Chirp-Z转换

✍ dations ◷ 2025-11-25 08:35:26 #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

  • SBR污水处理工艺SBR污水处理工艺,即序批式活性污泥法,全称为序列间歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process),简称SBR工艺。它是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下
  • 元音和谐律元音和谐律(英语:vowel harmony),又称元音调和、元音和谐,是各种黏着语的语言特色之一。这个定律指一个词语的后缀元音一定会跟词根的元音在某种程度上相一致。芬兰·乌戈尔语族
  • 运动科学运动科学(英语:Sports Science),又译为体育科学,对于人类体育活动进行科学化分析的一个综合性学科。运动科学的研究领域,除了综合了许多传统的学问,例如生理学(Physiology)、心理学(Ps
  • 烂番茄烂番茄(英文:Rotten Tomatoes)是一个网站,以提供电影、电子游戏及电视节目的相关评论、资讯和新闻为主。1998年8月,网站由加州大学伯克利分校的三位亚裔本科生创建:Senh Duong、Pa
  • 阿不思·邓布利多阿不思·珀西瓦尔·伍尔弗里克·布赖恩·邓布利多(英语:Albus Percival Wulfric Brian Dumbledore,1881年7月-1997年6月30日,共115岁),是英国作家乔安·罗琳的奇幻小说《哈利·波特
  • 北山街北山街位于中国杭州西湖北滨,东临环城西路,西到灵隐路,长3098米,路幅宽分别为38米、24.5米、16米,路面铺沥青。
  • 陈伯英陈伯英(1582年-?年),字骏干,号紫滇,福建省泉州府晋江县人,明朝政治人物。万历三十八年(1610年)庚戌科第二甲第五名进士。礼部观政,授工部屯田司主事。
  • 假藿香蓟属假藿香蓟属(学名:)是菊目菊科下的一属,下有330余个物种。假藿香蓟属下的物种主要分布于美洲和西印度群岛,其中150余个物种是墨西哥的野生物种。
  • 周应宾周应宾(?-1626年),字嘉甫,号寅所,浙江鄞县人,明朝大臣、学者。。出自明朝宁波府鄞县西乡(今宁波市海曙区)高桥新庄地方望族新庄周氏,父亲周保,隆庆五年(1571年)辛未科殿试金榜登进士第。侄
  • 松永共广松永共广(まつなが ともひろ)(1980年6月27日-)生于静冈县烧津市,身高163cm,是一名日本男子摔跤运动员,主攻自由式摔跤。他在2008年北京夏季奥林匹克运动会中,参加了男子自由式55公斤