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文檔簡介

數字信號處理DigitalSignalProcessing電子信息工程學院

信號處理教研室信號時頻分析與小波分析

信號短時Fourier變換小波展開與小波變換小波變換與多分辨分析

小波變換分解與重構算法

基于小波變換的信號處理

利用MATLAB實現信號的小波分析信號短時Fourier變換信號頻域分析的局限性信號短時Fourier變換定義信號頻域分析的局限性FFF信號頻域分析的局限性火車汽笛信號的時域波形火車汽笛信號的頻譜信號頻域分析的局限性無法有效地反映信號在窄區間上的突變信號x(t)的頻譜X(jw)

是對信號x(t)在整個定義區間上的積分信號頻域分析的局限性信號x(t)的頻譜X(jw)

是對信號x(t)在整個定義區間上的積分頻域分析不適合于非平穩信號,因而引入信號的時頻分析。短時Fourier變換

信號x(t)的短時Fourier變換(ShortTimeFourierTransform,STFT)其中:w(t)為時窗信號,一般為窄時信號。t表示窗函數w(t-t)的位置,隨著窗函數在整個區間上的滑動,可獲得信號x(t)在t附近區域上對應的頻譜。短時Fourier變換

信號x(t)的短時Fourier變換X(w,t)既含有頻率w信息,也含有時間t信息,因而稱信號的STFT是信號的時頻分析。

短時Fourier變換

其中:窗函數w[k]的寬度為N,x[k]為連續信號x(t)的抽樣。若抽樣頻率為fsam,則存在t=kT,T=1/fsam

信號x(t)的STFT是一個積分運算,在實際計算中也可通過DFT來實現,即短時Fourier變換

Dfc越小,頻譜分辨率越高。

在信號時頻分析中,希望能夠同時以較高的時間分辨率和頻譜分辨率分析信號的時頻特性。

頻譜分辨率是指分辯信號中相鄰譜峰的能力

時間分辨率由時窗寬度Tp決定,

Tp

=NT=N/fsam

Tp越小,時間分辨率越高。Dfc=1/Tp短時Fourier變換

在信號時頻分析中,時間分辨率與頻譜分辨率存在相互制約的關系,此為理論所證明的“測不準原理”。

在利用DFT分析信號短時Fourier變換中,時間分辨率和頻譜分辨率存在以下關系無法同時獲得較高的時間分辨率和頻譜分辨率。短時Fourier變換

從信號分析的角度,根據信號的時域變化特性相應地調整時間分辨率和頻譜分辨率,以期獲得最佳的信號時頻分析效果。信號中變化較快的區域

較高的時間分辨率較低的頻譜分辨率信號中變化較慢的區域

較低的時間分辨率較高的頻譜分辨率短時Fourier變換

信號的STFT雖然能在一定程度上改善Fourier變換的不足,實現信號的時頻分析,但其時間分辨率固定不變,因而不能有效地反映信號的突變程度,其應用受到局限。

小波分析拓展了信號STFT,實現了一種新的時頻分析方法,其時窗可以隨著信號的頻率增高而縮小,頻率降低而增大,有效地解決信號短時Fourier變換的缺陷,因而得到廣泛應用。

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