天天看点

z变换公式表_信号与系统之连续时间傅里叶变换—学习笔记(奥本海姆教材)...

傅里叶、拉普拉斯、z变换

是信号与系统这门学科的灵魂。这三种变换既有联系,又有区别。无论你的专业是通信工程、电子信息工程、电气工程及其自动化、计算机科学...都需要用到这三种变换来对具体过程具体分析。可以毫不夸张的说,这三种变换对于一个理工生来说极其重要。这个学期我也在学习信号与系统,希望分享一点自己对于这门学科的认识,同时加深自己对于信号与系统认识。有不足或者错误之处,还请指正!

废话不多说,先来看一下傅里叶变换!

从数学的角度上来说,傅里叶变换、拉普拉斯变换与Z变换都是一种积分运算,本质上具有相联性,而拉普拉斯变换与Z变换都可以通过傅里叶变换导出,由此可见傅里叶变换的重要。

一、傅里叶级数

在正式介绍傅里叶变换之前,先来介绍傅里叶级数。它分为两种形式:

1.三角形式的傅里叶级数
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其中

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为周期为

P

的周期信号

从三角形式的傅里叶级数可以看出:

一个周期信号可以看成是直流分量(A0/2)、基波(
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)与n次谐波(n*
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)的线性组合

但是由于三角傅里叶级数的系数较难求解,我们一般在分析中不会采用这种形式,而转而采用第二种:

2.指数形式的傅里叶级数 综合公式:(synthesis equation)
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分析公式:(analysis equation)
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(1) 其中

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称为

幅度频谱,这些系数是对信号x(t)中每一个谐波分量大小的度量。 arg
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称为

幅度频谱。

(2)系数

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是x(t)的直流分量,也是

x(t)在一个周期内的平均值 3.傅里叶级数的收敛条件 连续时间信号的傅里叶级数收敛条件——狄利克雷条件

(1)在任何周期内,

x(t)必须绝对可积

,即:

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这一条件保证每一个系数

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都是有限值。

(2)在任意有限区间内,x(t)

具有有限个起伏变化

。也就是说,x(t)的最大值和最小值的数目有限。

(3)在x(t)的任何有限区间内,只有

有限个不连续点

,且这些不连续点上函数为

有限值

以上就是著名的狄利克雷条件,它是傅里叶变换存在的充分条件。

二、连续时间傅里叶变换 1.非周期信号的CTFT表示

非周期信号傅里叶变换对

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傅里逆叶变换(综合式)

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傅里叶变换(分析式)

2.周期信号的CTFT表示

由于周期信号不满足狄利克雷条件中的绝对可积,如果将周期信号直接代入上面的公式,积分是不收敛的,

但这并不意味这周期信号的傅里叶变换不存在

在正式讲周期信号的CTFT之前,我们先来了解一下

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的傅里叶变换

由分析公式

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代入x(t)=

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,我们发现结果并不收敛。没有关系,此路不通我们另辟蹊径,用一条路找到它的傅里叶变换。

因为δ(t)的傅里叶变换是1

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(根据单位冲激函数的筛选性质,将x(t)=δ(t)代入分析公式,很容易得出δ(t)的傅里叶变换就是1)

那么有:

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把2π乘到等式左边:

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另t=-w,w=a:

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于是有:

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对比傅里叶变换的分析式可得:

FT(

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)=2πδ(w-

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有了上面这个变换对,我们就可以求出周期信号的傅里叶变换。

对于周期信号

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,将其进行傅里叶级数展开:

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对等式两边进行傅里叶变换:

FT(
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)=
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结论:周期信号的傅里叶变换是一串冲激,这些冲激位于信号频率为
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(k=0,±1,±2...)

处,冲激的强度等于傅里叶级数中对应系数
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的2π倍。 三、傅里叶变换的性质

这里我们直接给出傅里叶变换性质的表格汇总

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具体的证明这里就不给出了,我有性质证明的手稿,有需要的小伙伴可以私信我。

上面的这些性质都需要牢记,不需要死记硬背,自己推导一遍,理解性质的含义,在这个基础之上再去背,记的会更牢。 四、常见傅里叶变换
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上面这些常见傅里叶变换可以记一些比较常见的,比如单位阶跃函数、矩形波、周期方波这些比较难推导的。还是一样,

如果需要这些傅里叶变换推导过程的小伙伴可以私信我

下面对几个公式进行总结 傅里叶变换对:
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综合式

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分析式

傅里叶级数:
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综合式

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分析式

可能有小伙伴觉得这四个公式很容易混淆,我是这么记忆的:CTFS的综合式前面没有系数,那么CTFT的综合式前面就有系数;CTFS的分析式前面有系数,那么CTFT的综合式前面就没有系数。如果是离散变量(k、n)就是累加求和,如果是连续变量(t、w)就是积分。记忆方法因人而异,可以多比较总结一下,这里就不赘述了。

最后,码字不易,路过的小伙伴们点个赞再走呗(*^▽^*)后面也会陆续分享拉普拉斯变换、Z变换的笔记~