Chirp-Z转换

✍ dations ◷ 2025-12-02 12:43:41 #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

  • 群岛群岛(英语:archipelago或islands),又称岛群、列岛,是由一连串岛屿所组成的地形。英语的archipelago本字来自爱琴海(希腊语:αρχιπέλαγος),原指“主要的海”,源自希腊语arkhi
  • 阿克萨达姆神庙阿克萨达姆神庙(Akshardham;古吉拉特语:દિલ્હી અક્ષરધામ,天城文:दिल्ली अक्षरधाम)是印度德里的一组印度教寺庙建筑群,展示了古老的印度教文化、精神
  • 代谢反应代谢(英语:Metabolism /məˈtæbəlɪzəm/,来自希腊语:μεταβολή / metabolē “改变”),亦称新陈代谢,是生物体内维持生命的化学反应的集合。代谢是生物体维持生命的化学
  • 四川话拼音四川话拼音(Si4cuan1hua4 Pin1yin1)是部分四川话辞书中依据汉语拼音设计的,用来给四川话注音的四川话拉丁化方案。四川话拼音基于成都话语音,在《四川方言词典》、《四川方言词
  • 中日韩统一表意文字扩展区B中日韩统一表意文字扩展区B(英语:CJK Unified Ideographs Extension B)是一个Unicode区段,在Unicode版本3.1被引入。扩展B区包含有42,711个新的汉字,位置在 U+20000–U+2A6D6。根
  • 氯化铜氯化铜是铜(II)的氯化物,化学式为CuCl2。它是黄棕色固体,在空气中缓慢吸收水分生成蓝绿色的二水合物。自然界中氯化铜存在于很稀有的水氯铜矿中。无水CuCl2为变形碘化镉结构。
  • 前奏曲Op.28, No. 24 (萧邦)前奏曲Op. 28, No. 24为萧邦24首前奏曲中的乐曲,为D小调,充满热情的快板(Allegro appassionato),6/8拍。起初左手以重复五个响亮的音作引子,并以固定低音形式一直持续到接近结尾
  • 黄花蝠属黄花蝠属(黄花蝠),哺乳纲、翼手目、叶口蝠科的一属,而与黄花蝠属(黄花蝠)同科的动物尚有花蝠属(古巴花蝠)、狭叶蝠属(狭叶蝠)等之数种哺乳动物。
  • 制裁特攻《制裁特攻》(英语:,也能记作或)是一部2018年美国动作惊悚片,由安东尼·法奎执导,李察·威克撰写剧本。该片改编自迈克尔·史隆和理查德·林德海姆创作的电视剧《都市奇侠(英语:The
  • 猎鹰突起《猎鹰上升》(英语:,前称)是一部于2014年上映的美国动作冒险片,为厄尼·巴布拉许执导。由迈克·贾·怀特、尼尔·麦当诺和艾莉·拉特主演。《猎鹰上升》于2014年9月5日在美国限定