频谱泄漏是否包括负频率?

信息处理 傅里叶变换 窗函数
2022-02-05 01:56:19

在选择窗口函数、窗口持续时间和/或传输频率(假设采样率满足 Nyquist)时,人们可能想了解在感兴趣的频率处会发生什么样的频谱泄漏。

已知有限持续时间窗口对应于非有限带宽频率响应(例如,rect <-> sinc),并且还已知时域中的乘法对应于频域中的卷积。

考虑时域中非窗口、恒定频率正弦曲线的简单情况,它对应于以 0 Hz 为中心的两个增量尖峰的频率响应。

应用窗函数将使窗函数(例如,sinc 函数)的频率响应在增量尖峰上进行卷积。

1.在计算正频率分量中的频谱泄漏时,窗函数的这种卷积是否扩展到负频率(反之亦然)?

我会根据上述(时域乘法<->频域卷积)和以下两个我用红色注释的图像(源)说是。但这让我想到了问题 2,我觉得这有点令人担忧。

在此处输入图像描述

在此处输入图像描述

2.如果频谱泄漏确实延伸到相反符号的频率,这是否意味着在感兴趣频率的 2 倍处没有零交叉的窗函数会导致频率响应中的相长和/或相消干涉(“频谱泄漏”)该频率的窗口持续时间?即,频率可能会干扰自己?

这是一张图片(来源),显示即使对于给定的窗口持续时间,这种“自干扰”的发生也取决于窗口函数的选择:

在此处输入图像描述

1个回答

是的,频谱泄漏包括负频率和正频率;即,卷积是从ππ

然而,当您想要计算给定正频率上的结果泄漏时,它的效果取决于负频率区域中存在的情况。

的实值正弦波作为窗口信号,然后在负频率和正频率处都有一个狄拉克脉冲。然后两个脉冲将窗口傅里叶变换的频谱移动到它们自己的位置,并对任何其他频率产生泄漏效应(除非它们在该特定频率处具有零值)。然而,预计负频率的泄漏会更小,因为它的旁瓣已经比正频率贡献衰减得更多。(当两个脉冲都接近或接近弧度时,情况可能相反。)f0f0f0π0

但是,如果您有一个复杂的信号,例如具有零负频谱内容的分析信号,那么负频率实际上不会产生泄漏。