奈奎斯特极限后的 DFT

信息处理 fft 自由度 奈奎斯特
2022-02-25 09:44:06

我通常使用 Matlab 中的 fft 进行 DFT。在奈奎斯特频率之后,我看不到任何结果。是否可以按照奈奎斯特频率执行 dft。我问这个是因为我看过一篇论文,其中作者展示了奈奎斯特频率之后的频谱结果

4个回答

是否可以按照奈奎斯特频率执行 dft。

当然。每个 DFT 都会这样做。原因如下:应用 DFT 要求信号是时间离散的,这意味着它在频域中是周期性的,采样率就是周期。

假设您的采样率为 40 kHz。那么 1kHz 处的 DFT 值将是相同的 41kHz、81kHz、121kHz、-39kHz、-79kHz 等。单个 DFT 将产生所有频率的值,而不仅仅是低于 Nyquist 的频率。这只是你想看哪个时期的问题。

很容易证明

X(k)=n=0N1ej2πnkN

X(k+N)=n=0N1ej2πn(k+N)N=n=0N1ej2πnkNej2πnNN=X(k)

自从

ej2πnNN=ej2πn=1

在奈奎斯特,信号走[1,1,1,1,...]- 对于任何输入长度,这是最快的离散变化。零填充无济于事:它只会降低可能的最低(非零)频率。

因此,超越奈奎斯特必然意味着增加物理采样率或“信息率”,使得相同的离散变化[1,1,...]现在代表更高的物理频率。

一种解决方法是“插补”或插值,但这里的 FFT 插值是没有意义的,对于 Nyquist 和 dc bin 来说是唯一的。

注意:我将这个问题理解为在没有混叠的情况下超越了奈奎斯特,即实际上获得了更大的物理频率。除此之外,DFT atNyquist + 1等于 DFT at -(Nyquist - 1),依此类推—— “DFT 周期性”(如果输入是实数,频谱幅度Nyquist + 1等于Nyquist - 1

在数字化信号中,两个样本之间的最小时间间隔为 1/(采样频率)。因此最大频率分量不能超过采样频率(可以是奈奎斯特速率或大于该频率)

对于真实信号,具有唯一信息的最大频率分量不会超过samplingfrequency2 (因为关于奈奎斯特频率的频谱对称)

奈奎斯特速率是最大值的两倍。频率限制信号中的频率分量。

奈奎斯特频率是采样率的一半(可以等于或大于奈奎斯特速率)

如果 OP 的参考在 Nyquist 频率之后显示一个唯一的频谱,对应于fs/2在哪里fs是采样率(也许这是问题的动机?),那么这意味着时域波形是复杂的,因为在这种情况下,跨越采样率宽度(在任何频率间隔内)的整个频谱将映射唯一到 DFT 箱。(因此需要抗混叠滤波器在对模拟信号进行采样之前选择这样的间隔,否则我们将不知道我们真正查看的是哪个频率范围,或者是否有许多频率正在映射)。

对于真实信号,频谱是复共轭对称的(因此在这种情况下我们可以忽略一半的 DFT 箱,因为信息是冗余的)。

但是对于复杂的信号,正负频谱之间没有关系,所以频谱是唯一的。