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采样 2023-12-30

采样 2023-12-30

作者: 出生的水滴 | 来源:发表于2023-12-29 17:42 被阅读0次

概念

  • 采样是信号处理中的一个基本概念,特别是在模拟信号转换为数字信号的过程中。采样的目的是在离散的时间点上测量模拟信号的幅值和相位,从而生成一系列离散数值,这些离散数值可以被数字设备存储和处理。

奈奎斯特采样

  • 采样频率: 采样频率f_s,通常用赫兹(Hz)表示,是指每秒采样的次数。
  • 采样定理: 根据奈奎斯特采样定理(nyquist theorem),采样频率应该大于等于信号频谱的最大频率两倍,才不会导致信号的还原过程中导致信号失真的问题,即
    \Delta f_s \geq 2f_{max} = \frac{1}{\Delta x}
    其中,\Delta f_s=1/LL为观察屏的边长,\Delta xL上的采样间隔。当以\Delta f_s的采样频率进行等距采样,相位在2\pi内变化时,需要满足以下不等式:
    \Delta f_s \frac{\partial{\phi(f_x)}}{\partial f_x}\leq\pi
    以某一传递函数为例:
    H=e^{jkz}e^{-j\pi \lambda z (f_x^2+f_y^2)}
    其中,相位\phi只与指数项-\pi \lambda z (f_x^2+f_y^2)相关,考虑到f_x、f_y互相正交,故在采样约束上是相互独立,可以分开讨论,此处以f_x为例,即:
    \phi(f_x)=-\pi \lambda z f_x^2
    此时,
    \Delta f_s \frac{ \partial{ \phi(f_x)}}{ \partial f_x} \leq \pi \Longrightarrow \Delta f_s (-\pi \lambda z 2f_x) \leq \pi \Longrightarrow \Delta x \geq \frac{\lambda z}{L}
    当该不等式取等号时,为标准采样,取大于号时为过采样,取小于号时为欠采样,f_y同理。

采样作用

  • 量化:采样除了时域、空域上信号的离散化,还包括幅值和相位上的离散化,这个过程称为量化。在量化过程中,连续的信号被映射到有限数量的量化级别上。
  • 采样信号的处理:一旦信号被采样和量化,就可以使用数字信号处理技术来进行滤波、压缩、分析等操作。

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