Chirp-Z转换

✍ dations ◷ 2025-09-19 05:18:56 #信号处理,傅里叶分析

啁啾-Z转换(Chirp-Z transform)为离散傅里叶变换(DFT)的一般化,是一种适合于计算当取样频率间隔(sampling frequency interval)与取样时间间隔(sampling time interval)乘积的倒数不等于信号的时频分布面积时的算法,其为利用卷积来实现任意大小的离散傅里叶变换(DFT)的快速傅里叶变换算法。

具体来说,啁啾-Z转换沿着对数螺旋轮廓,计算出有限数量的点 zk 的Z转换,其定义如下:

其中为起始点,为点与点之间的比率,为需要计算的点的数量。

离散信号 x n {\displaystyle x_{n}} 的卷积,两序列的定义如下:

而产生的卷积结果会再乘上 个相位的参数 *:


因此离散信号 x n {\displaystyle x_{n}} 不同,导致我们必须透过补零的方式,将快速傅里叶转换的结果补至长度大于或等于 ,才能精确计算其卷积结果。此外,布鲁斯坦算法提供一个时间复杂度为 O( log ) 的方式计算质数大小的离散傅里叶转换。

在布鲁斯坦算法的卷积过程中使用补零的方式是值得讨论的。如果我们将讯号补至长度为 ≥ 2–1,代表 被扩展至长度为 的阵列 ,其中当 0 ≤ < 时, = ,否则 = 0。然而,基于卷积中的 项, 需要 n 的正值和负值。在阵列中补零的离散傅里叶转换的周期性边界,代表着 等于 。因此, 被扩展到长度为 的阵列 ,其中 0 = 0 = = (当 0 < <),否则, = 0。然后根据通常的卷积定理对 和 进行快速傅里叶转换,逐点相乘,并进行逆快速傅里叶转换以获得 和 的卷积。

让我们更准确地说明,布鲁斯坦算法的离散傅里叶转换需要什么类型的卷积。如果序列 在具有周期 的 中是具有周期性的,那么它将是长度为 的循环卷积,并且,为了计算上的方便而使用补零的方式。但是,通常情况并非如此:

因此,当 为偶数时,卷积是具有周期性的,但在这种情况下,人们通常使用更有效率的快速傅里叶转换算法,例如Cooley-Tukey算法;反之,当 为奇数时, 是反周期性的,并且具有长度 的负循环卷积。然而,当如上所述,使用补零的方式江阵列补到至少 2−1 的长度时,两者之间的差异消失。

上述提到的布鲁斯坦算法也可以基于单方面的Z转换,用以计算更一般化的转换(Rabiner et al, 1969),特别是具有以下形式的转换:

其中 为任意复数,以及分别为输入及输出的数量。

由前面所提到的布鲁斯坦算法,我们可以进行如此的转换。例如,获得讯号某一部分频谱中的内插值,以及在传递函数分析中增加任意极点,皆为其应用之一。

该算法被称为啁啾-Z转换算法,是因为在傅里叶转换的情境(|| = 1)下,一序列 是一复数正弦波,而在雷达系统中则被称作“啁啾”。

相关

  • 葡萄糖葡萄糖(法语、德语、英语:glucose;又称血糖、玉米葡糖、玉蜀黍糖)是自然界分布最广、且最为重要的一种单糖。 因为拥有6个碳原子,被归为己糖或六碳糖。葡萄糖是一种多羟基醛,分子
  • 麻赫穆德·喀什噶里麻赫穆德·喀什噶里(维吾尔语:.mw-parser-output .font-uig{font-family:"UKIJ Tuz","UKIJ Nasq","UKIJ Basma","UKIJ_Mac Basma","UKIJ Zilwa","UKIJ Esliye","UKIJ Tuz Basm
  • 磷循环磷循环(英语:Phosphorus cycle)是生物地球化学循环,描述了通过岩石圈,水圈,生物圈的磷移动。因为磷和磷基化合物在地球上找到的典型范围的温度和压力下通常是固体,磷循环与许多其
  • 何绍基何绍基(1799年-1873年),字子贞,湖南道州(今道县)人,道光十六年进士出身,晚清诗人、画家、书法家。号东洲,别号东洲居士,晚号蝯叟。其父亲是何凌汉,何凌汉曾在16岁时参加家乡道州州试考取
  • M2M2布拉德利步兵战车(M2 Bradley IFV)是美国的步兵战车,以美国陆军五星上将奥马尔·布拉德利为名,由BAE系统陆地与军备公司(英语:BAE Systems Land & Armaments)制造,即是前联合国防
  • 优境学优境学是项通过改善生活条件来改善人类行使职责和福利的研究。 优境学的“改善”是通过改变教育和可控制的自然环境等外部因素来进行的,包括传染病和寄生虫的预防和去除, 并促
  • 南汇区上海市南汇区是中华人民共和国上海市已撤销的市辖区,原辖行政区域于2009年8月9日零时正式划归浦东新区。南汇区位于上海市的东南端,南临杭州湾,东临东海,北邻浦东新区,西邻奉贤区
  • 威廉·艾伦·伊根威廉·艾伦·伊根(William Allen Egan,1914年–1984年),美国政治人物,民主党人。1959年至1966年,担任阿拉斯加州第1任州长;1970年至1974年,再次担任阿拉斯加州州长。威廉·艾伦·伊
  • 仓有衡仓有衡(?-),中华人民共和国政治人物、外交官。1998年,接替张俊岐,担任中华人民共和国驻毛里塔尼亚大使。2001年,由李国学接任。
  • 关榕祚关榕祚(?-?),广西桂林府临桂县(今广西壮族自治区桂林市)人,清朝政治人物、进士出身。光绪十一年,乡试中举,光绪十六年,登进士,同年五月,著主事,分部学习,授吏部学习行走。光绪二十五年,任吏部