采样得到的数字信号 1,就可以做 FFT 变换了。N 个采样点,经过 FFT 之后,就可以得到 N
个点的 FFT 结果。为了方便进行 FFT 运算,通常 N 取 2 的整数次方。
假设采样频率为 Fs,信号频率 F,采样点数为 N。那么 FFT 之后结果就是一个为 N 点的复
数。每一个点就对应着一个频率点。这个点的模值,就是该频率值下的幅度特性。具体跟原
始信号的幅度有什么关系呢?假设原始信号的峰值为 A,那么 FFT 的结果的每个点(除了
第一个点直流分量之外)的模值就是 A 的 N/2 倍。而第一个点就是直流分量,它的模值就
是直流分量的 N 倍。而每个点的相位呢,就是在该频率下的信号的相位。
第一个点表示直流分量(即 0Hz),而最后一个点 N 的再下一个点(实际上这个点是不存在
的,这里是假设的第 N+1 个点,也可以看做是将第一个点分做两半分,另一半移到最后)
则表示采样频率 Fs,这中间被 N-1 个点平均分成 N 等份,每个点的频率依次增加。例如某
点 n 所表示的频率为:Fn=(n-1)*Fs/N。
由上面的公式可以看出,Fn 所能分辨到频率为为 Fs/N,如果采样频率 Fs 为 1024Hz,采样
点数为 1024 点,则可以分辨到 1Hz。1024Hz 的采样率采样 1024 点,刚好是 1 秒,也就是
说,采样 1 秒时间的信号并做 FFT,则结果可以分析到 1Hz,如果采样 2 秒时间的信号并
做 FFT,则结果可以分析到 0.5Hz。如果要提高频率分辨力,则必须增加采样点数,也即采
样时间。频率分辨率和采样时间是倒数关系。
假设 FFT 之后某点 n 用复数 a+bi 表示,那么这个复数的模就是 An=根号 a*a+b*b,相位就
是 Pn=atan2(b,a)。根据以上的结果,就可以计算出 n 点(n≠1,且 n<=N/2)对应的信号的表
达式为:
An/(N/2)*cos(2*pi*Fn*t+Pn),即 2*An/N*cos(2*pi*Fn*t+Pn)。
对于 n=1 点的信号,是直流分量,幅度即为 A1/N。
由于 FFT 结果的对称性,通常我们只使用前半部分的结果,即小于采样频率一半的结果。
源程序
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% FFT 实践及频谱分析 %
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%*************************************************************************%
%***************1.正弦波****************%
fs=100;%设定采样频率
N=128;
n=0:N-1;
t=n/fs;
f0=10;%设定正弦信号频率
%生成正弦信号
x=sin(2*pi*f0*t);
figure(1);
subplot(231);
plot(t,x);%作正弦信号的时域波形
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