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模拟频率f、模拟角频率Ω 、数字频率ω之间的关系

  • 发布:2023-09-22 22:58

模拟频率 f f f、模拟角频率 Ω \Omega Ω、数字频率 ω \omega ω之间的关系

概念

  • 模拟频率 f f f:每秒经历多少个周期,单位Hz
    cos ⁡ ( 2 π f t ) (1) \cos(2 \pi f t) \tag{1} cos(2πft)(1)
  • 模拟角频率 Ω \Omega Ω:每秒经历多少弧度,单位rad/s
    cos ⁡ ( Ω t ) (2) \cos(\Omega t) \tag{2} cos(Ωt)(2)
  • 数字频率 ω \omega ω:每个采样点间隔之间的弧度,单位rad
    cos ⁡ ( ω n ) = cos ⁡ ( Ω n T ) (3) \cos(\omega n) = \cos(\Omega n T) \tag{3} cos(ωn)=cos(ΩnT)(3)

三者之间的关系

Ω = 2 π f (4) \Omega = 2\pi f \tag{4} Ω=2πf(4)
ω = Ω T (5) \omega = \Omega T \tag{5} ω=ΩT(5)
推导:
cos ⁡ ( 2 π f t ) = cos ⁡ ( Ω t ) = cos ⁡ ( Ω n T ) = cos ⁡ ( Ω T n ) = cos ⁡ ( ω n ) (6) \cos(2\pi f t) = \cos(Ωt) = \cos(ΩnT) = \cos(ΩTn) = \cos(\omega n) \tag{6} cos(2πft)=cos(Ωt)=cos(ΩnT)=cos(ΩTn)=cos(ωn)(6)
重要数学关系:
t = n T (7) t = nT \tag{7} t=nT(7)

从时域角度理解

  1. 模拟信号周期:经过 2 π 2\pi 2π需要多长时间,单位为s

    f = 10 H z f = 10 Hz f=10Hz,则周期为0.1s

  2. 数字信号周期: 经过 2 π 2\pi 2π需要多少个点,单位为1

    f = 10 H z f = 10 Hz f=10Hz f s = 20 H z fs = 20 Hz fs=20Hz,则周期2;

例如

在模拟信号中 f f f是模拟频率; Ω Ω Ω是模拟角频率。

比如 sin ⁡ ( Ω t ) \sin(Ωt) sin(Ωt) 其中 Ω = 2 π f Ω=2 \pi f Ω=2πf

当对模拟信号进行抽样后
t = n T s t=nT_s t=nTs
其中 T s T_s Ts为抽样周期, T s = 1 / f s T_s=1/fs Ts=1/fs f s fs fs为抽样频率。

t = n T s t=nT_s t=nTs回带入式子中,这时 sin ⁡ ( Ω t ) \sin(Ωt) sin(Ωt) 就变成了 sin ⁡ ( Ω n T s ) \sin(ΩnT_s) sin(ΩnTs),此时的角频率称为数字角频率 ω \omega ω.

ω = Ω T s \omega=ΩT_s ω=ΩTs

sin ⁡ ( Ω n T s ) = sin ⁡ ( ω n ) \sin(ΩnT_s)=\sin(\omega n) sin(ΩnTs)=sin(ωn)
ω = Ω f s = 2 π f f s \omega=\frac{Ω}{fs}=\frac{2 \pi f}{fs} ω=fsΩ=fs2πf
此时 ω \omega ω也称为数字频率,因为它是一个相对频率(仅仅是一种称呼),这时的 ω \omega ω就不能简单的用 ω = 2 π f \omega=2\pi f ω=2πf来计算了

因为此时 f f f是谁?不过当把 f / f s f/fs f/fs当做一个新的 f f f时也是可以等效为 ω = 2 π f \omega=2\pi f ω=2πf的。

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