为什么带通滤波得到的信号如此奇怪？

yizhendong

大家好，由于想得到测试对象的某个频段内的信号，因此决定对信号进行滤波，但是滤波之后的信号感觉有些不对劲，请各位大神解答一下，谢谢。
首先对测试对象的时域信号进行FFT变换，得到对象的频谱图如下。

于是取共振峰附近的有效频率3.1Hz~3.4Hz进行滤波，得到滤波前后的对比图如下，
滤波之前，波形在4s之前为零；但是滤波之后，波形在4s之前还有数值，这是不是说明滤波信号有误。请求支援，谢谢！

wanyeqing2003

你是如何滤波的，能否将原始数据文件发给我看看？

yizhendong

回复 2 # wanyeqing2003 的帖子

这是我的带通滤波程序
%带通滤波
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
clear
clc
close all hidden
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
fni=input('频域带通滤波-输入数据文件名：','s');
fid=fopen(fni,'r');                 %fid用于存储文件句柄值
sf=fscanf(fid,'%f',1);              %读出文件中的采样频率的信息,读入的是一个1*1的矩阵
fmin=fscanf(fid,'%f',1);            %读出文件中的最小截止频率,读入的是一个1*1的矩阵
fmax=fscanf(fid,'%f',1);            %读出文件中的最大截止频率,读入的是一个1*1的矩阵
sx=fscanf(fid,'%s',1);              %读出文件中的横向坐标轴的标注,读入的是一个1*1的矩阵
sy=fscanf(fid,'%s',1);              %读出文件中的纵向坐标轴的标注,读入的是一个1*1的矩阵
fno=fscanf(fid,'%s',1);             %输出数据文件名,读入的是一个1*1的矩阵
x=fscanf(fid,'%f',[1 inf]);         %输入数据存成行向量
status=fclose(fid);
%取信号数据长度
n=length(x);
%建立离散时间列向量
t=(0:1/sf:(n-1)/sf)';
%取大于并最接近n的2的幂次方为FFT长度
nfft=2^nextpow2(n);
%四舍五入取整求最小截止频率对应数组元素的下标
ni=round(fmin*nfft/sf+1);
%四舍五入取整求最大截止频率对应数组元素的下标
na=round(fmax*nfft/sf+1);
%进行FFT变换，结果存于y
y=fft(x,nfft);
%建立一个长度为nfft元素全为0的向量
a=zeros(1,nfft);
%将y的正频率带通内的元素赋值给a
a(ni:na)=y(ni:na);
%将y的负频率带通内的元素赋值给a
a(nfft-na+1:nfft-ni+1)=y(nfft-na+1:nfft-ni+1);
%进行fft逆变换，结果存于y
y=ifft(a,nfft);
%取逆变换的实部n个元素为滤波结果列向量
y=(real(y(1:n)))';
%绘制滤波前的时程曲线图形
subplot(2,1,1);
plot(t,x);
%添加横向坐标轴的标注
xlabel(sx);
%添加纵向坐标轴的标注
ylabel(sy);
grid on;
%绘制滤波后的时程曲线图形
subplot(2,1,2);
plot(t,y);
%添加横向坐标轴的标注
xlabel(sx);
% %添加纵向坐标轴的标注
ylabel(sy);
grid on;
%打开文件输出滤波后的数据
fid=fopen(fno,'w');
for k=1:n
    fprintf(fid,'%f %f\n',t(k),y(k));
end
status=fclose(fid);

yizhendong

回复 2 # wanyeqing2003 的帖子

这是我的数据文件 input2.txt (16.36 KB, 下载次数: 7)

2012-6-21 09:10 上传

点击文件名下载附件

hcharlie

回复 1 # yizhendong 的帖子

我认为结果并不奇怪,很正常.
你可以逐渐加宽滤波频带,看波形是怎样变化的.

wanyeqing2003

yizhendong 发表于 2012-6-21 09:10

                               
登录/注册后可看大图

回复 2 # wanyeqing2003 的帖子

这是我的数据文件

请问采样频率和时间间隔是多少？

wanyeqing2003

我用巴特沃斯滤波器试了一下。
采样点数        nt=        1708
通道号        chi=        1
采样频率        fs=        100
高通频率        fpH=        1
低通频率        fpL=        10
滤波器阶        npj=        1

wanyeqing2003

我试的结果是，当滤波阶数提高，就会出现楼主的现象。
我想可能是由于信号截断误差所致，可以用窗函数修正一下，应该能够改进。

wanyeqing2003

我试过了。如果从4s开始分析，就不能用窗函数了。
用窗函数会使信号变形。
下图是加窗后的图形。

renforever

请教为何对4s后数据加窗会出现时域变形？

wanyeqing2003

renforever 发表于 2012-6-23 11:30

                               
登录/注册后可看大图

请教为何对4s后数据加窗会出现时域变形？

按理说，这段信号是非平稳随机过程，不具备统计特征。
加窗处理是出于在宏观上的统计分析的方法，实质上加窗是将信号的两端做了修改，强制使得信号形成封闭的循环。
可见，加窗处理不适合这种场合。

yizhendong

回复 6 # wanyeqing2003 的帖子

采样频率100Hz

yizhendong

回复 11 # wanyeqing2003 的帖子

针对大家的讨论，我有3点疑问：
1.这是非平稳随机信号吗？在3.8s左右的时间给梁一个激励，梁在有阻尼状态下自由衰减。最后测得的信号就是我在帖子中给出的信号。应该属于周期信号。
2.另外如果不是周期信号，像我的滤波程序（用FFT变换到频域，然后截取给定频率段，最后再利用反FFT变换到时域）是不是不适合。
3.滤波阶数指的是什么？我的滤波程序好像没有用到。

wanyeqing2003

yizhendong 发表于 2012-6-25 14:38

                               
登录/注册后可看大图

回复 6 # wanyeqing2003 的帖子

采样频率100Hz

谢谢。我已经查到了。

wanyeqing2003

回复 13 # yizhendong 的帖子

我的看法是：
1、这段信号既不是平稳随机过程，也不是周期信号。根据你的描述，应该属于瞬态激励下的系统衰减振动。
2、对于这样的信号，虽然不具有统计的特征，但可以用fft变化后分析系统的频率特性。
3、我用的是巴特沃斯滤波器，自己编程，可以处理1~8阶滤波。阶数与滤波特性有关，阶数越高，滤波斜率越大。