在讨论测量技术和信号处理时,了解各种规格和参数对于为您的应用程序找到正确的设置非常重要。因此,在接下来的文章中,我们将仔细研究以下内容:
采样率
什么是采样率?
一个至关重要的参数是采样率——也称为采样率或采样频率。它是一个波形每秒获得的平均采样数。单位是每秒采样数,有时也可以是赫兹(Hz)。
采样率用于信号处理领域,其中采样是将连续时间信号减少为离散时间信号的过程。产生的样本是信号在时间和/或空间上特定点的特定值。为了找到合适的采样率,必须满足连续信号和离散信号之间的奈奎斯特定理。
奈奎斯特定理-选择正确的采样率
定理:“如果一个函数f(t)不包含高于B赫兹的频率,那么它可以完全从其坐标中确定,这些点之间的间隔小于1/(2B)秒。[Shannon, Claude E.(1949年1月)]
奈奎斯特定理是信号调理基础的一部分。它一方面可以用连续时间信号构造离散时间信号,另一方面可以重构原始信号。
然而,要实现这一点,必须选择至少与奈奎斯特率一样高的采样率。奈奎斯特速率等于原始信号最高频率的两倍。虽然一般选择10倍高的采样率,以保证足够的信号质量。
下面是一个简单的例子:
下图显示了几个正弦信号。黑色实线描述频率为~0.48 Hz的原始信号。高亮的标记表示根据选择的采样率的采样点。灰色虚线表示根据采样率重构的信号。本例的奈奎斯特速率为0.96 Hz (2 * 0.48 Hz)。结果表明,对于采样率为0.96 Hz的所有情况,都不能重构原始信号;只有采样率为1hz时,它才可恢复。
欠采样和过采样
欠采样(或带通采样)是指以低于奈奎斯特速率的采样率对带通滤波信号进行采样,但仍可重构的过程。
过采样是一种以高于奈奎斯特速率的采样率对信号进行采样的技术。这可以提高分辨率和更好的SNR(信噪比)。为了提高一个额外的分辨率,信号必须被过采样四次。
注意:过采样和欠采样这两个术语也用于统计数据分析领域,但它们的含义不同。注意:这里有混淆的风险。
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