Почему БПФ не может определить местонахождение импульса в синусоиде?

Я выполняю анализ синусоидальной волны и заметил кое-что необычное. Когда я случайным образом вводил единичный отсчетный импульс в любой точке синусоидального кадра, БПФ не смог его обнаружить. Интуитивно БПФ импульса должен быть синусоидой, но я ничего не понял. Фактически, я скажу, что информация была потеряна. Почему это так?

введите здесь описание изображения

Чтобы быть абсолютно ясным о коде, который сгенерировал это:

Fs=10e3; %Specify Sampling Frequency 
Ts=1/Fs; %Sampling period. 
Ns= 1024; %Number of time samples to be plotted. 
temp = Ts*(Ns-1);
t=[0:Ts:Ts*(Ns-1)]; %Make time array that contains Ns elements 
%t = [0, Ts, 2Ts, 3Ts,..., (Ns-1)Ts] 
f1= 60; 
f2=1000; 
f3=2000; 
f4=3200; 

x1=sin(2*pi*f1*t (1 : size(t, 2)/2)); %create sampled sinusoids at different frequencies 
x1(1, 400) = 5;
x2=cos(2*pi*f2*t (size(t, 2)/2 + 1: size(t, 2))) ; 

x = [x1 x2];

xfftmag=(abs(fft(x)));
xfftmagh=xfftmag(1:length(xfftmag)/2); 
%Plot only the first half of FFT, since second half is mirror imag 
%the first half represents the useful range of frequencies from 
%0 to Fs/2, the Nyquist sampling limit. 
f=[1:1:length(xfftmagh)]*Fs/Ns; %Make freq array that varies from 
%0 Hz to Fs/2 Hz. 


[ca, cd] = swt(x, 1, 'haar');

person user1343318    schedule 04.08.2013    source источник
comment
Ваши результаты кажутся мне правильными: импульс будет равномерно распределен в частотной области независимо от того, где он находится во временной области. Чего вы ожидали?   -  person Bjorn Roche    schedule 04.08.2013
comment
Я на самом деле ожидал этого, но я хотел знать теоретическую причину этого. Насколько я понимаю, я понимаю, что БПФ импульса равен 1, как указано здесь: fourier.eng.hmc.edu/e101/lectures/delta/node6.html . Если это так, то разве у Бьорна импульс не будет распределяться равномерно? Буду благодарен за ответ.   -  person user1343318    schedule 04.08.2013
comment
Просматривая эту ссылку, похоже, что в ней обсуждается только непрерывная версия преобразования Фурье. В этом случае ДПФ — другой зверь: вы должны учитывать, среди прочего, оконную функцию. (где никакое окно не является прямоугольным окном) en.wikipedia.org/wiki/Window_function   -  person Bjorn Roche    schedule 05.08.2013


Ответы (3)


Я думал, что импульсная функция (она же Дельта Дирака) будет иметь все частоты, а не одну синусоиду.

Возможно, мы не согласны со значением импульсной функции.

В этой ссылке поясняется: дельта Дирака во временной области постоянная функция в частотной области.

Это математическое выражение принципа неопределенности Гейзенберга: вы не можете знать все одновременно во временной и частотной областях.

В вашем БПФ также может отсутствовать импульс из-за выбора частоты дискретизации. Попробуйте увеличить частоту дискретизации и посмотрите, улавливает ли она импульс.

person duffymo    schedule 04.08.2013
comment
Должно помочь увеличение дискретизации или увеличение размера импульса (если под "выборочным импульсом" автор подразумевает прямоугольный импульс). - person BartoszKP; 04.08.2013
comment
Даффимо, спасибо за ответ. Можете ли вы взглянуть на обновленный вопрос? Я сделал это намного более ясным с изображением. - person user1343318; 04.08.2013

Пара действительных (или комплексно-сопряженных) импульсов в точках t и N-t создаст косинусоидальную волну в другом домене. Величина одиночного непарного импульса будет постоянной, но фаза будет вращаться со скоростью некоторой синусоиды в зависимости от положения импульса. Таким образом, вам нужно будет смотреть на фазу комплексного результата, а не только на величину БПФ, чтобы определить местонахождение импульса.

Глядя только на величину и игнорируя информацию о фазе в результате БПФ, вы теряете информацию. Поскольку общая площадь под импульсом может быть относительно небольшой, такой же будет и площадь преобразования (низкая и рассредоточенная, возможно, скрытая в шуме).

person hotpaw2    schedule 04.08.2013

Вы не построили фазовую функцию.

Если вы посмотрите на это, вы должны найти линейную фазовую зависимость (с переходом на 2pi радиан), которая показывает, как каждая из составляющих частот импульса (помните, что это дискретное преобразование Фурье, поэтому у нас есть дискретный набор результатов) немного разные фазовые задержки - то есть все они синхронизированы в момент времени импульса. Очевидно, что номинально будут две частоты, которые имеют независимую доминирующую фазовую составляющую вместе с их боковыми полосами.

Вы можете обнаружить, что компоненты боковой полосы преобладают, но небольшое исследование с различными амплитудными компонентами должно помочь вам увидеть, как складываются разные части. Вы также можете отобразить амплитуду/фазу в виде трехмерной спирали, что может быть полезно для простых сценариев.

person Philip Oakley    schedule 10.08.2013