时间分辨率、频率分辨率
时间分辨率
时域图横坐标上的最小时间间隔。其大小代表着对模拟信号采样后得到的离散信号中点的密集程度。
数学公式:
T s = 1 F s {T_s} = \frac{1}{{{F_s}}} Ts=Fs1
数值越低,时间分辨率越高。
(图片来源https://zhuanlan.zhihu.com/p/130387384)
点越密集,信号的时间分辨率越高。
所以,提高采样频率可以提高时域内的时间分辨率。
频率分辨率
频谱图横坐标上的最小频率间隔。
数学表达式:
d f = F s N = 1 N T s = 1 T df = \frac{{Fs}}{N} = \frac{1}{{N{T_s}}} = \frac{1}{T} df=NFs=NTs1=T1
这时有两种情况。
1,分析一段完整的模拟信号。T确定,那频率分辨率就确定。这时如果增加N,必然减少Fs,那时间分辨率就低。
2,分析大量离散信号中的一部分。这时采样频率已知,那时间分辨率就确定。要想增加频率分辨率,就增加N。信号长度越长,频率分辨率越高。
另外:
做DFT时,常常在有效数据后面补零达到对频谱做某种改善的目的,我们常常认为这是增加了N,从而使频率分辨率变好了,其实不是这样的,补零并没有增加有效数据的长度,仍然为T。但是补零其实有其他好处:1.使数据N为2的整次幂,便于使用FFT。2.补零后,其实是对DFT结果做了插值,克服“栅栏”效应,使谱外观平滑化;“栅栏”效应形象理解为,就像站在栅栏旁边透过栅栏看外面风景,肯定有被栅栏挡住比较多风景,此时就可能漏掉较大频域分量,但是补零以后,相当于你站远了,改变了栅栏密度,风景就看的越来越清楚了。3.由于对时域数据的截短必然造成频谱泄露,因此在频谱中可能出现难以辨认的谱峰,补零在一定程度上能消除这种现象。
增加频率分辨率的方法:
信号的时间域分辨率和频率域分辨率
频率分辨率高低的直观表现
(图片来源https://zhuanlan.zhihu.com/p/130387384)
如图:
原信号y=0.5sin(2pif1/fsn)+0.5sin(2pif2/fsn)。
图2、图3都是FFT后的频谱图,不同的是,图2频率分辨率较低,图3分辨率高。这张图可以很好的表明频率分辨率高低对信号处理的重要性。同时也说明处理离散信号时,N大小的选择尤为重要。
STFT中的时间分辨率、频率分辨率
对信号进行短时傅里叶变换,窗的种类、窗的宽度和窗的滑移宽度都是一个问题。
窗太窄,窗内的信号太短,会导致频率分析不够精准,频率分辨率差。
窗太宽,时域上又不够精细,时间分辨率低。
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