分数阶傅里叶变换

分数阶傅里叶变换
分数阶傅里叶变换

分数阶傅里叶变换的MATLAB 仿真计算以及几点讨论

在Haldun M. Ozaktas 和 Orhan Arikan 等人的论文《Digital computation of the fractional Fourier transform 》中给出了一种快速计算分数阶傅里叶变换的算法,其MATLAB 计算程序可在https://www.360docs.net/doc/a28135978.html,.tr/~haldun/fracF.m 上查到。现在

基于该程序,对一方波进行计算仿真。?????<=其它

,01,1)(t t x 注:网上流传较为广泛的FRFT 计算程序更为简洁,据称也是Haldun M. Ozaktas 和 Orhan Arikan 等人的论文《Digital computation of the fractional Fourier transform 》使用的算法。但是根据Adhemar Bultheel 和 Hector E. Martnez Sulbaran 的论文《Computation of the Fractional Fourier Transform 》中提到,Ozaktas 等人的分数阶傅里叶变换的计算程序仅有上述网站这一处,而两个程序的计算结果基本相符。本文使用较为简洁的计算程序,Ozaktas 等人的计算程序在附表中给出。

程序如下:

clear

clc

%构造方波?????<=其它

,01

,1)(t t x dt=0.05;

T=20;

t=-T:dt:T;

n=length(t);

m=1;

for k=1:n;

% tt=-36+k;

tt=-T+k*dt;

if tt>=-m && tt<=m

x(k)=1;

else

x(k)=0;

end

end

%确定α的值

alpha=0.01;

p=2*alpha/pi

%调用计算函数

Fx=frft(x,p);

Fx=Fx';

Fr=real(Fx);

Fi=imag(Fx);

A=abs(Fx);

figure,

subplot(2,2,1);

plot(t,Fr,'-',t,Fi,':');title(' α=0.01时的实部和虚部π'); axis([-4,4,-1.5,2]);

subplot(2,2,2);

plot(t,A,'-');title('α=0.01时的幅值');

axis([-4,4,0,2]);

分数阶傅里叶变换计算函数如下:

function Faf = frft(f, a)

% The fast Fractional Fourier Transform

% input: f = samples of the signal

% a = fractional power

% output: Faf = fast Fractional Fourier transform

error(nargchk(2, 2, nargin));

f = f(:);

N = length(f);

shft = rem((0:N-1)+fix(N/2),N)+1;

sN = sqrt(N);

a = mod(a,4);

% do special cases

if (a==0), Faf = f; return; end;

if (a==2), Faf = flipud(f); return; end;

if (a==1), Faf(shft,1) = fft(f(shft))/sN; return; end if (a==3), Faf(shft,1) = ifft(f(shft))*sN; return; end

% reduce to interval 0.5 < a < 1.5

if (a>2.0), a = a-2; f = flipud(f); end

if (a>1.5), a = a-1; f(shft,1) = fft(f(shft))/sN; end if (a<0.5), a = a+1; f(shft,1) = ifft(f(shft))*sN; end

% the general case for 0.5 < a < 1.5

alpha = a*pi/2;

tana2 = tan(alpha/2);

sina = sin(alpha);

f = [zeros(N-1,1) ; interp(f) ; zeros(N-1,1)];

% chirp premultiplication

chrp = exp(-i*pi/N*tana2/4*(-2*N+2:2*N-2)'.^2);

f = chrp.*f;

% chirp convolution

c = pi/N/sina/4;

Faf = fconv(exp(i*c*(-(4*N-4):4*N-4)'.^2),f);

Faf = Faf(4*N-3:8*N-7)*sqrt(c/pi);

% chirp post multiplication

Faf = chrp.*Faf;

% normalizing constant

Faf = exp(-i*(1-a)*pi/4)*Faf(N:2:end-N+1);

function xint=interp(x)

% sinc interpolation

N = length(x);

y = zeros(2*N-1,1);

y(1:2:2*N-1) = x;

xint = fconv(y(1:2*N-1), sinc([-(2*N-3):(2*N-3)]'/2)); xint = xint(2*N-2:end-2*N+3);

function z = fconv(x,y)

% convolution by fft

N = length([x(:);y(:)])-1;

P = 2^nextpow2(N);

z = ifft( fft(x,P) .* fft(y,P)); z = z(1:N);

从图中可见,当旋转角度时,分数阶Fourier 变换将收敛为方波信号;0→α)(t x 当时,收敛为函数。2

πα→c sin 对于线性调频chirp 信号X k =exp(-j0.01141t 2),k=-32,-31……32,变换后的信号波形图如下

几点讨论

一,目前的分数阶傅里叶变换主要有三种快速算法:

1,B. Santhanamand和J. H. McClellan的论文《The discrete rotational Fourier transform》中,先计算离散FRFT的核矩阵,再利用FFT来计算离散FRFT。2,本文中采用的在Haldun M. Ozaktas 和Orhan Arikan等人的论文《Digital computation of the fractional Fourier transform》所述的算法,是将FRFT分解为信号的卷积形式,从而利于FFT计算FRFT。

3,Soo-Chang Pei和Min-Hung Yeh等人在《Two dimensional discrete fractional Fourier transform》和《Discrete frac-tional fourier transformbased on orthogonal projections》中,采用矩阵的特征值和特征向量来计算FRFT。

二,Ozaktas 在《Digital computation of the fractional Fourier transform》所述的

算法,其实不是“离散”分数阶傅里叶变换的算法,而是对连续分数阶傅里叶变换的数值计算。在C. Candan和M.A. Kutay等人的论文《The discrete Fractional Fourier Transform》中介绍了离散分数阶傅里叶变换的算法,并给出

了计算仿真图形(Error! Reference source not found.)二者吻合得很好。

图 1 C. Candan和M.A. Kutay等人离散分数阶傅里叶变换的算法与连续分数阶

傅里叶变换的比较

三,在Luis B. Almeida 的论文《The Fractional Fourier Transform and Time Frequency Representations》中给出了方波的分数阶傅立叶变换图形(图2)

图 2 Almeida 的论文中给出的方波的分数阶傅立叶变换图形

该图形与讲义中的图形相符。本文中的仿真结果大致与该图形也相符合,但是令人困惑的是无论用那种算法程序,怎样调整输入信号,在时,虚部2

πα→都不为零,这与Almeida 和讲义中的图形并不一致。而在Haldun M. Ozaktas 和 Orhan Arikan 等人的论文《Digital computation of the fractional Fourier transform 》中只给出了幅值的绝对值的图形,并没有给出实部与虚部的结果,因此尚需进一步讨论

图 3 本文中计算的时,实部与虚部分布2

πα→

附:

Haldun M. Ozaktas 和Orhan Arikan等人的论文《Digital computation of the fractional Fourier transform》所述的算法程序

%FAST COMPUTATION OF THE FRACTIONAL FOURIER TRANSFORM

%by M. Alper Kutay, September 1996, Ankara

%Copyright 1996 M. Alper Kutay

%This code may be used for scientific and educational purposes

%provided credit is given to the publications below:

%

%Haldun M. Ozaktas, Orhan Arikan, M. Alper Kutay, and Gozde Bozdagi, %Digital computation of the fractional Fourier transform,

%IEEE Transactions on Signal Processing, 44:2141--2150, 1996.

%Haldun M. Ozaktas, Zeev Zalevsky, and M. Alper Kutay,

%The Fractional Fourier Transform with Applications in Optics and

%Signal Processing, Wiley, 2000, chapter 6, page 298.

%

%The several functions given below should be separately saved

%under the same directory. fracF(fc,a) is the function the user

%should call, where fc is the sample vector of the function whose

%fractional Fourier transform is to be taken, and `a' is the

%transform order. The function returns the samples of the a'th

%order fractional Fourier transform, under the assumption that

%the Wigner distribution of the function is negligible outside a

%circle whose diameter is the square root of the length of fc. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function[res]=fracF(fc,a)

% This function operates on the vector fc which is assumed to

% be the samples of a function, obtained at a rate 1/deltax

% where the Wigner distribution of the function f is confined

% to a circle of diameter deltax around the origin.

% (deltax^2 is the time-bandwidth product of the function f.)

% fc is assumed to have an even number of elements.

% This function maps fc to a vector, whose elements are the samples % of the a'th order fractional Fourier transform of the function f. % The lengths of the input and ouput vectors are the same if the

% input vector has an even number of elements, as required.

% Operating interval: -2 <= a <= 2

% This function uses the `core' function corefrmod2.m

N = length(fc);

% if fix(N/2) ~= N/2

% error('Length of the input vector should be even'); % end;

fc = fc(:);

fc = bizinter(fc);

fc = [zeros(N,1); fc ; zeros(N,1)];

flag = 0;

if (a>0) && (a<0.5)

flag = 1;

a = a-1;

end;

if (a>-0.5) && (a<0)

flag = 2;

a = a+1;

end;

if (a>1.5) && (a<2)

flag = 3;

a = a-1;

end;

if (a>-2) && (a<-1.5)

flag = 4;

a = a+1;

end;

res = fc;

if (flag==1) || (flag==3)

res = corefrmod2(fc,1);

end;

if (flag==2) || (flag==4)

res = corefrmod2(fc,-1);

end;

if (a==0)

res = fc;

else

if (a==2) || (a==-2)

res = flipud(fc);

else

res = corefrmod2(res,a);

end;

end;

res = res(N+1:3*N);

res = bizdec(res);

res(1) = 2*res(1); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function[res]=corefrmod2(fc,a)

% Core function for computing the fractional Fourier transform.

% Valid only when 0.5 <= abs(a) <= 1.5

% Decomposition used:

% chirp mutiplication - chirp convolution - chirp mutiplication deltax = sqrt(length(fc));

phi = a*pi/2;

N = fix(length(fc));

deltax1 = deltax;

alpha = 1/tan(phi);

beta = 1/sin(phi);

x = [-ceil(N/2):fix(N/2)-1]/deltax1;

fc = fc(:);

fc = fc(1:N);

f1 = exp(-1i*pi*tan(phi/2)*x.*x); %multiplication by chirp!

f1 = f1(:);

fc = fc.*f1;

x = x(:);

clear x;

t =[-N+1:N-1]/deltax1;

hlptc =exp(i*pi*beta*t.*t);

clear t;

hlptc = hlptc(:);

N2 = length(hlptc);

N3 = 2^(ceil(log(N2+N-1)/log(2)));

hlptcz = [hlptc;zeros(N3-N2,1)];

fcz = [fc;zeros(N3-N,1)];

Hcfft = ifft(fft(fcz).*fft(hlptcz)); % convolution with chirp clear hlptcz;

clear fcz;

Hc = Hcfft(N:2*N-1);

clear Hcfft;

clear hlptc;

Aphi = exp(-i*(pi*sign(sin(phi))/4-phi/2))/sqrt(abs(sin(phi))); xx = [-ceil(N/2):fix(N/2)-1]/deltax1;

f1 = f1(:);

res = (Aphi*f1.*Hc)/deltax1; % multiplication by chirp!

if (fix(N/2) ~=N/2)

res2(1:N-1) = res(2:N);

res2(N) = res(1);

res = res2;

end;

res = res(:);

clear f1

clear Hc %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function xint=bizinter(x)

N=length(x);

im = 0;

if sum(abs(imag(x)))>0

im = 1;

imx = imag(x);

x = real(x);

end;

x2=x(:);

x2=[x2.'; zeros(1,N)];

x2=x2(:);

xf=fft(x2);

if rem(N,2)==1 %N = odd

N1=fix(N/2+1); N2=2*N-fix(N/2)+1;

xint=2*real(ifft([xf(1:N1); zeros(N,1) ;xf(N2:2*N)].'));

else

xint=2*real(ifft([xf(1:N/2); zeros(N,1) ;xf(2*N-N/2+1:2*N)].')); end;

if ( im == 1)

x2=imx(:);

x2=[x2.'; zeros(1,N)];

x2=x2(:);

xf=fft(x2);

if rem(N,2)==1 %N = odd

N1=fix(N/2+1); N2=2*N-fix(N/2)+1;

xmint=2*real(ifft([xf(1:N1); zeros(N,1) ;xf(N2:2*N)].'));

else

xmint=2*real(ifft([xf(1:N/2); zeros(N,1) ;xf(2*N-N/2+1:2*N)].')); end;

xint = xint + i*xmint;

end;

xint = xint(:); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function xdec=bizdec(x)

k = 1:2:length(x);

xdec = x(k);

xdec = xdec(:); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% function F2D=fracF2D(f2D,ac,ar)

[M,N] = size(f2D);

F2D = zeros(M,N);

if ac == 0

F2D = f2D;

else

for k = 1:N

F2D(:,k) = fracF(f2D(:,k),ac);

end;

end;

F2D = conj(F2D');

if ar ~= 0

for k = 1:M

F2D(:,k) = fracF(F2D(:,k),ar);

end;

end;

F2D = conj(F2D');

傅里叶(Fourier)级数的指数形式与傅里叶变换

傅里叶(Fourier )级数的指数形式与傅里叶变换 专题摘要:根据欧拉(Euler )公式,将傅里叶级数三角表示转化为指数表示,进而得到傅里叶积分定理,在此基础上给出傅里叶变换的定义和数学表达式。 在通信与信息系统、交通信息与控制工程、信号与信息处理等学科中,都需要对各种信号与系统进行分析。通过对描述实际对象数学模型的数学分析、求解,对所得结果给以物理解释、赋予其物理意义,是解决实际问题的关键。这种数学分析方法主要针对确定性信号的时域和频域分析,线性时不变系统的描述以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。所有这些分析方法都离不开傅里叶变换、拉普拉斯变换和离散时间系统的z 变换。而傅里叶变换的理论基础是傅里叶积分定理。傅里叶积分定理的数学表达式就是傅里叶级数的指数形式。 不但傅里叶变换依赖于傅里叶级数,就是纯数学分支的调和分析也来源于函数的傅里叶级数。因此,傅里叶级数无论在理论研究还是在实际应用中都占有非常重要的地位。我们承认满足狄里克莱(Dirichlet )条件下傅里叶级数的收敛性结果,不去讨论和深究傅里叶展式的唯一性问题。 傅里叶级数的指数形式 一个以T 为周期的函数)(t f ,在]2 ,2[T T 上满足狄里克莱条件:1o

)(t f 连续或只有有限个第一类间断点;2o 只有有限个极值点。那么)(t f 在]2 ,2[T T - 上就可以展成傅里叶级数。在连续点处 ∑∞ =++=1 )sin cos (2)(n n n t n b t n a a t f ωω, (1) 其中 T πω2= , ),2,1,0(,cos )(2 22Λ==?-n dt t n t f T a T T n ω, (2) ),3,2,1(,sin )(2 22 Λ==?-n dt t n t f T b T T n ω, (3) 根据欧拉(Euler )公式:θθθsin cos j e j +=,(1)式化为 ∑∞=--?? ????-+++=10222)(n t jn t jn n t jn t jn n j e e b e e a a t f ωωωω ∑∞=-?? ? ???++-+=10222n t jn n n t jn n n e jb a e jb a a ωω, (4) 若令 dt t f T c T T ?-=22 0)(1 Λ,3,2,1,)(1 ]sin )[cos (1 sin )(1cos )(1222 2222 22==-=-=-=????-----n dt e t f T dt t n j t n t f T dt t n t f T j dt t n t f T jb a c T T t jn T T T T T T n n n ωωωωω Λ,3,2,1,)(1 22 ==?--n dt e t f T c T T t jn n ω 综合n n c c c -,,0,可合并成一个式子 Λ,2,1,0,)(1 22 ±±==?--n dt e t f T c T T t jn n ω, (5)

傅里叶变换与傅里叶级数

重温傅里叶—笔记篇 本文记录的大多是基础的公式,还有一些我认为比较重要的有参考价值的说明。(如果对这些公式已经很熟悉,可以直接看第三部分:总结性说明) 重温傅里叶—笔记篇 一、傅里叶级数 $关于三角函数系的正交性: 三角函数系包括: 1,cos x,sinx,cos2x,sin 2x,……cos nx,sinnx,…… “正交性”是说,三角函数系中的任何一项与另一项的乘积,在(-π, π) 区间内的积分为0。(任何两相的积总可以展成两个频率为整数倍基频的正余弦函数之和或差,而这两个展开后的正余弦在(-π, π)上积分都为0)。 不同频率(但都是整数倍基频)的两个正弦函数之积,在(-π, π)上积分恒为0。 同频率的两个正弦函数之积,只有在这两个正弦的相位正交时,其在(-π, π)上积分才是0。 三角函数系中除“1”以外的任何一项的平方,在(-π, π)上的积分恒为π,“1”在这个区间上的积分为2π。

$ 上公式! ①当周期为2π时: 式(1): 上式成立的条件是f(x)满足狄立克雷充分条件: 1.在任意有限区间内连续,或只有有限多个第一类间断点; 2.任意的有限区间,都可被分成有限多个单调区间(另一种说法是:任意有限区间内只有有限多个极值点,其实是一样的)

式(1)第一行中的a0/2 就是f(x)的周期平均值,而且第一行的式子只对f(x)是连续函数的情况成立;如果f(x)不连续,则应表示成“(1/2) ×[f(x-0)+f(x+0)]”,即f(x)左右极限的算术平均。下面的类似情况都是这样,之后就不再专门说明,这些大家应该都懂。 第三、四行中,n的取值都是:1,2,3,4,……n,……(都为正,且不包含0)。 ②当周期为2L时(这也是最一般的情形): 式(2): 第一行中的a0/2 就是f(x)的周期平均值; 第三、四行中,n的取值都是:1,2,3,4,……n,……(都为正,且不包含0)。

傅里叶变换定律-傅里叶变换定义定律

第2章信号分析 本章提要 信号分类 周期信号分析--傅里叶级数 非周期信号分析--傅里叶变换 脉冲函数及其性质 信号:反映研究对象状态和运动特征的物理量信号分析:从信号中提取有用信息的方法 和手段 §2-1 信号的分类 两大类:确定性信号,非确定性信号 确定性信号:给定条件下取值是确定的。 进一步分为:周期信号, 非周期信号。

质量M 弹簧 刚度K t x (t ) o x 0 质量-弹簧系统的力学模型 x (t ) ? ?? ? ??+=0cos )(?t m k A t x 非确定性信号(随机信号):给定条件下取值是不确定的 按取值情况分类:模拟信号,离散信号 数字信号:属于离散信号,幅值离散,并用二进制表示。 信号描述方法 时域描述 如简谐信号

频域描述 以信号的频率结构来描述信号的方法:将信号看成许多谐波(简谐信号)之和,每一个谐波称作该信号的一个频率成分,考察信号含有那些频率的谐波,以及各谐波的幅值和相角。

§2-2 周期信号与离散频谱 一、 周期信号傅里叶级数的三角函数形式 周期信号时域表达式 ) 21() ()2()()( ,,±±=+==+=+=n nT t x T t x T t x t x T :周期。注意n 的取值:周期信号“无始无终” # 傅里叶级数的三角函数展开式 ) sin cos ()(01 00t n b t n a a t x n n n ωω∑∞ =++= (n =1, 2, 3,…) 傅立叶系数:

?- = 2 2 0)(1T T dt t x T a ?- = 2 2 0cos )(2T T n tdt n t x T a ω ? - = 2 2 0sin )(2T T n tdt n t x T b ω 式中 T--周期;0--基频, 0=2 /T 。 三角函数展开式的另一种形式: ) cos()(1 00∑∞ =++=n n n t n A a t x ?ωN 次谐波 N 次谐波的相角 N 次谐波的频率 N 次谐波的幅值 信号的均值,直流分量

傅里叶级数及变换的本质解释和形象阐述

傅里叶级数及变换的本质解释和形象阐述 ——老师不会这么讲,书上也不会讲很多人学信号与系统、数字信号处理学了几年,关于傅里叶级数和傅里叶变换可能还是一知半解,只能套用公式,根本不理解为什么要这么算,也就是有什么实际含义——可以说,几乎所有信号与系统里面的数学公式都是有实实在在的物理含义的!那么,什么是傅里叶变换,它是怎样一种变换,具体有怎么变换,有没有确切一点或者形象一点的物理解释呢?下面笔者将尝试将自己的理解比较本质和形象地讲出来,形式是思考探讨渐进的模式,也就是我自己的思考过程,希望对大家有所帮助。 首先,要知道傅里叶变换是一种变换,准确点说是投影。傅里叶变换的投影问题,一直想不明白那一系列的正交函数集,到底是什么样一个函数集合,或者说是怎么样的一个空间。所谓三角傅里叶级数当成谐波分析的时候很好理解——同一个时间轴,也就是说同一个维度的分解和叠加,肯定没错,也很实用。但是要是从投影(或者说变换)的角度来说,怎么解释呢?这一系列正弦余弦的函数,在一个区间内,是一个完备的正交函数集,每一个函数所带的系数(或者叫权重),就是原函数在这个函数的方向上的一个投影(说方向不准确,但找不到其他的词)。那么,原函数到底是一个什么样的函数,和各正交基函数又是怎样的一种关系呢?这个投影又是怎么投的呢?三维或者二维空间,一个矢量在各正交基的投影很好理解,那么,傅里

叶变换的正交基函数,也是这样一种相互垂直的关系么???投影也是取余弦值么? 这可以很容易地想清,我们只用余弦或者只用正弦就可以,如cos(2pi*nf0)系列,显然每两个函数图像之间不可能是垂直关系,相反可以看出这是在同一个维度里面的!所以上面两个答案是否定的。 那么,到底是怎么正交、怎么投影的呢。出现这个问题,是因为开始看书的时候我看得太粗心太浅显,没有认真透彻地理解函数正交的含义,没想到那才是最重要最根本的,从那里面再深刻理解一下,问题就迎刃而解。 函数正交和矢量正交完全不一样,是两个概念。函数正交是两个函数,一个不变另一个取共轭值然后逐点相乘再求积分的结果,积分就涉及到一个区间,这也很重要。如果满足:当这两个函数不同时,积分值为0;当两函数相同,积分值不为0。那么这两个函数在这个区间上正交。现在再回过头去看正弦或者余弦函数序列,在各个周期内,都满足上述条件,在正弦和余弦函数之间同样满足,所以这些函数是正交的。至于完备,很明显看出,不去证明了。 第一个问题解决了,现在看怎么去投影了。为更易于理解,我们取指数傅里叶变换为例。众所周知exp(jwt)表示的是一个圆周,我们用来作傅里叶变换的因子,正是这个形式(exp(-jwt)),这里我们还要理解一下傅里叶变换和傅里叶级数的区别,前者求的是复指数傅里叶级数的系数,即每个正交函数的系数(权重),复指数傅里叶级数的正交函数集正是exp(jwt),所以求系数刚好乘以一个共轭

傅里叶变换和傅里叶级数的收敛问题

1、傅里叶变换和傅里叶级数的收敛问题 由于傅里叶级数是一个无穷级数,因而存在收敛问题。这包含两方面的意思:是否任何周期信号都可以表示为傅里叶级数;如果一个信号能够表示为傅里叶级数,是否对任何t 值级数都收敛于原来的信号。关于傅里叶级数的收敛,有两组稍有不同的条件。 第一组条件:如果周期信号()t x 在一个周期内平方可积,即 ()∞

吉布斯现象: 当简单地把信号频谱截断时,相当于给信号频谱加上了一个矩形窗口函数,正是由于矩形窗口函数的时域特性导致了在间断点处的吉布斯现象的产生。 2、周期序列的傅里叶级数展开和傅里叶变换之间的问题 假定()t x 是一个长度为N 的有限长序列,将()t x 以N 为周期延拓而成的周期序列为()n x ~,则有 ()()∑∞-∞=-= r rN n x n x ~ 或表示为()()()N n x n x =~。于是()n x ~ 与()n x 的关系表示为: ()()()N n x n x =~ ()()()n R n x n x N ~= 将()n x ~表示为离散时间傅里叶级数有: ()()kn N N n W k X N n x --=?=∑10~~ 1 ()()kn N N n W n x k X ?=∑-=10~ ~ 其中()k X ~是傅里叶级数的系数,这样做的目的是使其表达形式与离散时间傅里叶变换的形式相类似。如果将()k X ~的主值周期记为()k X ,10-≤≤N k ,由于以上两式中的求和范围均取为区间0~N-1,在次区间内()n x ~ =()n x ,因此可以得到: ()()kn N N n W n x k X ∑-==10~, 10-≤≤N k ()()kn N N n W k X N n x --=∑=10~1, 10-≤≤N n 表明时域N 点有限长序列()n x 可以变换成频域N 点有限长序列()k X 。显然,DFT 与DFS 之间存在以下关系: ()()()N k X k X =~

傅里叶级数与傅里叶变换关系与应用

论文题目傅里叶级数与傅里叶变换的关系与应用 目录 摘要: 0 关键词 0 Abstract 0 1绪论 (1) 2傅里叶级数的概念 (1) 2.1周期函数 (2) 2.2傅里叶级数的定义 (2) 3 傅里叶变换的概念及性质 (10) 3.1傅里叶变换的概念 (10) 3.2傅立叶变换的性质 (11) 4傅里叶变换与傅里叶级数之间的区别与联系 (12) 5傅里叶级数和傅里叶变换的应用 (12) 5.1傅里叶级数的应用 (12) 5.2傅里叶变换的应用 (13) 参考文献 (15)

傅里叶级数与傅里叶变换的关系与应用 摘要:傅里叶级数是对周期性现象做数学上的分析,而傅里叶变换则可以看作傅里叶级数的极限形式,它也可以看作是对周期现象进行数学上的分析。除此之外,傅里叶变换还是处理信号领域的一种很重要的算法。 傅里叶变换是一种分析信号的方法,它可分析信号的成分,也可用这些成分合成信号。很多波形可以作为信号的成分,例如余弦波,方波,锯齿波等等,傅里叶变换作为信号的成分。在电子类学科,物理学科,信号处理学科等众多领域都有着广泛的应用。 傅里叶级数针对的是周期性函数,傅里叶变换针对的是非周期性函数,它们在本质上都是一种把信号表示成复正选信号的叠加,存在相似的特性。 关键词:傅里叶级数;傅里叶变换;周期性 Fourier series And Fourier Transforms Abstract: Fourier series is made mathematical analysis to cyclical phenomenon, and Fourier transform can be seen as the limit form of Fourier series, it also can be regarded as a mathematical analysis of cycle phenomenon. In addition, the Fourier transform is a kind of very important in the field of signal processing algorithms. Fourier transform is a method of signal analysis, it can analyze signal component, also can use these ingredients synthetic signal. Many waveform can be used as a signal of ingredients, such as cosine wave, square wave, sawtooth wave, etc., the Fourier transform as a signal of composition. In electronics disciplines, physics, signal processing disciplines etc many fields have a wide range of applications. Fourier series is for periodic function, Fourier transform for is a periodic function, they are in essence a kind of papers said the signal into a complex signal superposition, similar features. Key words: Fourier series; Fourier Transform; Periodic

傅里叶级数及变换的本质解释和形象阐述

傅里叶级数及变换的本质解释和形象阐述(更正版) ——老师不会这么讲,书上也不会讲 注:原来上传到百度文库的文档有较多问题,或者阐述不清楚,因原文档无法删除,只能重新上传一次了。此为更正版。 很多人学信号与系统、数字信号处理学了几年,关于傅里叶级数和傅里叶变换可能还是一知半解,只能套用公式,根本不理解为什么要这么算,也就是有什么实际含义——可以说,几乎所有信号与系统里面的数学公式都是有实实在在的物理含义的!那么,傅里叶变换到底是怎样一种变换?具体又怎么变换?有没有确切一点,或者形象一点的物理解释呢?下面笔者将尝试从以一种可理解的、物理的方式来解释,并尽量形象地讲出来,形式是探究、渐进的模式,也就是我自己的思考过程,希望对大家有所帮助。 首先,要知道傅里叶变换是一种变换,准确点说是投影。傅里叶变换的投影问题,一直想不明白那一系列的正交函数集,到底是什么样一个函数集合,或者说是怎么样的一个空间。所谓三角傅里叶级数当成谐波分析的时候很好理解——同一个时间轴,也就是说同一个维度的分解和叠加,肯定没错,也很实用。但是要是从投影(或者说变换)的角度来说,怎么解释呢?书上说:这一系列正弦余弦的函数,在一个区间内,是一个完备的正交函数集,每一个函数所带的系数(或者叫权重),就是原函数在这个函数的方向上的一个投影(说方向不准确,但找不到其他的词)。那么,原函数到底是一个什么样的函数,和各正交基函数又是怎样的一种关系呢?这个投影又是怎么投的呢?三维或者二维空间,一个矢量在各正交基上的投影很好理解,因为各矢量正交基在空间是垂直关系,原矢量在各正交基上的投影就是其模值乘以与各正交基夹角余弦值。那么,傅里叶变换的正交基函数,也是这样一种相互垂直的关系么?投影也是取余弦值么?

常用傅立叶变换表

时域信号 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 1 线性 2 时域平移 3 频域平移, 变换2的频域对应4 如果值较大,则会收缩 到原点附近,而会扩 散并变得扁平. 当 | a | 趋向 无穷时,成为 Delta函数。 5 傅里叶变换的二元性性质。通过 交换时域变量和频域变量 得到. 6 傅里叶变换的微分性质 7 变换6的频域对应 8 表示和的卷积—这

9 矩形脉冲和归一化的sinc 函数 10 变换10的频域对应。矩形函数是理想的低通滤波器,sinc 函数是这类滤波器对反因果冲击的响应。 11 tri 是三角形函数 12 变换12的频域对应 13 高斯函数 exp( ? αt 2) 的傅里叶变换是他本身. 只有当 Re(α) > 0时,这是可积的。 14 15 16 a>0 17 变换本身就是一个公式

18 δ(ω) 代表狄拉克δ函数分布. 这 个变换展示了狄拉克δ函数的重要 性:该函数是常函数的傅立叶变换 19 变换23的频域对应 20 由变换3和24得到. 21 由变换1和25得到,应用了欧拉公 式: cos(at) = (e iat + e?iat) / 2. 22 由变换1和25得到 23 这里, n是一个自然数. δ(n)(ω) 是狄拉克δ函数分布的n阶微分。这 个变换是根据变换7和24得到的。 将此变换与1结合使用,我们可以变 换所有多项式。 24 此处sgn(ω)为符号函数;注意此变 换与变换7和24是一致的. 25 变换29的推广. 26 变换29的频域对应. 27 此处u(t)是单位阶跃函数; 此变换 根据变换1和31得到.

傅里叶变换公式

第2 章信号分析 本章提要 ?信号分类 ?周期信号分析--傅里叶级数 ?非周期信号分析--傅里叶变换 ?脉冲函数及其性质信号:反映研究对象状态和运动特征的物理量信号分析:从信号中提取有用信息的方法和手段 §2 -1 信号的分类 ?两大类:确定性信号,非确定性信号确定性信号:给定条件下取值是确定的。 进一步分为:周期信号,非周期信号。

质量-弹簧系 统的力学模型x(t) = A cos k t +0 非确定性信号(随机信号:给定条件下取值是不确定的 ?按取值情况分类:模拟信号,离散信号数字信号:属于离散信号,幅值离散,并用二进制表示。 ?信号描述方法 时域描述如简谐信号

简谐信号及其三个要素 频域描述 以信号的频率结构来描述信号的方法: 将信号看成许多谐波(简谐信号)之和,每一个谐波称作该信号的一个频率成分,考察信号含有那些频率的谐波,以及各谐波的幅值和相角。 §2-2 周期信号与离散频谱 一、周期信号傅里叶级数的三角函数形式?周期信号时域表达式 x(t) = x(t +T) = x(t + 2T) = = x(t + nT) (n = 1, 2 ,)

T :周期。注意n 的取值:周期信号“无始无 终” # ? 傅里叶级数的三角函数展开式 x (t ) = a + (a cos n t + b sin n t ) n =1 (n =1, 2, 3 ,…) 傅立叶系数: T a 0 = 1 x (t )dt - 2 T x (t )cos n tdt 2 T 2 x (t ) sin n tdt 2 式中 T--周 期;0--基频, 0=2/T 。 ? 三角函数展开式的另一种形式: 2 a n = b n =2

傅里叶Fourier级数的指数形式与傅里叶变换

(4) 2 T 2 T f (t)dt 傅里叶(Fourier )级数的指数形式与傅里叶变换 专题摘要:根据欧拉(Euler )公式,将傅里叶级数三角表示转化为指数表示,进而得到傅 里叶积分定理,在此基础上给出傅里叶变换的定义和数学表达式。 在通信与信息系统、交通信息与控制工程、信号与信息处理等学科中,都需要对各种 信号与系统进行分析。 通过对描述实际对象数学模型的数学分析、 求解,对所得结果给以物 理解释、赋予其物理意义,是解决实际问题的关键。这种数学分析方法主要针对确定性信号 的时域和频域分析,线性时不变系统的描述以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换 域分析。所有这些分析方法都离不开傅里叶变换、拉普拉斯变换和离散时间系统的 z 变换。 而傅里叶变换的理论基础是傅里叶积分定理。 傅里叶积分定理的数学表达式就是傅里叶级数 的指数形式。 不但傅里叶变换依赖于傅里叶级数,就是纯数学分支的调和分析也来源于函数的傅里 叶级数。因此,傅里叶级数无论在理论研究还是在实际应用中都占有非常重要的地位。 我们 承认满足狄里克莱(Dirichlet )条件下傅里叶级数的收敛性结果,不去讨论和深究傅里叶展 式的唯一性问题。 傅里叶级数的指数形式 一个以T 为周期的函数f (t ),在[-T ,T ]上满足狄里克莱条件:1o f (t )连续或只有 2 2 数。在连续点处 有限个第一类间断点; 2。 只有有限个极值点。 那么f (t )在nT,T ]上就可以展成傅里叶级 f(t) a 0 ,. (a n cosn ?t b n sin n ?t) (1) 其中 a n T 2 f (t) cosn tdt, (n 二 0,1,2,), _2 根据欧拉(Euler )公式: b n ;认)州艸(n=1,2,3,), (3) e" - cos : j si , (1)式化为 f(t)二色二 a 2 J e jn e" n jn ? £ j jn ? t +b e —e M n 2j 若令 a n - j b n 一 2 jn ;.-:t . a n jb n ?弓曲 2 」,

傅里叶(Fourier)级数的指数形式与傅里叶变换复习过程

傅里叶(F o u r i e r)级数的指数形式与傅里 叶变换

傅里叶(Fourier )级数的指数形式与傅里叶变换 专题摘要:根据欧拉(Euler )公式,将傅里叶级数三角表示转化为指数表示,进而得到傅里叶积分定理,在此基础上给出傅里叶变换的定义和数学表达式。 在通信与信息系统、交通信息与控制工程、信号与信息处理等学科中,都需要对各种信号与系统进行分析。通过对描述实际对象数学模型的数学分析、求解,对所得结果给以物理解释、赋予其物理意义,是解决实际问题的关键。这种数学分析方法主要针对确定性信号的时域和频域分析,线性时不变系统的描述以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。所有这些分析方法都离不开傅里叶变换、拉普拉斯变换和离散时间系统的z 变换。而傅里叶变换的理论基础是傅里叶积分定理。傅里叶积分定理的数学表达式就是傅里叶级数的指数形式。 不但傅里叶变换依赖于傅里叶级数,就是纯数学分支的调和分析也来源于函数的傅里叶级数。因此,傅里叶级数无论在理论研究还是在实际应用中都占有非常重要的地位。我们承认满足狄里克莱(Dirichlet )条件下傅里叶级数的收敛性结果,不去讨论和深究傅里叶展式的唯一性问题。 傅里叶级数的指数形式 一个以T 为周期的函数)(t f ,在]2 ,2[T T -上满足狄里克莱条件:1o )(t f 连续或只有有限个第一类间断点;2o 只有有限个极值点。那么)(t f 在]2 ,2[T T -上就 可以展成傅里叶级数。在连续点处 ∑∞ =++=1 )sin cos (2)(n n n t n b t n a a t f ωω, (1) 其中 T πω2= ,

傅里叶变换公式

连续时间周期信号傅里叶级数:?= T dt t x T a )(1 ??--= = T t T jk T t jk k dt e t x T dt e t x T a π ω2)(1 )(1 离散时间周期信号傅里叶级数:[][]()∑∑= - =-= = N n n N jk N n n jkw k e n x N e n x N a /21 1 0π 连续时间非周期信号的傅里叶变换:()? ∞∞ --=dt e t x jw X jwt )( 连续时间非周期信号的傅里叶反变换:()dw e jw X t x jwt ? ∞ ∞ -=π 21 )( 连续时间周期信号傅里叶变换:∑+∞ -∞ =??? ? ? ? -=k k k w a jw X T 22)(πδπ 连续时间周期信号傅里叶反变换:()dw e w w t x jwt ? ∞ ∞ --=0221 )( πδπ 离散时间非周期信号傅里叶变换:∑∞ -∞ =-= n n j e n x e X ωω j ][)( 离散时间非周期信号傅里叶反变换:? = π 2d e )(e π 21][ωωωn j j X n x 离散时间周期信号傅里叶变换:∑+∞ -∞ =-= k k k a X )(π2)e (0 j ωωδω 离散时间周期信号傅里叶反变换:[]ωω ωδωd e n n j ?--=π 20 πl)2(π2π 21][x 拉普拉斯变换:()dt e t s X st -∞ ∞ -? =)(x 拉普拉斯反变换:()()s j 21 t x j j d e s X st ?∞ +∞ -= σσ π Z 变换:∑∞ -∞ =-=n n z n x X ][)z ( Z 反变换: ??-== z z z X r z X n x n n d )(πj 21d )e ()(π21][1j π2ωω

快速傅里叶变换(FFT)的原理及公式

快速傅里叶变换(FFT)的原理及公式 原理及公式 非周期性连续时间信号x(t)的傅里叶变换可以表示为 式中计算出来的是信号x(t)的连续频谱。但是,在实际的控制系统中能够得到的是连续信号x(t)的离散采样值x(nT)。因此需要利用离散信号x(nT)来计算信号x(t)的频谱。 有限长离散信号x(n),n=0,1,…,N-1的DFT定义为: 可以看出,DFT需要计算大约N2次乘法和N2次加法。当N较大时,这个计算量是很大的。利用WN的对称性和周期性,将N点DFT分解为两个N/2点 的DFT,这样两个N/2点DFT总的计算量只是原来的一半,即(N/2)2+(N/2)2=N2/2,这样可以继续分解下去,将N/2再分解为N/4点DFT等。对于N=2m点的DFT都可以分解为2点的DFT,这样其计算量可以减少为(N/2)log2N 次乘法和Nlog2N次加法。图1为FFT与DFT-所需运算量与计算点数的关系曲线。由图可以明显看出FFT算法的优越性。 将x(n)分解为偶数与奇数的两个序列之和,即

x1(n)和x2(n)的长度都是N/2,x1(n)是偶数序列,x2(n)是奇数序列,则 其中X1(k)和X2(k)分别为x1(n)和x2(n)的N/2点DFT。由于X1(k)和X2(k)均以N/2为周期,且WN k+N/2=-WN k,所以X(k)又可表示为: 上式的运算可以用图2表示,根据其形状称之为蝶形运算。依此类推,经过m-1次分解,最后将N点DFT分解为N/2个两点DFT。图3为8点FFT的分解流程。 FFT算法的原理是通过许多小的更加容易进行的变换去实现大规模的变换,降低了运算要求,提高了与运算速度。FFT不是DFT的近似运算,它们完全是等效的。 关于FFT精度的说明: 因为这个变换采用了浮点运算,因此需要足够的精度,以使在出现舍入误差时,结果中的每个组成部分的准确整数值仍是可辨认的。为了FFT的舍入误差,应该允许增加几倍log2(log2N)位的二进制。以256为基数、长度为N字节的数

傅里叶变换与傅里叶级数

重温傅里叶—笔记篇 本文记录得大多就是基础得公式,还有一些我认为比较重要得有参考价值得说明、(如果对这些公式已经很熟悉,可以直接瞧第三部分:总结性说明) 重温傅里叶—笔记篇 一、傅里叶级数 $关于三角函数系得正交性: 三角函数系包括: 1, cosx, sinx , cos2x, sin 2x, ……cos nx, sin nx, …… “正交性"就是说,三角函数系中得任何一项与另一项得乘积,在(-π, π) 区间内得积分为0。(任何两相得积总可以展成两个频率为整数倍基频得正余弦函数之与或差,而这两个展开后得正余弦在(—π,π)上积分都为0)。 不同频率(但都就是整数倍基频)得两个正弦函数之积,在(-π, π)上积分恒为0。 同频率得两个正弦函数之积,只有在这两个正弦得相位正交时,其在(-π,π)上积分才就是0、 三角函数系中除“1”以外得任何一项得平方,在(—π,π)上得积分恒为π,“1”在这个区间上得积分为2π。 $

上公式! ①当周期为2π时: 式(1): 上式成立得条件就是f(x)满足狄立克雷充分条件: 1。在任意有限区间内连续,或只有有限多个第一类间断点; 2. 任意得有限区间,都可被分成有限多个单调区间(另一种说法就是:任意有限区间内只有有限多个极值点,其实就是一样得) 式(1)第一行中得a0/2 就就是f(x)得周期平均值,而且第一行得式子只对f(x)就是连续函数得情况成立;如果f(x)不连续,则应表示成“(1/2)×[f(x—0)+f(x+0)]”,即

f(x)左右极限得算术平均。下面得类似情况都就是这样,之后就不再专门说明,这些大家应该都懂。 第三、四行中,n得取值都就是:1,2,3,4,……n,……(都为正,且不包含0)。 ②当周期为2L时(这也就是最一般得情形): 式(2): 第一行中得a0/2 就就是f(x)得周期平均值; 第三、四行中,n得取值都就是:1,2,3,4,……n,……(都为正,且不包含0)。 $ 傅里叶级数得复数表达方式

常用函数傅里叶变换

信号与系统的基本思想:把复杂的信号用简单的信号表示,再进行研究。 怎么样来分解信号?任何信号可以用Delta 函数的移位加权和表示。只有系统是线性时不变系统,才可以用单位冲激函数处理,主要讨论各个单位冲激函数移位加权的响应的叠加能得到总的响应。 线性系统(齐次性,叠加定理) 时不变系统 对一个系统输入单位冲激函数,得到的响应为h(t).表征线性时不变系统的非常重要的东西,只要知道了系统对单位冲击函数的响应,就知道了它对任何信号的响应,因为任何信号都可以表示为单位冲激函数的移位加权和。 例如:d(t)__h(t) 那么a*d(t-t0)__a*h(t-t0) -()= ()(t-)d f t f τδττ∝∝? 的响应为-y()=()(-)t f h t d τττ∝ ∝ ? 记为y(t)=f(t)*h(t),称为f(t)和h(t)的卷积 总结为两点:对于现行时不变系统,任何信号可以用单位冲激信号的移位加权和表示,任何信号的响应可以用输入函数和单位冲激函数响应的卷积来表示 连续时间信号和系统的频域分析 时域分析的重点是把信号分解为单位冲激函数的移位加权和,只讨论系统对单位冲激函数的响应。而频域的分析是把信号分解为各种不同频率的正弦函数的加权和,只讨论系统对sinwt 的响应。都是把信号分解为大量单一信号的组合。

周期函数可以展开为傅里叶级数,将矩形脉冲展开成傅里叶级数,得到傅里叶级数的系数 n A sin F = T x x τ 其中0=2 nw x τ。 取样函数sin ()=x S a x 。产生一种震荡,0点的值最大,然后渐渐衰减直至0 第一:对于傅里叶级数的系数,n 是离散的,所以频谱也是离散状的每条谱线都出现在基波频率的整数倍上,其包络是取样函数。 第二:谱线的间距是0w .。零点是0=2nw x τ,02w =T π是谱的基波频率。如果τ不变,T 增大,那么0w 减小,当T 非常大的时候,0w 非常小,谱线近似连续,越来越密,幅度越来越小。 傅里叶变换:非周期函数 正变换:--F jw)= ()iwt f t e dt ∝ ∝?( 反变换:-1()=()2jnwt f t F jw e dw π ∝∝ ? 常用函数的傅里叶变换(典型非周期信号的频谱)

常用傅里叶变换

时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 1 线性 2 时域平移 3 频域平移,变换2 的频域对应 4 如果值较大,则 会收缩到原 点附近,而 会扩 散并变得扁平.当 | a | 趋向无穷 时,成为狄拉克δ 函数。 5 傅里叶变换的二元 性性质。通过交换 时域变量和频域 变量得到. 6 傅里叶变换的微分 性质

7 变换6的频域对应8 表示和 的卷积—这就是卷 积定理 9 变换8的频域对应。[编辑]平方可积函数 时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 10 矩形脉冲和归一 化的sinc函数 11 变换10的频域对 应。矩形函数是理 想的低通滤波器, sinc函数是这类 滤波器对反因果 冲击的响应。

12 tri是三角形函数 13 变换12的频域对应 14 高斯函数exp( ? αt2)的傅里叶变换是他本身.只有当Re(α) > 0时,这是可积的。 15 光学领域应用较多 16 17 18 a>0 19 变换本身就是一个公式

20 J0(t)是0阶第一 类贝塞尔函数。 21 上一个变换的推 广形式; T n(t)是第 一类切比雪夫多 项式。 22 U n (t)是第二类切 比雪夫多项式。[编辑]分布 时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 23 δ(ω)代表狄拉克δ函数 分布.这个变换展示了狄 拉克δ函数的重要性:该 函数是常函数的傅立叶 变换 24 变换23的频域对应

25 由变换3和24得到. 26 由变换1和25得到,应用了欧拉公式: cos(at) = (e iat + e?iat) / 2. 27 由变换1和25得到 28 这里, n是一个自然数.δ(n)(ω)是狄拉克δ函数分布的n阶微分。这个变换是根据变换7和24得到的。将此变换与1结合使用,我们可以变换所有多項式。 29 此处sgn(ω)为符号函数;注意此变换与变换7和24是一致的. 30 变换29的推广. 31 变换29的频域对应. 32 此处u(t)是单位阶跃函数;此变换根据变换1和31得到.

傅里叶(Fourier)级数的指数形式与傅里叶变换

傅里叶(Fourier)级数的指数形式与傅里叶变换

傅里叶(Fourier)级数的指数形式与傅里叶变换 专题摘要:根据欧拉(Euler)公式,将傅里叶级数三角表示转化为指数表示,进而得到傅里叶积分定理,在此基础上给出傅里叶变换的定义和数学表达式。 在通信与信息系统、交通信息与控制工程、信号与信息处理等学科中,都需要对各种信号与系统进行分析。通过对描述实际对象数学模型的数学分析、求解,对所得结果给以物理解释、赋予其物理意义,是解决实际问题的关键。这种数学分析方法主要针对确定性信号的时域和频域分析,线性时不变系统的描述以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。所有这些分析方法都离不开傅里叶变换、拉普拉斯变换和离散时间系统的z变换。而傅里叶变换的理论基础是傅里叶积分定理。傅里叶积分定理的数学表达式就是傅里叶级数的指数形式。 不但傅里叶变换依赖于傅里叶级数,就是纯数学分支的调和分析也来源于函数的傅里叶级数。因此,傅里叶级数无论在理论研究还是在实际应

用中都占有非常重要的地位。我们承认满足狄里克莱(Dirichlet )条件下傅里叶级数的收敛性结果,不去讨论和深究傅里叶展式的唯一性问题。 傅里叶级数的指数形式 一个以T 为周期的函数)(t f ,在]2 ,2[T T -上满足狄里克莱条件:1o ) (t f 连续或只有有限个第一类间断 点;2o 只有有限个极值点。那么)(t f 在]2 ,2[T T -上就可以展成傅里叶级数。在连续点处 ∑∞ =++=1 ) sin cos (2)(n n n t n b t n a a t f ωω, (1) 其中 T πω2=, ) ,2,1,0(,cos )(2 22Λ==?-n dt t n t f T a T T n ω, (2) ) ,3,2,1(,sin )(2 22 Λ==?-n dt t n t f T b T T n ω, (3) 根据欧拉(Euler )公式:θ θθ sin cos j e j +=,(1)式 化为 ∑∞=--? ? ? ???-+++=10222)(n t jn t jn n t jn t jn n j e e b e e a a t f ωωωω ∑∞=-?? ? ???++-+=10222n t jn n n t jn n n e jb a e jb a a ωω, (4) 若令 dt t f T c T T ?-=22 0)(1

傅里叶变换的基本性质.

傅里叶变换的基本性质(一) 傅里叶变换建立了时间函数和频谱函数之间转换关系。在实际信号分析中,经常需要对信号的时域和频域之间的对应关系及转换规律有一个清楚而深入的理解。因此有必要讨论傅里叶变换的基本性质,并说明其应用。 一、线性 傅里叶变换是一种线性运算。若 则 其中a和b均为常数,它的证明只需根据傅里叶变换的定义即可得出。 例3-6利用傅里叶变换的线性性质求单位阶跃信号的频谱函数。 解因 由式(3-55)得 二、对称性 若则 证明因为 有 将上式中变量换为x,积分结果不变,即

再将t用代之,上述关系依然成立,即 最后再将x用t代替,则得 所以 证毕 若是一个偶函数,即,相应有,则式(3-56) 成为 可见,傅里叶变换之间存在着对称关系,即信号波形与信号频谱函数的波形有着互相置换的关系,其幅度之比为常数。式中的表示频谱函数坐标轴必须正负对调。例如: 例3-7若信号的傅里叶变换为 试求。 解将中的换成t,并考虑为的实函数,有 该信号的傅里叶变换由式(3-54)可知为

根据对称性 故 再将中的换成t,则得 为抽样函数,其波形和频谱如图3-20所示。 三、折叠性 若 则 四、尺度变换性 若 则 证明因a>0,由

令,则,代入前式,可得 函数表示沿时间轴压缩(或时间尺度扩展) a倍,而则表示 沿频率轴扩展(或频率尺度压缩) a倍。 该性质反映了信号的持续时间与其占有频带成反比,信号持续时间压缩的倍数恰好等于占有频带的展宽倍数,反之亦然。 例3-8已知,求频谱函数。 解前面已讨论了的频谱函数,且 根据尺度变换性,信号比的时间尺度扩展一倍,即波形压缩了一半,因此其频谱函数 两种信号的波形及频谱函数如图3-21所示。

常用傅里叶变换

常用傅里叶变换 Document number:NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 1 线性 2 时域平移 3 频域平移,变换2 的频域对应 4 如果值较大, 则会收缩 到原点附近,而 会扩 散并变得扁平.当 |?a?|?趋向无穷 时,成为。 5 傅里叶变换的二元 性性质。通过交换 时域变量和频域 变量得到. 6 傅里叶变换的微分 性质 7 变换6的频域对应

8 表示和 的卷积—这就是9 变换8的频域对 应。 []平方可积函数 时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 10 和归一化的 11 变换10的频域对 应。矩形函数是 理想的低通滤波 器,是这类滤波 器对冲击的响 应。 12 tri?是 13 变换12的频域对 应

14 exp( ? αt2)的傅里叶变换是他本身.只有当Re(α) > 0时,这是可积的。 15 领域应用较多 16 17 18 a>0 19 变换本身就是一个公式 20 J0(t)?是。 21 上一个变换的推广形式;?T n(t)?是。 22 ???? U n?(t)是。

[]分布 时域信号 角频率表示的 傅里叶变换 弧频率表示的 傅里叶变换 注释 23 δ(ω)代表分布.这个变换 展示了狄拉克δ函数的 重要性:该函数是常函 数的傅立叶变换 24 变换23的频域对应 25 由变换3和24得到. 26 由变换1和25得到,应 用了:?cos(at) = (e iat?+?e???iat) / 2. 27 由变换1和25得到 28 这里,?n是一个.δ(n)(ω)是 狄拉克δ函数分布的n 阶微分。这个变换是根 据变换7和24得到的。 将此变换与1结合使 用,我们可以变换所 有。

傅里叶变换公式

第2章 信号分析 本章提要 信号分类 周期信号分析--傅里叶级数 非周期信号分析--傅里叶变换 脉冲函数及其性质 信号:反映研究对象状态和运动特征的物理量 信号分析:从信号中提取有用信息的方法和手段 §2-1 信号的分类 两大类:确定性信号,非确定性信号 确定性信号:给定条件下取值是确定的。 进一步分为:周期信号,非周期信号。 质量M 弹簧 刚度K t x (t ) o x 0 质量-弹簧系统的力学模型 x (t ) ??? ? ??+=0cos )(?t m k A t x 非确定性信号(随机信号):给定条件下取值是不确定的 按取值情况分类:模拟信号,离散信号 数字信号:属于离散信号,幅值离散,并用二进制表示。 信号描述方法 时域描述 如简谐信号

)cos(000φω+t x 简谐信号及其三个要素 幅值 频率 相角 频域描述 以信号的频率结构来描述信号的方法:将信号看成许多谐波(简谐 信号)之和,每一个谐波称作该信号的一个频率成分,考察信号含有那些频率的谐波,以及各谐波的幅值和相角。 §2-2 周期信号与离散频谱 一、 周期信号傅里叶级数的三角函数形式 周期信号时域表达式 ) 21() ()2()()(ΛΛ,,±±=+==+=+=n nT t x T t x T t x t x T :周期。注意n 的取值:周期信号“无始无终” # 傅里叶级数的三角函数展开式 ) sin cos ()(01 00t n b t n a a t x n n n ωω∑∞ =++= (=1, 2, 3,…) 傅立叶系数:

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