
【电】 nyquist's theorem
奈奎斯特定理(Nyquist Theorem),也称为奈奎斯特采样定理,是信号处理领域的核心理论之一,由电子工程师哈里·奈奎斯特(Harry Nyquist)提出,后由克劳德·香农(Claude Shannon)进一步明确。该定理描述了如何通过离散采样来准确还原连续模拟信号的条件,是数字通信、音频处理等领域的基础。
奈奎斯特定理指出:
若要对一个最高频率为( B )的连续信号进行无失真采样和重建,采样频率( f_s )必须至少为信号最高频率的2倍,即:
$$
f_s ge 2B
$$
其中:
这一最低采样频率( 2B )被称为奈奎斯特速率,而( B )被称为奈奎斯特频率(即能被无失真采样的最高信号频率)。
为何需要2倍采样?
信号在时域中快速变化(高频成分)需要足够的采样点来捕捉其细节。若采样率不足,高频信号会被误判为低频信号(称为“混叠”),导致信息丢失。例如,若信号最高频率为20 kHz,采样率需≥40 kHz。
实际应用举例
混叠效应与抗混叠滤波器
若采样率不足(( f_s < 2B )),高频信号会“折叠”到低频范围,产生噪声。因此,采样前需用抗混叠滤波器滤除高于( f_s/2 )的频率成分。
与香农定理的关系:
奈奎斯特定理关注采样条件,而香农定理(信道容量公式)描述信道传输极限,两者常结合用于通信系统设计。
工程实践中的调整:
实际采样率通常略高于奈奎斯特速率(如音频领域用44.1 kHz而非40 kHz),以留出滤波器的过渡带容差。
奈奎斯特定理是数字信号处理的基石,确保了模拟信号到数字信号转换的准确性。其核心思想“2倍采样”原则广泛应用于通信、音频、医学成像等领域,避免了信息损失和混叠失真。
奈奎斯特定理(Nyquist Theorem)也叫奈奎斯特采样定理,是指在恰当的条件下,对于任意带限信号,若以其最高频率的二倍为采样频率进行等间距采样,则可以还原出完整的原始信号。
奈奎斯特定理可以翻译成Nyquist Theorem或Nyquist Sampling Theorem。
奈奎斯特定理的英文读音是[nahy-kwist theer-uhm]。
奈奎斯特定理是一条重要的信号处理原理,用于数字信号处理、通讯、信号采集等领域。
奈奎斯特定理在数字信号处理等领域经常被提到,属于较为专业的术语。
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