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希尔伯特变换与傅立叶变换.docx

上传人:mazhuangzi1 2022/5/15 文件大小:79 KB

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希尔伯特变换与傅立叶变换.docx

文档介绍

文档介绍:在数学与信号处理的领域中,一个实数值函数■的希尔伯特转换(Hilbert
transform) 在此标示为M 是将信号』■与做卷积,以得到戸"■。因
此,希尔伯特转换结果可以被解读为输入是'的线性非时变系统(li near time
续傅里叶变换”(连 续函数的傅里叶变换)。连续傅里叶变换将平方可积的函数f(r)表示成复指数函数 的积分或级数形式。
这是将频率域的函数f(3)表示为时间域的函数f (r)的积分形式。
连续傅里叶变换的逆变换(inverse Fourier transform)为
川)=k厅3)] =舟J 讼.
即将时间域的函数f(t)表示为频率域的函数F(3)的积分。
一般可称函数f(r)为原函数,而称函数f(3)为傅里叶变换的像函数,原函 数和像函数构成一个傅里叶变换对(t阳门sfo如pair)。
除此之外,还有其它型式的变换对,以下两种型式亦常被使用。在通讯或是
/=—
讯号处理方面,常以 来代换,而形成新的变换对:
oc
x(f)= w)]二J工⑴厂旳出
_QQ
OCI
迟= / X(f)e^df・
_x
或者是因系数重分配而得到新的变换对:
OO
FH=^[/(i)]= I f(ty-^dt
—0C>
g
门皆丹[%)] =舟I %)严仏
—QQ
一种对连续傅里叶变换的推广称为分数傅里叶变换
(Fracti onal Fourier Tran sform)。
当f(t)为偶函数(或奇函数)时,其正弦(或余弦)分量 将消亡,而可以称这时的变换为余弦转换(cosine transform) 或正弦转换(sine transform).
另一个值得注意的性质是,当f(t)为纯实函数时,
F(_3)= F*(3)成立.
傅里叶级数
连续形式的傅里叶变换其实是傅里叶级数(Fourier series)的推广,因为积分其实是 一种极限形式的求和算子而已。对于周期函数,其傅里叶级数是存在的:
£爲严・
n=—QQ
其中厂.•为复振幅。对于实值函数,函数的傅里叶级数可以写成:
= £Z0 + 工(沁)+ b-n sin(?!T)]
n= 1
其中an和bn是实频率分量的振幅。
傅里叶分析最初是研究周期性现象,即傅里叶级数的,后来通过傅里叶变换 将其推广到了非周期性现象。理解这种推广过程的一种方式是将非周期性现 象视为周期性现象的一个特例,即其周期为无限长。
离散时间傅里叶变换
离散傅里叶变换是离散时间傅里叶变换(DTFT)的特例(有时作为后者的近似)。 DTFT在时域上离散,在频域上则是周期的。DTFT可以被看作是傅里叶级数的逆转 换。
离散傅里叶变换
为了在科学计算和数字信号处理等领域使用计算机进行傅里叶变换,必须将函数xn 定义在离散点而非连续域内,且须满足有限性或周期性条件。这种情况下,使用离 散傅里叶变换,将函数xn表示为下面的求和形式:
N-1 打
坯=X Xh卡曲 = 0,..., A' - 1
k=Q
其中入是傅里叶振幅。直接使用这个公式计算的计算复杂度为而快速 傅里叶变换(FFT)可以将复杂度改进为⑺门代小;。计算复杂度的降低以及 数字电路计算能力的发展使得DFT成为在信号处理领域十分实用且重要的方 法。
在阿贝尔群上的统一描述
以上各种傅里叶变换可以被更统一的表述成任意局部紧致的阿贝尔群上的傅里叶变 换。这一问题属于调和分析的范畴。在调和分析中,一个变换从一个群变换到它的 对偶群(dual group)。此外,将傅里叶变换与卷积相联系的卷积定理在调和分析 中也有类似的结论。傅里叶变换的广义理论基础参见庞特里亚金对偶性(Pontryagin duality)中的介绍。
时频分析变换
小波变换,chirplet转换和分数傅里叶变换试图得到时间信号的频率信息。同时解析 频率和时间的能力在数学上受不确定性原理的限制。
傅里叶变换家族
下表列出了傅里叶变换家族的成员。容易发现,函数在时(频)域的离散对应于其 像函数在频(时)域的周期性•反之连续则意味着在对应域的信号的非周期性.
变换
时间
频率
连续傅里叶变换
连续,非周期性
连续,非周期性
傅里叶级数
连续,周期性
离散,非周期性
离散时间傅里叶变换
离散,非周期性
连续,周期性
离散傅里叶变换
离散,周期性
离散,周期性
常用傅里叶变换表
下表列出常用的傅里叶变换对。f「'和〃分别代表函数川!:和加':的傅里叶变换• 和山可以使可积函数或衰减的分布。
函数关系
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
9⑴三
GH =
Gg
応]仝3 d
f-DCi