正弦函數(shù)傅里葉變換的意義及頻譜泄露原因的理論分析
先從沖擊函數(shù)的定義開始:


我們注意到,沖擊函數(shù)的這些性質(zhì),都有一個(gè)前提,那就是時(shí)間域是從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮。
再看沖擊函數(shù)的頻譜:

同樣,沖激函數(shù)頻譜等于1,也是以時(shí)間域從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮為前提。
再看正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的頻譜:


我們看到,正弦余弦函數(shù)的頻譜,在以整個(gè)時(shí)間域?yàn)榍疤徇M(jìn)行積分以后,他們的頻譜都是沖擊函數(shù)。這也是我們?cè)陬l譜圖上看到一根根豎線的原因,因?yàn)榘凑崭道锶~級(jí)數(shù)分解的原理,函數(shù)都可以分解為一個(gè)個(gè)正弦波之和。
但在實(shí)際中進(jìn)行頻譜分析的時(shí)候,時(shí)間域不可能是無(wú)窮大,比如:

在上面無(wú)窮長(zhǎng)的信號(hào)序列里面,截取中間那一部分進(jìn)行分析,這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)所謂的頻譜泄露,原因在于積分的時(shí)間域變成了有限,假設(shè)是【-T,T】,以圖1中余弦函數(shù)頻譜推導(dǎo)中的

部分進(jìn)行推導(dǎo)如下:

我們看到,其結(jié)果其實(shí)是一個(gè)sinc函數(shù):

我們知道,當(dāng)x趨于0時(shí),sinc函數(shù)的極限為1,其圖像如下:

所以,圖2中的推導(dǎo)結(jié)果表明,w在趨近于w0的時(shí)候,其取值最大,但在w0附近的時(shí)候,也會(huì)逐漸增大,也就是說(shuō),本該像圖1中的一個(gè)沖擊序列,變成了圖3中的鐘形函數(shù),意味著中間頻率點(diǎn)w0的信號(hào)能量,泄露給了它附近的頻率點(diǎn)。
再以一個(gè)實(shí)例說(shuō)明:
f(t)=sin(2*pi*t)+0.8*sin(6*pi*t)+0.6*sin(8*pi*t)

我們看到,每一個(gè)正弦波在頻譜圖中都產(chǎn)生了一根豎線,但在頻率點(diǎn)1hz、3hz和4hz附近確實(shí)存在著頻譜泄露的現(xiàn)象。
總結(jié)如下:
1:正弦余弦函數(shù)的傅里葉變換結(jié)果,表示的是在頻譜圖上,它們會(huì)在自己的頻率點(diǎn)上產(chǎn)生一根豎線(沖擊序列)。
2:頻譜泄露產(chǎn)生的原因在于時(shí)間域由理論上的無(wú)限變成了實(shí)踐中的有限。