再次理解信号采样定理(低通抽样定理)
以前對低通信號的采樣定理簡單理解為:必須要以信號的最高頻率的2倍進(jìn)行采樣,否則就恢復(fù)不出來原信號,原因是采樣頻率Fs較小時(shí),信號頻譜發(fā)生了混疊,所以無法恢復(fù)。
仔細(xì)想想,這樣理解當(dāng)然正確,可以給出簡單推導(dǎo):
首先對信號采樣相當(dāng)于原信號f(t)f(t)f(t)與抽樣信號δ\deltaδT(t)相乘,而δ\deltaδT(t)是周期性的單位沖激信號,傅里葉變換如下式:
時(shí)域相乘相當(dāng)于頻域卷積,所以采樣后的信號的頻譜就相當(dāng)于f(t)f(t)f(t)的頻譜的周期擴(kuò)展, 周期就是ω\omegaω1(也即Fs),那么如果以小于2FH的采樣頻率采樣,則周期擴(kuò)展后頻譜會發(fā)生混疊,無法識別原頻譜。
因?yàn)轭l譜都是周期的,所以在分析時(shí)只需要取-Fs/2-Fs/2之間就行了,至于為什么,陳愛軍老師給出了一個(gè)解釋:
1、憑直覺,發(fā)生混疊時(shí)我們觀察到的一般都是接近零頻的混淆頻率,也就是比較低的頻率。例如:以fs=8Hz的采樣頻率分別對f1=5Hz、f2=13Hz、f3=21Hz的復(fù)指數(shù)信號進(jìn)行采樣,我們根據(jù)采樣信號判斷,一般都會認(rèn)為復(fù)指數(shù)信號的頻率是-3Hz=f1-fs=f2-2fs=f3-3fs,而不會認(rèn)為是5Hz或者其它頻率。
2、數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí),DAC一般選擇最接近零頻的混淆頻率轉(zhuǎn)換成模擬信號。
參考:http://www.txrjy.com/thread-394879-115-1.html
那么在實(shí)際取定采樣率的時(shí)候,假如突然Fs/2外突然有干擾信號或者噪聲怎么辦,那么這個(gè)信號肯定會被混疊到-Fs/2-Fs/2內(nèi)造成干擾。
信號是如何恢復(fù)的呢?上述采樣后的信號經(jīng)過一個(gè)低通濾波器就還原了原來的信號,再傅里葉反變換就行了。當(dāng)然在實(shí)際中沒有單位沖激脈沖,通過平頂抽樣,這相當(dāng)與在原來周期性單位沖激脈沖的基礎(chǔ)上卷積了一個(gè)矩形信號,那么頻譜就是乘以一個(gè)sinc函數(shù),恢復(fù)的話先除以一個(gè)sinc函數(shù),再經(jīng)過一個(gè)低通濾波器就行了。
通過上面的頻譜周期擴(kuò)展,假如某個(gè)信號是10Hz附近,但是我用8Hz采樣,雖然不滿足奈奎斯特采樣定理,但是通過混疊后依然可以把頻譜移到低頻,這樣不也是可以獲得嗎?答案是正確的,但是這樣要求原信號在低頻本來是不存在頻譜的,這不就是帶通信號采樣定理嗎?
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的再次理解信号采样定理(低通抽样定理)的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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