了解采样正弦波中混叠频率的数学证明

信息处理 采样 混叠 证明
2022-02-03 03:28:47

我正在努力弄清楚采样正弦波中混叠频率的数学证明。

我知道每的正弦波进行采样可以为您提供:f0ts

x[n]=sin(2πf0nts)

我也明白,因为正弦波每的任意倍数添加到角度并获得相同的正弦值,即2π2π

sin(2πf0nts)=sin(2πf0nts+2πm)(where m is any integer).

然后我正在查看的证据将为:2πnts

sin(2π(f0+mnts)nts)

...但是它说让的整数倍,所以我们可以用比率mnmnk

我不明白如何从“任何整数”变为的整数倍如果是任何整数并且是整数,那么它们之间的比率如何是整数?mnmn

我知道我在这里遗漏了一些明显的东西,我正在寻找那个灯泡时刻,但它没有发生。因为这对 DSP 来说非常重要,所以我不只是想接受这个公式并在没有彻底理解的情况下继续前进。

2个回答

原因是,如果任何m也为真m=kn

我将以另一种方式勾勒出证明。

调用采样频率,其中为采样周期,两个信号在采样时刻(混叠)具有相同的值,即fs=1/tstsx(t)=sin(2πf0t)xk(t)=sin(2π(f0+kfs)t)x[n]=xk[n]

确实,

x[n]=sin(2πf0nts)xk[n]=sin(2π(f0+kfs)nts)=sin(2πf0nts+2πkfsnts)=sin(2πf0nts+2πkn)=sin(2πf0nts)=x[n]

我认为最初引用的证明感觉不直观和不令人满意的原因是,在第一次阅读时,他们似乎选择了任何可能满足证明的旧整数(整数倍n当我第一次看的时候真的很困扰我)。然而,实际上,他们正在选择满足给定证明的确切且唯一的整数ksin(2π(f0+fsk)n/fs). 对于每个样本,f0+fsk频率正好通过nk循环超过f0确实如此,因此在样本处达到相同的值。

在我看来,绘制图表真的很有帮助,所以让我们考虑一下我们正在采样的情况32每秒次,并从基本频率开始4赫兹。服用k=1,我们可以绘制频率f0=4f1=4+321,并标记样本点: 在此处输入图像描述

查看前两个非零样本,您可以看到f1=4+321尽管确实如此12循环次数多于f0分别。这是有道理的,因为k=1对于第一个样本n=1第二个n=2.

下一个f0=4f2=4+322在此处输入图像描述

现在k=2, 我们看到n=1,f2=4+322穿过去2额外的周期n=14额外的周期n=2,依此类推,都等于nk. 这对任何整数都是正确的n和任何整数k.

钥匙: