信号的频谱,频谱密度,能力谱区别

人人网上的一篇日志【转】

  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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周期信号和非周期信号频谱区别:
1、周期信号的频谱是离散的,非周期信号的频谱是连续的。
2、因周期信号可以用一组整数倍频率的三角函数表示,所以在频域里是离散的频率点。非周期信号做Fourier变换的时候,n趋向于无穷,所以在频谱上就变成连续的了。

频谱就是频率的分布曲线,复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡,这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。 频谱是频率谱密度的简称。它将对信号的研究从时域引到频域,从而带来更直观的认识
  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)

时间: 2024-08-17 15:21:56

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