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CZT變換(chirp-z變換,chirp z-transform)

發布時間:2020-11-04 09:36:40 瀏覽量:8352 作者:Paul

摘要

Chirp-z變換是Lawrence Rabiner在1968年對語音信號進行分析時提出來的,它可以將z平麵的單位圓變成一個(ge) 螺旋線逐漸地從(cong) 單位原

點到單位圓內(nei) 。信號譜分析可以在z平麵上的螺旋線上實現,可以開始於(yu) 任意一點,結束於(yu) 另一任意點。

正文


數字信號左傅裏葉變換,頻域的采樣點數是固定的,若要更多的頻率,需要在時域部分添加零,但同時帶來的問題是消耗更多的時間。

當隻是觀察頻域中的某一部分,又想看到更加詳細的內(nei) 容時,可以使用CZT變換。

離散傅裏葉變換公式如下

表示一個(ge) 離散的正弦波,基頻時2π/N,k時一個(ge) 整數,表示正弦信號的頻率是基頻的k倍。
傅裏葉變化的頻譜角度看,它的抽樣點為(wei) ,在坐標係下可以表示為(wei)


CZT_4

從(cong) 上圖可以看到,傅⾥葉變化的頻率,是對⼀個(ge) 單位圓上進⾏等間隔的抽樣。若要看到更多 的細節,需要在不改變原始信號的情況

下,在周圍補零的操作,增加信號的⻓度,如下所⽰,從(cong) ⼀百個(ge) 點增加到200個(ge) 點,可以看到頻譜的點數增加了⼀倍,考到的頻譜曲線

會(hui) 更加詳細。

CZT_6

但是補零的操作會(hui) 增加數據量,計算消耗的時間約更⻓,因此需要采⽤⼀種更加通⽤的形 式,隻觀察需要的部分。
傅裏葉變化中的正弦波都是用來表示,這裏可以采用來替代,其中

 是矢量半徑的起始長度
 表示抽樣點的起始位置
是點的抽樣間距,當時,抽樣點逆時針旋轉,當時,抽樣點順時針旋轉
可以表示螺旋線的方向,當螺旋線向內(nei) 收縮,當螺旋線向外伸展,表示一個(ge) 單位圓。傅裏葉變換就是這種特殊情況。


采用這種方式的時候,通常采樣的頻率時螺旋型的,而且密度可以任意設置,觀察的區域更加靈活

,相對於(yu) 傅裏葉變化,這是一種更加通用的方式

根據布魯斯特等式,所以

表示卷積,計算卷積通常是先計算他們(men) 的FFT,然後求IFFT
若要在信號取樣的點數為(wei) M,那麽(me) 整個(ge) 序列的長度應該為(wei) L≥M+N-1,在計算FFT的時

候,序列點數最好取2的m次方,所以L滿足L=2^m,因此,上述兩(liang) 個(ge) 式子可以具體(ti) 表述為(wei)

舉(ju) 例
以一個(ge) Rect函數作為(wei) 信號,演示CZT變換

對模擬信號進行傅裏葉變換後得到頻譜信息

若對信號進行采樣,假設原始信號1對應1s,那麽(me) 原來的信號長度為(wei) 2s,采樣的間隔為(wei) 0.05s

傅裏葉變換後得到的頻譜是

橫坐標每一格實際大小是10/81 Hz,最高頻率是5Hz


如果要增加傅裏葉變化後的分辨率,可以在信號兩(liang) 邊填充零

橫坐標每一格實際大小是10/801 Hz,最高頻率是5Hz
補零不影響最高頻率,隻是增加頻率的分辨率


CZT計算某一段的頻譜
原始信號為(wei)

信號的總長度是81, 第一個(ge) 點對應頻率DC,81個(ge) 點對應的相位應該是0到2[Pi]*80/81,我們(men) 取點1-20之間的區域作為(wei) 放大的區域

因此基本的參數如下,原始的信號長度

n1=81

對應的最終相位是2[Pi]*19/81,假設需要的長度是

m1=200

那麽(me) 抽樣的分辨率是

起始位置為(wei) 零,因此

A=1

數據的總長度是

L=m1+n1-1=280

因此另L=512


分別計算g和h


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