1

Необходимо получить частоты присутствующих в сигнале гармоник. Изначально дан файл с самим сигналом и частота дискретизации 500 МГц. Сигнал выглядит следующим образом введите сюда описание изображения

Для того, чтобы получить частоты написал следующий код:

data = pd.read_csv('signal_1.txt', header=None)
from scipy.fft import fft, fftfreq
fs = 500 # Переведем частоту в МГц

N = data.size

"""Прямое БПФ"""
X = fft(data)
freq = fftfreq(N, 1./fs) # Частоты полученных сигналов


f = freq[:N//2] 
A = abs(X[:N//2]) # Амплитуда сигнала

# Частотный спектр
plt.subplot(4, 2, 2)
plt.plot(f, A)
plt.title('Спектр')
plt.xlabel('Частота, МГц')
plt.ylabel('Амплитуда')
plt.grid()
plt.plot(f, A)

По итогу выводится следующая картина введите сюда описание изображения

Однако, как мне сказали, мы должны получить всего лишь 4 частоты. Я только начинаю работать с сигналами, но просмотрев уже достаточно много примеров все равно не могу понять, где я ошибся. Был бы рад, если бы мне указали на мою ошибку

Таблицу прикладываю

2
  • 2
    Приложите, пожалуйста, файл с сигналом. По картинке делать преобразование Фурье крайне неудобно.
    – Pak Uula
    15 июн 2021 в 18:47
  • @PakUula Да, действительно. Файл приложил
    – Ikaryssik
    15 июн 2021 в 18:59

1 ответ 1

2

Датафрейм data выглядит для функции fft двумерным массивом. Поэтому fft запускает процедуру разложения Фурье каждой строки отдельно. Но! каждая строка матрицы data состоит из одного значения, поэтому преобразование Фурье ничего с ним не делает, и fft(data) фактически возвращает копию data. Чтобы убедиться в этом, вычислите значение выражения fft(data)-data - результат окажется столбцом из (комплексных) нулей.

Для преобразования Фурье вам достаточно превратить data в одномерный массив. Например, после загрузки данных из файла сделайте так: data = data.to_numpy().flatten(). После такого преобразования ваш код нарисовал вот какой спектр:

введите сюда описание изображения

Вуаля!

Рекомендации

  1. Вместо pandas.read_csv я рекомендую использовать numpy.loadtxt - работает гораздо бодрее и на выходе получается массив numpy.

  2. Если вас интересует только спектр, то для его построения можно воспользоваться функцией scipy.signal.periodogram - она строит спектр плотности энергии, то есть модуль fft от квадрата амплитуды волны. Периодограмма не содержит информации о фазе.

Соответственно, мой первый вариант был таким:

wave = np.loadtxt('signal_1.txt')
freqs, spectrum = scipy.signal.periodogram(wave, fs=500)
plt.plot(freqs, spectrum)

введите сюда описание изображения

  1. Если же вам нужно именно разложение Фурье, то есть амплитуды и фазы, то достаточно функции numpy.fft.rfft, которая оптимизирована для разложения вещественной последовательности в ряд Фурье. В частности, эта функция не порождает отрицательные частоты, поэтому не требуется шаманство с N//2.
rfft_data = np.abs(np.fft.rfft(wave))
rfft_freqs = np.fft.rfftfreq(len(wave), d=1.0/500)
plt.plot(rfft_freqs, rfft_data)

введите сюда описание изображения

1
  • Спасибо огромное!
    – Ikaryssik
    16 июн 2021 в 7:54

Ваш ответ

Нажимая на кнопку «Отправить ответ», вы соглашаетесь с нашими пользовательским соглашением, политикой конфиденциальности и политикой о куки

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.