【2023】数字信号处理之Fourier分析

2024-07-29 20:46:21 浏览数 (2)

傅里叶变换的核心是从时域到频域的变换,而这种变换是通过一组特殊的正交基来实现的.

而贯穿时域与频域的方法之一,就是传中说的傅里叶分析。傅里叶分析可分为傅里叶级数(Fourier Serie)和傅里叶变换(Fourier Transformation)。

一、基础概念

1. 时域

时域是描述一个数学函数或物理信号对时间的关系,这也是我们日常中最容易直观感受的一种域。从我们学物理开始,很多物理量的定义都是跟时间相关的。

  • 速度:位移与发生这个位移所用的时间之比
  • 电流:单位时间里通过导体任一横截面的电量
  • 功率:物体在单位时间内所做的功的多少

很多物理量的定义都是基于单位时间产生的效果或者变化,以时间为参考让我们更容易理解。但是容易理解不代表方便使用,或者说方便计算。

2. 频域

频域就是描述频率所用到的空间或者说坐标系。频率虽然比较抽象,但是在我们的生活中是无处不在的,只是我们很少直接提到这个专业名词。

对于波来说,频率是每秒波形重复的数量。声音是一种波;光具有波粒二象性,也具有电磁波的性质;更普遍的说,频率是物质每秒钟完成周期性变化的次数。比如家里用的交流电是50Hz,意思就是电压每秒完成50次振荡周期。

3. Fourier分析=级数 变换

  • Fourier级数:在时域是一个周期且连续的函数,而在频域是一个非周期离散的函数。
  • Fourier变换:则是将一个时域非周期的连续信号,转换为一个在频域非周期的连续信号
Fourier级数

傅里叶级数的本质是将一个周期的信号分解成无限多分开的(离散的)正弦波

Fourier变换

傅里叶变换实际上是对一个周期无限大的函数进行傅里叶变换

我们称

f的Fourier变换.同时记

上式右端的积分称为f的Fourier积分.

离散谱
连续谱

离散谱的叠加,变成了连续谱的累积。所以在计算上也从求和符号变成了积分符号

4. 欧拉公式!!!

欧拉恒等式

二 、三角函数系及Fourier级数

1. 三角函数系

概念
性质——周期性、正交性、完备性
  • 周期性:每个函数的周期都是2π
  • 正交性:它们在长度为2π 的任意区间上组成正交系,即