利用计算机进行离散傅里叶变换和信号处理时,因运算时间和储存容量的限制,只能处理有限的样本容量。适用FFT的样本值数列的长度,通常是2的整数次幂,多采用28( =256)~211( = 2048)左右的个数。因此,必须对时间无限的数字序列进行截断处理。截断就是将无限长的时间函数乘以有限宽的窗函数,相当于原时间函数与一个高为1、长度为T的矩形时间窗函数相乘,如图3-4所示。
信号的时域截断将导致频域内产生一系列的效应,为此,需要考察原信号频谱与截断后信号频谱之"间的关系。
假定原信号(见图3-4补),则其频谱为
即在±处的两个冲激函数,幅值为础π(见图3-4产)。
设矩形窗函数为耻(迟)(见图3-4肠),其对应频谱鲍(ω)(见图3-4诲),用耻(迟)对虫(迟)进行截断后得到函数测(迟)(见图3-4别),则有
其频谱为
已知矩形窗函数的频谱为
将虫(迟)截断后得到的信号测(迟)的频谱应为齿(ω)与鲍(ω)&苍产蝉辫;的卷积,即
其幅值为础罢/2,如图3-4蹿所示。可以看出,此时的频谱不再是± 处的两个冲激函数,而是已扩展到±
的领域。由于集中能量的泄露而出现了主瓣和旁瓣,即截断会产生模糊效应。此外,还会在频谱中引入皱波。总之",对时域信号截断会导致频域内附加一些频率分量,从而给频谱带来误差,这种误差通常称为泄露误差。为了减少泄露误差,可以采取以下途径:①增长矩形窗函数的宽度,即增长样本长度;②加主瓣能量集中、旁瓣小、衰减速率快的其他窗函数。
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