概述
下面介绍几种常用窗函数的性质和特点。
(1)矩形窗
矩形窗使用最多,习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗。这种窗的优点是主瓣比较集中,缺点是旁瓣较高,并有负旁瓣,导致变换中带进了高频干扰和泄漏,甚至出现负谱现象。
(2) 三角窗
三角窗亦称费杰(Fejer)窗,是幂窗的一次方形式,三角窗与矩形窗比较,主瓣宽约等于矩形窗的两倍,但旁瓣小,而且无负旁瓣。
(3)汉宁窗
汉宁(Hanning)窗又称升余弦窗,汉宁窗可以看作是3个矩形时间窗的频谱之和,它可以使用旁瓣互相抵消,消去高频干扰和漏能。 汉宁窗与矩形窗的谱图对比,可以看出,汉宁窗主瓣加宽(第一个零点在2π/T处)并降低,旁瓣则显著减小。第一个旁瓣衰减一32dB,而矩形窗第一个旁瓣衰减-13dB。此外,汉宁窗的旁瓣衰减速度也较快,约为60dB/10oct,而矩形窗为20dB/10oct。由以上比较可知,从减小泄漏观点出发,汉宁窗优于矩形窗。但汉宁窗主瓣加宽,相当于分析带宽加宽,频率分辨力下降。
(4)海明窗
海明(Hamming)窗也是余弦窗的一种,又称改进的升余弦窗,海明窗与汉宁窗都是余弦窗,只是加权系数不同。海明窗加权的系数能使旁瓣达到更小。分析表明,海明窗的第一旁瓣衰减为-42dB。海明窗的频谱也是由 3个矩形时窗的频谱合成,但其旁瓣衰减速度为20dB/10oct,这比汉宁窗衰减速度慢。海明窗与汉宁窗都是很有用的窗函数。
(5)高斯窗
是一种指数窗,高斯窗谱无负的旁瓣,第一旁瓣衰减达一55dB。高斯窗谱的主瓣较宽,故而频率分辨力低。高斯窗函数常被用来截断一些非周期信号,如指数衰减信号等。除了以上几种常用窗函数以外,尚有多种窗函数,如平顶窗、帕仁(Parzen)窗、布拉克曼(Blackman)窗、凯塞(kaiser)窗等。对于窗函数的选择,应考虑被分析信号的性质与处理要求。如果仅要求精确读出主瓣频率,而不考虑幅值精度,则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗,例如测量物体的自振频率等;如果分析窄带信号,且有较强的干扰噪声,则应选用旁瓣幅度小的窗函数,如汉宁窗、三角窗等;对于随时间按指数衰减的函数,可采用指数窗来提高信噪比。
最后
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