对使用带通滤波器过滤线性啁啾信号感到困惑

信息处理 过滤器 延迟 唧唧喳喳
2022-02-13 19:20:04

每个人。最近,我正在做关于过滤线性啁啾信号的模拟,并且对结果感到困惑。信号从 0 到 1000 Hz 线性啁啾。首先,啁啾速率设置为 50 Hz/s。当信号通过带通滤波器(Butterworth 500-600 Hz)在时域滤波时,结果为

在此处输入图像描述

--绘图的第一行显示信号

--第二行是信号的fft

--第三行只是第二行情节的放大。

我们可以看到,滤波后的信号对应于滤波器的通带。10 s 对应 500 Hz,12 对应 600 Hz。

但是,啁啾速率设置为 9850 Hz/s。信号和滤波后的信号是 在此处输入图像描述

因为 500 ~ 600 Hz 对应于 0.051 ~ 0.061 s (500/9850 ~ 600/9850) 的时间尺度。我们可以看到滤波器信号被延迟和扩展。除此之外,我们可以看到滤波信号的包络是振荡的。

这是正常现象还是参数设置不当造成的?如果滤波器是模拟滤波器,我会得到相同的结果吗?

非常感谢您的任何建议,并感谢您的帮助。

2个回答

您会在调制波形中看到“宽带 FM”和“窄带 FM”之间的区别。观察每种情况下的调制指数,然后使用贝塞尔函数查看边带电平与调制指数。(调制指数是频率偏差与频率调制的比值)。第一种情况是宽带 FM,因为您的偏差(大约 +/-500 Hz)明显大于您的调制速率(50 Hz),因此调制指数为 >>1。第二种情况是窄带 FM,因为您的偏差明显小于调制率 (9850) 并且调制指数 <<1。窄带 FM 将只有一对重要的边带,它们将以调制速率偏移您的载波;

因此,当您使用一对边带进行窄带调频时,请注意,您的信号将主要是您的载波,两个边带的距离均为 9850 Hz!您在过滤器输出处看到泄漏产物;注意幅度与第一种情况相比有多小。(鉴于您的调制是斜坡而不是正弦波,您实际上将有多个边带用于斜坡信号的每个傅立叶级数分量,但关键是这些都将与您的载波频率间隔 9850 Hz,这也将考虑到小的调制指数,占主导地位)。

而在您的宽带情况下,您将拥有每 50 Hz 间隔的频谱能量,总带宽约为 1KHz(请查看 Carson 对此的规则),因此将提供将通过您的滤波器的音调。

下面是来自该站点的第一类 Bessel 函数图:http: //www.statsref.com/HTML/index.html?key_functions.html

这显示了载波的相对电平(由给出)和前五个边带在给定调制指数下X。J0(x)J1(x),J2(x),J3(x),J4(x),J5(x)

在此处输入图像描述

@Dan Boschen 扩展信号的 FFT,它多次复制原始线性啁啾信号,显示了您在第一条评论中指出的现象。

对于 50Hz/s 啁啾率情况:

在此处输入图像描述

第一个图是信号(扩展),第二个图是第一个图的 fft,第三个图是第二个图的放大版本。我们看到边带被 50/(1000-0)=0.05 Hz 分隔。对于 9850 啁啾率情况: 在此处输入图像描述

我们看到边带被 9850/(1000-0)=9.85 Hz 分隔。