一、什么是頻譜泄露，如何減少頻譜泄露？

首先我們知道，對一個(gè)N點(diǎn)的信號(hào)，我們必須要做大于N點(diǎn)的fft，才能保證輸出正常。（頻域采樣定理）

但是對于現(xiàn)實(shí)生活中的信號(hào)，很多都是無限長的，這也會(huì)導(dǎo)致采樣后的離散信號(hào)點(diǎn)數(shù)N也是無限大的，不利于我們進(jìn)行fft運(yùn)算。

因此我們需要用一些方法選出一些點(diǎn)來進(jìn)行fft運(yùn)算。我們都知道，頻譜與沖激函數(shù)卷積，相對于位移但幅度互相不影響。

但是如果直接截出一部分點(diǎn)，則相當(dāng)于在原信號(hào)的基礎(chǔ)上加矩形窗，頻域就相對于和sa函數(shù)卷積。卷積的過程就會(huì)污染原本的頻域，導(dǎo)致原有頻率成分偏移到其他頻率成分上。

如下圖，我們對一個(gè)頻率為20Hz的單頻三角函數(shù)加矩形窗做fs=200的32點(diǎn)fft運(yùn)算，可以看到，不僅20Hz除有頻譜成分，其他頻率成分上也有，這就叫做頻譜泄露。

本文中Nwindow代表截?cái)嗪髸r(shí)域有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N代表fft點(diǎn)數(shù)

那么該如何減小泄露呢？

可以選擇增大信號(hào)點(diǎn)數(shù)或者選用更好的窗函數(shù)來截?cái)嘣瘮?shù)

下圖是進(jìn)行512點(diǎn)fft的頻譜（同時(shí)信號(hào)有效點(diǎn)數(shù)也增大為512）

二、什么是柵欄效應(yīng)，降低柵欄效應(yīng)？

首先來看柵欄效應(yīng)，由于DFT是在DTFT的基礎(chǔ)上對頻域進(jìn)行采樣，因此頻域就會(huì)變成離散的點(diǎn)，就好像通過柵欄觀察頻譜一樣，因此叫做柵欄效應(yīng)。

柵欄效應(yīng)可以通過時(shí)域補(bǔ)零來減小，同時(shí)也相當(dāng)于增大頻域的采樣點(diǎn)數(shù)（因?yàn)轭l域采樣點(diǎn)數(shù)等于時(shí)域信號(hào)的點(diǎn)數(shù)）。下圖是表示時(shí)域信號(hào)有效長度不變的情況下，分別補(bǔ)零不同的點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的結(jié)果，可以看出補(bǔ)零越多，柵欄效應(yīng)越小。

三、什么是頻譜分辨率，如何降低頻譜分辨率？

頻譜分辨率是在頻率上能把兩個(gè)信號(hào)分開的能力。

這里有一個(gè)誤區(qū)就是補(bǔ)零可以增大頻譜分辨率，這是錯(cuò)誤的，是錯(cuò)誤的理解了頻譜分辨率概念所引起的。接下來一個(gè)圖片是對兩個(gè)單頻的疊加信號(hào)做fft，我們看看通過補(bǔ)零能否增加頻譜分辨率（主瓣頂峰所對應(yīng)的距離）

我們可以看到，通過補(bǔ)零只能把圖像變得更平滑，但是無法增大把20Hz，30Hz這兩個(gè)單頻信號(hào)分開的能力。接下來我們增加時(shí)域有效采樣點(diǎn)數(shù)，觀察效果。

可以看到，通過增加時(shí)域有效點(diǎn)數(shù)，可以增大兩個(gè)單頻點(diǎn)被分辨開的能力。

同時(shí)選用更好的窗函數(shù)也可以增大頻率分辨率。

在這里可以聯(lián)想到頻譜泄露的概念，實(shí)際上頻譜分辨率低也是因?yàn)槟滁c(diǎn)頻率因?yàn)轭l譜泄露而污染了另一點(diǎn)的頻率，因此減小頻譜泄露實(shí)際上也就是增大頻譜分辨率。他們都可以選用更好的窗函數(shù)以及增大時(shí)域有效點(diǎn)數(shù)N來優(yōu)化。

四、 為什么fft之后產(chǎn)生對稱的圖像？

首先我們知道實(shí)信號(hào)的頻譜是對稱的，即X(k)=X*(-k)

又有fft的頻譜具有隱含周期性，則X(k)=X(k+N)

因此 X(k)=X*(N-k) 即在一個(gè)采樣周期內(nèi)，以一半的采樣頻率為分界線，兩邊的值是對稱的，所以我們只需取一半點(diǎn)即可。

五、DFT中采樣頻率，模擬頻率和數(shù)字頻率的區(qū)別和聯(lián)系

首先我們知道，在物理世界中只有模擬頻率f，它的單位是Hz，這也是最容易理解的一個(gè)頻率。

其次我們對信號(hào)采樣有了采樣頻率fs，并且根據(jù)奈奎斯特采樣定理，原信號(hào)的頻率是不大于0.5倍的fs的。也就是說原模擬信號(hào)的頻率f是處于區(qū)間（0，0.5fs）的。

那么我們就可以把原信號(hào)的模擬頻率區(qū)間（0，fs），一一對應(yīng)到數(shù)字頻率區(qū)間（0，2pi）。

他們的轉(zhuǎn)化關(guān)系為w=2pi*f/fs（其中w為數(shù)字頻率，f為模擬頻率，fs為采樣頻率）

來源：網(wǎng)絡(luò)