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  • 信号的功率谱、能量谱、频谱的区别(转)

    在人人网上看到的一篇日志,写得挺好就转过来了。

      在北理版信号与系统中,信号可以分成能量信号与功率信号,非周期能量信号具有能量谱密度,是傅立叶变换的平方,功率信号具有功率谱密度,其与自相关函数是一对傅立叶变换对,等于傅立叶变换的平方/区间长度。不能混淆。能量信号是没有功率谱的。
      胡广书老师的书上找到这么一段话,“随机信号在时间上是无限的,在样本上也是无穷多,因此随机信号的能量是无限的,它应是功率信号。功率信号不满足付里叶变换的绝对可积的条件,因此其付里叶变换是不存在的。如确定性的正弦函数的付里叶变换是不存在,只有引入了冲激函数才求得其付里叶变换。因此,对随机信号的频谱分析,不再简单的是频谱,而是功率谱。”
      周期信号是功率信号,但是周期信号可能是确定性信号,也可能是随机信号,但是周期信号是存在功率谱密度的。对于持续时间无限长的随机信号来说,也是存在功率谱密度的。

      一般来讲,对于随机信号,由于持续期时间无限长,不满足绝对可积与能量可积的条件,因此不存在傅立叶变换,所以我们只能研究其功率谱,因为样本函数的功率毕竟是有限哦。

      对于确定性信号而言,里面存在能量信号,是没有功率谱密度的,也存在功率信号,是有功率谱密度的。所以信号的频谱与是否是确定性信号没有必然联系。

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      以下论点来源于研学论坛,我认为都存在一点问题,主要是表述上不是很准确!
      频谱是信号的傅立叶变换。它描述了信号在各个频率上的分布大小。频谱的平方(当能量有限,平均功率为0时称为能量谱)描述了信号能量在各个频率上的分布大小。
      功率谱是针对随机信号而言是随机信号的自相关函数的离散傅立叶变换(注意自相关函数是确定性序列,离散信号本身是不存在离散傅立叶变换的)。它描述了随机信号的功率在各个频率上的分布大小,而不是能量分布大小。
    计算过程中,都是通过样本数据的快速傅立叶变换来计算。但不同的是,信号的频谱是复数,包含幅频响应和相频响应,重复计算时的结果基本相同。 而随机信号的功率谱也可以对数据进行FFT,但必须计算模值的平方,因为功率谱是实数。而且换一组样本后,计算的结果略有不同,因为随机信号的样本取值不同。要得到真实的功率谱必须进行多次平均,次数越多越好。

      功率谱可以从两方面来定义,一个是楼主说的自相关函数的傅立叶变换,另一个是时域信号傅氏变换模平方然后除以时间长度。第一种定义就是常说的维纳辛钦定理,而第二种其实从能量谱密度来的。根据parseval定理,信号傅氏变换模平方被定义为能量谱,即单位频率范围内包含的信号能量。自然,能量跟功率有一个时间平均的关系,所以能量谱密度在时间上平均就得到了功率谱。(这种说法不准确)

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/stucp/p/2658243.html
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