实验二 FFT算法的MATLAB实现
实验二FFT实现信号频谱分析
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-20246四、试验环节
4. 试验内容2旳程序运营成果如下图所示：
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四、试验环节
|X(k)| x(n)
5. 试验内容 3旳程序运营成果如下图所示：
fft 计算迅速离散傅立叶变换
fftshift
ifft
调整fft函数旳输出顺序，将零频 位置移到频谱旳中心
计算离散傅立叶反变换
fft函数：调用方式如下
y=fft(x)：计算信号x旳迅速傅立叶变换y。当x旳长度为 2旳幂时，用基2算法，不然采用较慢旳分裂基算法。
y=fft(x,n)：计算n点FFT。当length(x)>n时，截断x，不 然补零。
【例2-11】产生一种正弦信号频率为60Hz，并用fft函数 计算并绘出其幅度谱。
fftshift函数：调用方式如下 y=fftshift(x)：假如x为向量，fftshift(x)直接将x旳左右两 部分互换；假如x为矩阵（多通道信号），将x旳左上、右 下和右上、左下四个部分两两互换。 【例2-12】产生一种正弦信号频率为60Hz,采样率为1000Hz, 用fftshift将其零频位置搬到频谱中心。
以上就是按时间抽取旳迅速傅立叶变换
实验二的应用FFT对信号进行频谱分析
实验二的应用FFT对信号进行频谱分析引言：频谱分析是通过将连续信号转换为离散信号，根据信号在频域上的强度分布来分析信号的频谱特性。
其中，FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）是一种常见的频谱分析算法，可以高效地计算离散信号的傅里叶变换。
实验目的：本实验旨在使用FFT算法来对一个信号进行频谱分析，从而了解FFT 的原理和应用。
实验器材：-计算机-MATLAB软件实验步骤：1.准备信号数据：首先，需要准备一个信号数据用于进行频谱分析。
可以通过MATLAB 自带的函数生成一个简单的信号数据，例如生成一个正弦信号：```Fs=1000;%采样频率T=1/Fs;%采样时间间隔L=1000;%信号长度t=(0:L-1)*T;%时间向量S = 0.7*sin(2*pi*50*t) + sin(2*pi*120*t); % 生成信号，包含50Hz和120Hz的正弦波成分```其中，Fs为采样频率，T为采样时间间隔，L为信号长度，t为时间向量，S为生成的信号数据。
2.进行FFT计算：利用MATLAB提供的fft函数，对准备好的信号数据进行FFT计算，得到信号的频谱：```Y = fft(S); % 对信号数据进行FFT计算P2 = abs(Y/L); % 取FFT结果的模值，并归一化P1=P2(1:L/2+1);%取模值前一半P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1); % 对非直流分量进行倍频处理f=Fs*(0:(L/2))/L;%计算对应的频率```其中，Y为FFT计算的结果，P2为对应结果的模值，并进行归一化处理，P1为P2的前一半，f为对应的频率。
3.绘制频谱图：使用MATLAB的plot函数，将频率和对应的功率谱绘制成频谱图：```plot(f,P1)title('Single-Sided Amplitude Spectrum of S(t)')xlabel('f (Hz)')ylabel('，P1(f)，')```实验结果与分析：上述实验步骤通过MATLAB实现了对一个信号的频谱分析并绘制成频谱图。
matlab自行编写fft傅里叶变换
傅里叶变换（Fourier Transform）是信号处理中的重要数学工具，它可以将一个信号从时域转换到频域。
在数字信号处理领域中，傅里叶变换被广泛应用于频谱分析、滤波、频谱估计等方面。
MATLAB作为一个功能强大的数学软件，自带了丰富的信号处理工具箱，可以用于实现傅里叶变换。
在MATLAB中，自行编写FFT（Fast Fourier Transform）的过程需要以下几个步骤：1. 确定输入信号我们首先需要确定输入信号，可以是任意时间序列数据，例如声音信号、振动信号、光学信号等。
假设我们有一个长度为N的信号x，即x = [x[0], x[1], ..., x[N-1]]。
2. 生成频率向量在进行傅里叶变换之前，我们需要生成一个频率向量f，用于表示频域中的频率范围。
频率向量的长度为N，且频率范围为[0, Fs)，其中Fs 为输入信号的采样频率。
3. 实现FFT算法FFT算法是一种高效的离散傅里叶变换算法，它可以快速计算出输入信号的频域表示。
在MATLAB中，我们可以使用fft函数来实现FFT 算法，其调用方式为X = fft(x)。
其中X为输入信号x的频域表示。
4. 计算频谱通过FFT算法得到的频域表示X是一个复数数组，我们可以计算其幅度谱和相位谱。
幅度谱表示频率成分的强弱，可以通过abs(X)得到；相位谱表示不同频率成分之间的相位差，可以通过angle(X)得到。
5. 绘制结果我们可以将输入信号的时域波形和频域表示进行可视化。
在MATLAB 中，我们可以使用plot函数来绘制时域波形或频谱图。
通过以上几个步骤，我们就可以在MATLAB中自行编写FFT傅里叶变换的算法。
通过对信号的时域和频域表示进行分析，我们可以更好地理解信号的特性，从而在实际应用中进行更精确的信号处理和分析。
6. 频谱分析借助自行编写的FFT傅里叶变换算法，我们可以对信号进行频谱分析。
频谱分析是一种非常重要的信号处理技术，可以帮助我们了解信号中所包含的各种频率成分以及它们在信号中的能量分布情况。
基于MATLAB的FFT算法实现
基于MATLAB的FFT算法实现摘要：本文研究了基于MATLAB的快速傅里叶变换（FFT）算法的实现。
傅里叶变换是一种重要的信号处理工具，广泛应用于图像处理、语音处理、通信系统等领域。
FFT是一种快速计算傅里叶变换的算法，可以大大提高傅里叶变换的计算效率。
本文详细介绍了FFT算法的原理和实现步骤，并通过MATLAB编程实现了FFT算法，并对不同信号和数据集进行了测试和分析。
实验结果表明，基于MATLAB的FFT算法可以有效地计算傅里叶变换，并且具有较高的精确性和稳定性。
关键词：MATLAB、FFT、傅里叶变换、计算效率、精确性、稳定性一、引言傅里叶变换是一种将时域信号转换到频域的重要工具，可以解析复杂的周期信号和非周期信号。
傅里叶变换在图像处理、语音处理、通信系统等领域有广泛的应用。
由于传统的傅里叶变换算法计算复杂度较高，耗时较长，因此需要一种快速计算傅里叶变换的算法。
快速傅里叶变换（FFT）算法是一种通过分治和递归的方法，将傅里叶变换计算的时间复杂度从O(N^2)降低到O(NlogN)，大大提高了傅里叶变换的计算效率。
二、FFT算法原理FFT算法是一种递归的分治算法，它将长度为N的输入序列分为两个长度为N/2的子序列，然后通过对子序列进行FFT变换，再利用蝶形运算（butterfly operation）将结果合并，最终得到整个输入序列的傅里叶变换结果。
FFT算法的关键步骤包括序列分组、计算旋转因子、递归计算和合并。
通过这些步骤，可以将傅里叶变换的计算复杂度从O(N^2)降低到O(NlogN)。
三、基于MATLAB的FFT算法实现步骤1.读入输入序列，并将序列长度补齐为2的指数幂，方便进行分组计算。
2.进行FFT算法的递归计算。
首先将输入序列分为两个长度为N/2的子序列，然后对子序列进行递归计算，最终得到子序列的傅里叶变换结果。
3.计算旋转因子。
根据旋转因子的定义，计算出旋转因子的实部和虚部。
FFT算法(用matlab实现)
数字信号处理实验报告 实验二 FFT 算法的MATLAB 实现（一）实验目的：理解离散傅立叶变换时信号分析与处理的一种重要变换，特别是FFT 在数字信号处理中的高效率应用。
（二）实验原理：1、有限长序列x(n)的DFT 的概念和公式：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-≤≤=-≤≤=∑∑-=--=101010)(1)(10)()(N k kn N N n kn N N n W k x N n x N k W n x k x)/2(N j N eW π-=2、FFT 算法调用格式是 X= fft(x) 或 X=fft(x,N)对前者，若x 的长度是2的整数次幂，则按该长度实现x 的快速变换，否则，实现的是慢速的非2的整数次幂的变换；对后者，N 应为2的整数次幂，若x 的长度小于N ，则补零，若超过N ，则舍弃N 以后的数据。
Ifft 的调用格式与之相同。
（三）实验内容1、题一：若x(n)=cos(n*pi/6)是一个N=12的有限序列，利用MATLAB 计算它的DFT 并画出图形。
源程序： clc; N=12; n=0:N-1; k=0:N-1;xn=cos(n*pi/6); W=exp(-j*2*pi/N); kn=n'*kXk=xn*(W.^kn) stem(n,Xk); xlabel('k'); ylabel('Xk'); grid on ;也可用FFT 算法直接得出结果，程序如下： clc; N=12; n=0:N-1;xn=cos(n*pi/6);Xk=fft(xn,N); stem(n,Xk); xlabel('k'); ylabel('Xk'); grid on ;实验结果：24681012kX k分析实验结果：用DFT 和用FFT 对序列进行运算，最后得到的结果相同。
但用快速傅立叶变换的运算速度可以快很多。
2、题二：一被噪声污染的信号，很难看出它所包含的频率分量，如一个由50Hz 和120Hz 正弦信号构成的信号，受均值随机噪声的干扰，数据采样率为1000Hz ，通过FFT 来分析其信号频率成分，用MA TLAB 实现。
matlab的fft算法
matlab的fft算法MATLAB是一款广泛使用的数学软件，它提供了许多强大的工具和函数，可以帮助我们进行各种数学计算和分析。
其中，FFT（Fast Fourier Transform）算法是MATLAB中一个非常常用的函数，它用于对时间域信号进行快速傅里叶变换，从而在频域对信号进行分析。
一、FFT算法简介FFT算法是一种基于离散傅里叶变换（DFT）的快速算法，可以将一个信号从时域转换到频域，也可以将信号从频域转换到时域。
通过FFT算法，我们可以快速、准确地分析信号的频率成分和时延特性，从而更好地理解和处理信号。
在MATLAB中，可以使用fft函数来进行FFT运算。
该函数接受一个一维时间序列作为输入，并返回一个频域序列。
可以通过使用该函数来分析连续信号的频谱特性。
三、使用FFT函数的步骤1. 导入数据：首先，需要将需要分析的时间序列数据导入MATLAB中。
可以使用向量、数组或矩阵等形式导入数据。
2. 调用fft函数：在MATLAB命令窗口中，使用fft函数来对数据进行FFT运算。
输入参数包括时间序列数据和N值（采样点数），输出参数为频域序列。
3. 观察结果：通过绘图或打印输出等方式，观察FFT结果。
可以查看每个频率分量的幅值和相位信息，以及整个频谱的形状和位置。
4. 分析应用：根据FFT结果，可以对信号进行进一步的分析和处理，如噪声抑制、调制解调、通信系统设计等。
四、应用示例假设有一个简单的正弦波信号，可以使用MATLAB中的FFT函数来分析其频谱特性。
具体步骤如下：1. 导入数据：使用向量生成一个频率为5Hz、持续时间为1秒的正弦波信号。
2. 调用fft函数：在MATLAB命令窗口中，使用fft函数对该信号进行FFT运算，并指定采样点数为256。
3. 观察结果：使用plot函数绘制FFT结果的频谱图，并使用MATLAB中的frequency domain函数分析FFT结果。
4. 分析应用：根据FFT结果，可以得出该信号的频率成分和幅值信息，从而更好地理解该信号的性质和特点。
fft函数matlab的用法
fft函数matlab的用法FFT函数（快速傅立叶变换）是一种强大的、高效的信号处理中常用的数字信号处理技术，具有快速、准确、高效率的优点，在频域变换中常常使用，FFT函数是一种常用的离散数字信号处理技术，具有快速、准确、高效率的优点。
在信号处理中，FFT函数用于进行实数信号的频域变换，通过实现相应的傅立叶频谱分析和频率特性分析，了解并分析信号的特征，FFT函数的优点在于其实现的多项式插值及仿真，特别是在信号及电路模拟方面具有很高的效率，因而在信号处理中FFT函数得到了广泛应用。
FFT函数原理：FFT函数是基于复变换（Fourier Transformation）理论的实现，复变换可以将实数信号从时域中变换到频域，即将相应的时域信号的振幅-时间关系表达转变为频率-振幅关系表达，从而显示出实数信号在频率领域的信息内容。
FFT函数可以通过离散傅里叶变换的概念来实现，将实数信号的时域信息以离散频率的正弦正切振荡波组成的序列输出到频域，从而获得实数信号在频域中的表达式，并便于多项式插值拟合、仿真，以及实现其他功能。
Matlab中的FFT函数可以帮助用户快速、准确地实现实数信号的频域变换，常用指令有fft和ifft，其中，fft函数用于对输入信号进行快速傅里叶变换，ifft函数用于快速傅里叶逆变换，实现实数信号时间域与频域的相互转换。
使用Matlab的fft函数的步骤如下：（1）定义输入信号利用Matlab中的函数绘制信号，记录下相应的时间和振幅值，定义输入信号。
（2）调用FFT函数在Matlab中调用fft函数实现对定义的输入信号的快速傅里叶变换，并输出变换得到的频域序列。
（3）可视化频域序列利用Matlab中绘图功能来可视化变换得到的序列，显示实数信号在频域中的频率分布特征，根据得到的频率及相应振幅进行分析，从而获取实数信号的信息内容。
综上所述，Matlab中的FFT函数具有快速、准确，高效率的特点，是实现实数信号的频域变换的有效手段，在时域与频域信号特征分析中，可以利用Matlab中的FFT函数进行多项式插值拟合、仿真，实现电路模拟等复杂应用。
FFT算法MATLAB实现程序使用
FFT算法MATLAB实现程序使用
一、本程序主要的功能：
1，实现FFT的两种基2算法，DIT和DIF算法；
2，可以多次计算信号的FFT；
二、使用介绍：
1，在MATLAB软件运行该程序，出现如下提示界面：
⚫首先输入频率f1的数值，必须在要求的数值区间，否则会出现如下提示，需要重新输入f1数值:
⚫然后输入频率f2的数值，同样要求在要求的数值区间，否则会出现如下提示，需要重新输入f1数值:
⚫接着选择用DIF算法或者DIT算法：
⚫然后可以在图窗查看图形结果，或者在变量工作区查看计算结果：
⚫最后可以选择是否继续下次运算。
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班级：学号：姓名
实验二FFT算法的MATLAB实现
（一）实验目的：
（1）掌握用matlab进行FFT在数字信号处理中的高效率应用。
（2）学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析。
（二）实验内容及运行结果：
题1：若x(n)=cos(nπ/6)是一个N=12的有限序列，利用MATLAB计算它的DFT 并进行IDFT变换同时将原图与IDFT变换后的图形进行对比。
当求解IFFT变换中，采样点数少于12时，会产生什么问题。
程序代码：
N=12;
n=0:11;
Xn=cos(n*pi/6);
k=0:11;
nk=n'*k;
WN=exp(-j*2*pi/N)
WNnk=WN.^nk
XK=Xn*WNnk;
figure(1)
stem(Xn)
figure(2)
stem(abs(XK))
运行结果：
IFFT变换中，当采样点数少于12时图像如下图显示：
分析：由图像可以看出，当采样点数小于12时，x(n)的频谱不变，周期为6，而XK 的频谱图发生改变。
题2：对以下序列进行谱分析
132()()103()8470x n R n n n x n n
n =+≤≤⎧⎪
=-≤≤⎨⎪⎩
其他n
选择FFT 的变换区间N 为8和16点两种情况进行频谱分析，分别打印其幅频特
性曲线并进行对比、分析和讨论。
㈠ 程序代码：
x=ones(1,3);nx=0:2; x1k8=fft(x,8);
F=(0:length(x1k8)-1)'*2/length(x1k8); %进行对应的频率转换 stem(f,abs(x1k8));%8点FFT title('8点FFTx_1(n)'); xlabel('w/pi'); ylabel('幅度');
N=8时：
x=ones(1,3);nx=0:2;
x1k16=fft(x,16);
f=(0:length(x1k16)-1)'*2/length(x1k16); %进行对应的频率转换stem(f,abs(x1k16));%16点FFT
title('16点FFTx_1(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
N=16时：
分析：对x1进行分析，两图像相似，N越大图像分辨率越高。
㈡程序代码：
①n1=0:3;
x1=n1+1;
n2=4:7;
x2=8-n2;
x=[x1 x2];
X2k8=fft(x,8);
f=(0:length(X2k8)-1)'*2/length(X2k8); %进行对应的频率转换figure(1)
stem(f,abs(X2k8));%8点FFT
title('8点FFTx_2(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
N=8时：
②n1=0:3;
x1=n1+1;
n2=4:7;
x2=8-n2;
x=[x1 x2];
X2k8=fft(x,16);
f=(0:length(X2k8)-1)'*2/length(X2k8); %进行对应的频率转换figure(1)
stem(f,abs(X2k8));%8点FFT
title('8点FFTx_2(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
N=16时：
分析：对x2进行分析，N=16比N=8的图像更清晰，分辨率越高。
题3：对以下周期序列进行谱分析：
3()cos
4
x n n π
=
选择FFT 的变换区间N 为8和16点两种情况进行频谱分析，分别打印其幅频特性曲线并进行对比、分析和讨论。
程序代码：
① xn=cos(pi*n/4);
X1k8=fft(x,8);
f=(0:length(X1k8)-1)'*2/length(X1k8); %进行对应的频率转换 stem(f,abs(X1k8));%8点FFT title('8点FFTx_1(n)'); xlabel('w/pi'); ylabel('幅度');
N=8时：
② xn=cos(pi*n/4); X1k16=fft(x,16);
f=(0:length(X1k16)-1)'*2/length(X1k16); %进行对应的频率转换 stem(f,abs(X1k16));%16点FFT title('16点FFTx_1(n)'); xlabel('w/pi'); ylabel('幅度');
N=16时：
分析：：对x3进行分析，图像比较相似，N=16比N=8更清晰，分辨率越高。
题4：对模拟周期信号进行谱分析
5()cos 8cos16cos 20x t t t t πππ=++
选择采样频率Fs=64HZ ，对变换区间8,32,64N =三种情况进行谱分析，分别打印其幅频特性曲线并进行对比、分析和讨论。
提示：cos(8***)xnT pi n T =；T=1/fs;
X6K16=fftshift(X6K16); %将零频率移到频谱的中心
㈠当N=8程序代码： fs=64
T=1/fs;
xnT=cos(8*pi*n*T)+cos(16*pi*n*T)+cos(20*pi*n*T); X1k8=fft(xnT,8);
f=(0:length(X1k8)-1)'*2/length(X1k8); %进行对应的频率转换 stem(f,abs(X1k8));%8点FFT
title('8点FFTx_1(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
㈡当N=32程序代码：
fs=64
T=1/fs;
xnT=cos(8*pi*n*T)+cos(16*pi*n*T)+cos(20*pi*n*T);
X1k32=fft(xnT,32);
f=(0:length(X1k32)-1)'*2/length(X1k32); %进行对应的频率转换stem(f,abs(X1k32));%32点FFT
title('32点FFTx_1(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
㈢当N=64程序代码：
fs=64
T=1/fs;
xnT=cos(8*pi*n*T)+cos(16*pi*n*T)+cos(20*pi*n*T);
X1k64=fft(xnT,64);
f=(0:length(X1k64)-1)'*2/length(X1k64); %进行对应的频率转换stem(f,abs(X1k64));%64点FFT
title('64点FFTx_1(n)');
xlabel('w/pi');
ylabel('幅度');
分析：随着N的增大，图像越清晰。