未知信号的傅立叶变换的奇怪结果,我做错了什么?

信息处理 频率
2021-12-30 23:58:25

很久没学工程学了,请原谅我的错误。

我从数字加速度计中获取数据。它以 20 hz 采样,然后折叠成 1 秒的 epoch。然后过滤数据以去除噪声。系统在休息时输出 0,在活动时输出更多。

我正在查看信号的傅立叶变换,1024 个样本,每秒采样一次。我看到了这个:在此处输入图像描述

这是傅里叶变换的实数虚结果的实数图。 在此处输入图像描述

信号在频域中似乎是一个螺旋。系统似乎在频域内围绕某个极限环振荡。

这可能吗?傅里叶变换对于数字信号是完全错误的吗?应该只使用DFT进行这种分析吗?我的窗口大小错了吗? 我是否因为不正确的窗口大小而看到混叠

自从我上一次工程课程以来已经有几年了,我非常感谢任何关于这个主题的帮助。我得到了 3 本关于工程、信号分析和变换的书籍,但这种知识需要时间才能重新回到我的身边。

3个回答

我的猜测:这里没什么可看的。向前走。

您提到“信号似乎是 [the] 频域中的螺旋”。我断言这个螺旋实际上是一个复杂的指数。这并没有错,因为当你对信号进行延时时,你会得到复指数:$f(xa)\Leftrightarrow \hat{f}(\xi)e^{-2\pi ia \xi}美元。螺旋模式只是反映了您获取的信号中的大部分功率不在 $T=0$ 处。(而且它不应该在那里!)f(xa)f^(ξ)e2πiaξ. The helix pattern simply reflects that most of the power in the signal you are acquiring isn't located at T=0. (And it shouldn't be there anyway!)

目测,您的频率图中的振荡周期似乎约为 28 个样本。在 20hz 的采样率下,如果我说的是真的,那么您的时域信号中的大部分能量应该大致集中在 $t\approx\frac{28}{20}=1.4$ 秒左右。我接近了吗?t2820=1.4 seconds. Was I close?

这里真正的问题可能是你的情节。似乎您正在绘制原始实/图像 DFT 输出。不要那样做。相反,从实/像值计算幅度/相位,并绘制它。

可能的想法启动器:

确保 ADC 的输入经过低通滤波,远低于采样率的一半,以避免混叠。在 20 Hz 采样时,您需要一个 10 Hz 的“谷仓门”无限截止低通滤波器,或者在稍低一些的实际情况下。Sheet 21 有一种混叠组件的感觉,但可能没有。

截止频率低于 10 Hz 的 1 秒样本只会给您一些样本。我可能完全想念你真正在做什么。

可能需要开窗来处理采样窗口中包含的完整波形周期以外的情况。对于在 FFT 通道中包含周期的任意部分的少数样本和频率分量,您可以生成强的不存在的分量。

FFT 应该处理带内噪声。您的“噪声过滤”也可能是数据过滤。您需要如上所述的奈奎斯特速率滤波器,但剩余通带中的任何东西都是潜在的合法信号。

您所看到的是您的 1 秒“纪元”窗口未与您的数据同步。FFT 结果的相位是相对于窗口边缘的,因此会随着窗口边缘移动到与信号的不同相位关系而旋转。

如果您真的关心相位或相对相位,请将窗口偏移锁定到信号的周期。如果您不关心相位,只需计算复杂结果的大小并使用它。