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功率谱密度仿真比较实验主要针对三种不同的信号源进行分析,这三种信号源的具体定义可参考《现代数字信号处理导论》上册第202页习题5的内容。实验采用了三种经典方法来估计功率谱密度:周期图法、自相关法以及协方差法。
周期图法是一种非参数化的频谱估计方法,其核心是对信号的有限长度样本进行傅里叶变换后取模平方。这种方法计算效率高,但存在分辨率低和方差大的缺点,尤其对于短数据序列表现更为明显。
自相关法则基于信号的统计特性,先估计信号的自相关函数,再对自相关函数进行傅里叶变换得到功率谱。这种方法相比周期图法在一定程度上减小了方差,但同样受到窗函数和截断效应的影响。
协方差法属于参数化方法,通过建立信号模型(如AR模型)来估计功率谱。它假设信号可以由一个线性系统产生,并通过求解模型参数来间接推导频谱特性。这种方法在信号模型匹配良好的情况下,可以获得更高的频率分辨率和更平滑的谱估计结果。
三种方法各有优缺点:周期图法简单直接但精度有限,自相关法在经典方法中提供了一种折中方案,而协方差法则在模型准确时效果最佳,但对模型阶数选择敏感。实际应用中需要根据信号特性和需求权衡选择。