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CZT變換(chirp-z變換誉券,chirp z-transform)

發(fā)布時間:2020-11-04 09:36:40 瀏覽量:8564 作者:Paul

摘要

Chirp-z變換是Lawrence Rabiner在1968年對語音信號進(jìn)行分析時提出來的亡笑,它可以將z平面的單位圓變成一個螺旋線逐漸地從單位原

點(diǎn)到單位圓內(nèi)。信號譜分析可以在z平面上的螺旋線上實(shí)現(xiàn)横朋,可以開始于任意一點(diǎn),結(jié)束于另一任意點(diǎn)百拓。

正文


數(shù)字信號左傅里葉變換黎烈,頻域的采樣點(diǎn)數(shù)是固定的疏旨,若要更多的頻率弃鸦,需要在時域部分添加零铛碑,但同時帶來的問題是消耗更多的時間凿试。

當(dāng)只是觀察頻域中的某一部分浙宜,又想看到更加詳細(xì)的內(nèi)容時扔枫,可以使用CZT變換俊鱼。

離散傅里葉變換公式如下

表示一個離散的正弦波刻像,基頻時2π/N,k時一個整數(shù)并闲,表示正弦信號的頻率是基頻的k倍细睡。
傅里葉變化的頻譜角度看,它的抽樣點(diǎn)為 帝火,在坐標(biāo)系下可以表示為


CZT_4

從上圖可以看到溜徙,傅?葉變化的頻率,是對?個單位圓上進(jìn)?等間隔的抽樣犀填。若要看到更多 的細(xì)節(jié)蠢壹,需要在不改變原始信號的情況

下,在周圍補(bǔ)零的操作九巡,增加信號的?度图贸,如下所?,從?百個點(diǎn)增加到200個點(diǎn)比庄,可以看到頻譜的點(diǎn)數(shù)增加了?倍求妹,考到的頻譜曲線

會更加詳細(xì)。

CZT_6

但是補(bǔ)零的操作會增加數(shù)據(jù)量佳窑,計算消耗的時間約更?制恍,因此需要采??種更加通?的形 式,只觀察需要的部分神凑。
傅里葉變化中的正弦波都是用來表示净神,這里可以采用來替代何吝,其中

 是矢量半徑的起始長度
 表示抽樣點(diǎn)的起始位置
是點(diǎn)的抽樣間距,當(dāng)時鹃唯,抽樣點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)爱榕,當(dāng)時,抽樣點(diǎn)順時針旋轉(zhuǎn)
可以表示螺旋線的方向坡慌,當(dāng)螺旋線向內(nèi)收縮黔酥,當(dāng)螺旋線向外伸展,表示一個單位圓洪橘。傅里葉變換就是這種特殊情況跪者。


采用這種方式的時候,通常采樣的頻率時螺旋型的熄求,而且密度可以任意設(shè)置渣玲,觀察的區(qū)域更加靈活

,相對于傅里葉變化弟晚,這是一種更加通用的方式

根據(jù)布魯斯特等式忘衍,所以

表示卷積,計算卷積通常是先計算他們的FFT卿城,然后求IFFT
若要在信號取樣的點(diǎn)數(shù)為M枚钓,那么整個序列的長度應(yīng)該為L≥M+N-1,在計算FFT的時

候瑟押,序列點(diǎn)數(shù)最好取2的m次方秘噪,所以L滿足L=2^m,因此勉耀,上述兩個式子可以具體表述為

舉例
以一個Rect函數(shù)作為信號指煎,演示CZT變換

對模擬信號進(jìn)行傅里葉變換后得到頻譜信息

若對信號進(jìn)行采樣,假設(shè)原始信號1對應(yīng)1s便斥,那么原來的信號長度為2s至壤,采樣的間隔為0.05s

傅里葉變換后得到的頻譜是

橫坐標(biāo)每一格實(shí)際大小是10/81 Hz,最高頻率是5Hz


如果要增加傅里葉變化后的分辨率枢纠,可以在信號兩邊填充零

橫坐標(biāo)每一格實(shí)際大小是10/801 Hz像街,最高頻率是5Hz
補(bǔ)零不影響最高頻率,只是增加頻率的分辨率


CZT計算某一段的頻譜
原始信號為

信號的總長度是81晋渺, 第一個點(diǎn)對應(yīng)頻率DC镰绎,81個點(diǎn)對應(yīng)的相位應(yīng)該是0到2[Pi]*80/81,我們?nèi)↑c(diǎn)1-20之間的區(qū)域作為放大的區(qū)域

因此基本的參數(shù)如下木西,原始的信號長度

n1=81

對應(yīng)的最終相位是2[Pi]*19/81畴栖,假設(shè)需要的長度是

m1=200

那么抽樣的分辨率是

起始位置為零,因此

A=1

數(shù)據(jù)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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