Hz16f18f26.4f3。变换区间N=16时,观察时间Tp=16T=0.25s不是x6(t的整数倍周期,所以所得频谱不正确。变换区间N=32,64 时,观察时间Tp=0.5s1sx6(t的整数周期,所以所得频谱正确。图中3根谱线正好位于4Hz,8Hz,10Hz处。变换区间N=64 时频谱幅度是变换区间N=32 2倍,这种结果正好验证了用DFT中期序列谱分析的理论。

七.思考题
1.对于周期序列,如果周期不知道,如何用FFT进行谱分析?
x(nMDFT x1M(n=x(nRm(n,X1M(k=DFT[x1M(n] 0<=k<=M-1 再将截取长度扩大一倍,截取 x2M(n=x(nRm(n,X2M(k=DFT[x2M(n] 0<=k<=2M-1比较X1M(k,X2M(k,如果两者的主谱差别满足分析误差的要求,则以X1M(kX2M(k近似表示x(n,否则继续将截取长度加倍,直至前后两次分析所得主谱频率差别满足要求。
设最后截取长度为iM, XiM(k0表示w=[2π/(iM]k0点的谱线强度

2.如何选择FFT的变换区间?(包括非周期信号和周期信号)
答:对于非周期信号,有频谱分辨率F,而频谱分辨率直接和FFT的变换区间有关,在已知信号的最高频率是fc,为了避免频谱混叠。要求Fs>2fc,而频谱分辨率F=Fs/N,如果采样点数N不变,则要提高频谱分辨率就要降低采样频率,但降低采样频率会引起混叠,Fs维持不变,需要增加采样点数NNT=Tp只有增加对信号的观察时间Tp因此N>=2fc/F 对于周期信号,周期信号的频谱是离散谱,只有用整数倍周期的长度做FFT,得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。
3.N=8时,x2(n
x3(n的幅频特性会相同吗?为什么?N=16 呢?




本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/d3c2d3f231b765ce0408145b.html

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