
功率谱(Power Spectrum)是信号处理与物理学中的核心概念,用于描述信号在频域上的能量分布特性。其英文对应术语为"Power Spectrum",在随机过程分析中常与功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)相关联。
功率谱定义为信号傅里叶变换幅值的平方: $$ S{xx}(f) = lim{T to infty} frac{1}{T} |X_T(f)| $$ 其中$X_T(f)$是信号$x(t)$在时间窗口$[-T/2, T/2]$内的傅里叶变换,该公式体现了单位频带内信号功率的统计平均值(来源:《信号与系统》第2版,奥本海姆著)。
术语 | 英文 | 单位 | 适用场景 |
---|---|---|---|
能量谱 | Energy Spectrum | Joules/Hz | 瞬态信号分析 |
功率谱密度 | Power Spectral Density | Watts/Hz | 稳态随机过程 |
注:国际标准ISO 18431-1对机械振动信号的功率谱计算方法有详细规范(来源:ISO国际标准化组织官网)。
功率谱是信号处理中的核心概念,用于描述信号功率在不同频率上的分布。以下是详细解释:
基本定义 功率谱是信号频域能量分布的数学表达,反映各频率成分对信号总功率的贡献。对于随机信号,其功率谱定义为自相关函数的傅里叶变换(维纳-辛钦定理): $$ Sx(f) = int{-infty}^{infty} R_x(tau)e^{-j2pi ftau}dtau $$ 其中$R_x(tau)$是自相关函数,表征信号时间延迟$tau$时的自相似性。
物理意义
对于确定性周期信号,功率谱表现为离散谱线;随机信号则呈现连续谱。实际分析时需注意频谱泄露和窗函数选择对结果的影响。
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