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![](https://img.laitimes.com/img/__Qf2AjLwojIjJCLyojI0JCLicmbw5SO5gTMzI2YiZWZ3QTO5YzNlV2N3YjMlBTY1ADMkRGZi9CX0JXZ252bj91Ztl2Lc52YucWbp5GZzNmLn9Gbi1yZtl2Lc9CX6MHc0RHaiojIsJye.png)
其中
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(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)(1) 其中
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称为
幅度频谱。(2)系数
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:
这一条件保证每一个系数
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
傅里逆叶变换(综合式)
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
的傅里叶变换
由分析公式
代入x(t)=
,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
(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:
把2π乘到等式左边:
另t=-w,w=a:
于是有:
对比傅里叶变换的分析式可得:
FT(
)=2πδ(w-
)
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
,将其进行傅里叶级数展开:
对等式两边进行傅里叶变换:
FT((k=0,±1,±2...)
处,冲激的强度等于傅里叶级数中对应系数这里我们直接给出傅里叶变换性质的表格汇总
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:综合式
分析式
傅里叶级数:综合式
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~