FFT幅度谱为什么不对,需要较正

本文深入探讨了使用Matlab中的快速傅里叶变换(FFT)分析信号时,幅度谱需要进行校正的原因。通过数学推导说明了直流分量和非直流分量频率在DFT中的表现,并给出了相应的校正方法。

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为什么Matlab快速傅里叶算法分析出来的幅度谱需要校正

 一切的根源,让我们回到DFT定义上面来,观察FFT算法对直流分量和非直流分量频率的影响。下面请大家注意观察这个式子,假设信号具有直流分量A,假设采样点为N个,那么得到的采样点显然是这样的序列: [ A , A , . . . , A ] [A,A,...,A] [A,A,...,A],现在我们回到DFT的定义:
D F T { x ( n ) } = ∑ n = 0 n = N − 1 x ( n ) e − j w n DFT\{x(n)\}=\sum_{n=0}^{n=N-1}x(n)e^{-jwn} DFT{x(n)}=n=0n=N1x(n)ejwn
 显然对于直流分量来说,则 w w w取0时,得到的DFT在这一点的值为 N A NA NA,那么,我们对幅度谱进行修正时,对于直流分量,直接除以傅里叶变换点数 N N N即可。而对于非零频率,为了简化分析,我们只分析这样的一个信号 e j w 0 n e^{jw_{0}n} ejw0n,它的DFT结果只在 w = w 0 w=w_{0} w=w0处有幅度为1的冲击。那么,对于一般的周期信号,我们一般是表示为余弦形式的
 借用欧拉公式 e j w n = c o s ( w n ) + j . s i n ( w n ) e^{jwn}=cos(wn)+j.sin(wn) ejwn=cos(wn)+j.sin(wn),我们有 c o s ( w n ) = e j w n + e − j w n 2 cos(wn)=\frac{e^{jwn}+e^{-jwn}}{2} cos(wn)=2ejwn+ejwn,那么,利用这样的一个关系,在双边谱中,幅度不仅扩大了N倍,同时又有了一个 1 2 \frac{1}{2} 21倍的关系,那么,我们对于非零频率的矫正,就应该除以 N 2 \frac{N}{2} 2N,到这里,才对FFT分析实际信号有了进一步的理解。

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