10449

Соответствие между дискретным преобразованием Фурье, рядом Фурье и непрерывным преобразованием Фурье

Лекция

Математика и математический анализ

Соответствие между дискретным преобразованием Фурье рядом Фурье и непрерывным преобразованием Фурье. Как правило сигнал представленный в цифровом виде состоит из последовательности из последовательности из N отсчетов xn. Такому сигналу можно поставить в соответс

Русский

2013-03-26

62.5 KB

9 чел.

Соответствие между дискретным преобразованием Фурье, рядом Фурье и непрерывным преобразованием Фурье.

Как правило, сигнал, представленный в цифровом виде, состоит из последовательности из последовательности из N отсчетов – x(n). Такому сигналу можно поставить в соответствие его дискретный Фурье-спектр, который определяется по формуле:

       (1.1)

Обратное дискретное преобразование Фурье определяется по формуле:

.        (1.2)

Как и в этих формулах, далее мы будем через x(k) обозначать отсчеты цифрового сигнала, а через X(n) – значения спектральных коэффициентов цифрового сигнала.

Забегая несколько вперед, отметим, что для вычисления дискретного преобразования Фурье требуется порядка N2 операций, а при использовании алгоритма быстрого преобразования Фурье – порядка N*lg(2*N) операций.

А. Дискретное преобразование Фурье и ряд Фурье.

Рассмотрим аналоговый T-периодический сигнал x(t). Как известно из курса математического анализа, его можно представить в виде ряда Фурье:

,         (1.3)

где спектральные коэффициенты ряда находятся по формуле

.        (1.4)

Рисунок 1.1

Связь между спектром и спектральными коэффициентами определяется следующей формулой:

.        (1.5)

Перейдем в (1.3) к дискретному времени () и подставим полученный результат в (1.1):

.       (1.6)

Предполагая, что ряде Фурье нет членов выше N/2 получаем после замены и упрощения:

,       (1.7)

С учетом ортогональности функций ДПФ:

     (1.8)

получаем

.         (1.9)

Здесь - период повторения спектра.

Для финитного спектра выполняется следующее условие:

.      (1.10)

Графически это можно представить в следующем виде:

Рисунок 1.2.

Если же спектр не является финитным, то картина несколько меняется

Рисунок 1.3.

При этом соотношение (1.10) выполняется лишь приближенно. Это явление называется эффектом наложения спектров. Для борьбы с этим явлением перед выполнением дискретного преобразования Фурье следует подействовать спектральным окном.

Б. Соответствие между преобразованием Фурье и дискретным преобразованием Фурье.

Рассмотрим апериодический сигнал x(t) длительностью Т. Его фурье-спектром будет X(f), определяемый по формуле:

.        (1.11)

Рассмотрим бесконечно протяженный сигнал с финитной спектральной функцией. Его можно дискретизовать с периодом , где fв – максимальная пространственная частота, присутствующая в сигнале. Преобразованием Фурье от такого сигнала будет

.       (1.12)

Это преобразование называется дискретным по времени преобразованием Фурье (сокращенно ДВПФ). Так как число отсчетов для дискретного преобразования Фурье должно быть ограничено, то

.       (1.13)

Для перехода к дискретному преобразованию Фурье  необходимо выполнить следующие действия:

  1.  Отбросить крайний правый отсчет.
  2.  Сдвинуть последовательность отсчетов на N/2 вправо.

Наличие этого сдвига приводит к появлению фазового множителя:

       (1.14)

.      (1.15)

В этой  формуле Xn – коэффициент дискретного преобразования Фурье,

X(nΔf) – коэффициент дискретного по времени преобразования Фурье.


Сm

X(f)

Спектральные коэффициенты

Спектр Т-периодического сигнала

m

Xn

Сm

Xn


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46712. Загальновживані слова. Свідоме й критичне використання жаргонізмів і діалектизмів у різних комунікативних сферах 27 KB
  Загальновживані слова. За сферою вживання слова в українській мові поділяють на загальновживані й незагальновживані. Загальновживані слова це слова уживання яких не обмежене ні діалектними ні професійними межами; вони вживаються всіма носіями мови. Незагальновживані слова це слова уживання яких обмежене сферою спілкування та поширенням.
46713. Розробка проекту модернізації локальної комп’ютерної мережі для Васловіського Навчально-Виховного Комплексу 1.31 MB
  Метою даної дипломної роботи є розробка проекту модернізації локальної комп’ютерної мережі для Васловіського Навчально-Виховного Комплексу, що дозволить покращити роботу таких ланок як «приймальня директора...
46717. Проведение мероприятий по повышению финансовой эффективности предприятия и их последующая оценка 766 KB
  В учебниках и научных статьях категория прибыль неразрывно связывается с категорией дохода, капитала, процента, воздержания, ожидания и многими другими. В практическом же плане прибыль не представляет никакого секрета
46718. Понятие экологического права как самостоятельной отрасли российского права 27.08 KB
  Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях содержит главу 8 административные правонарушения в области охраны окружающей природной среды и природопользования. Экологическое право это отрасль права представляющая собой совокупность норм регулирующих общественные отношения в области рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Предмет и метод ЭП Предмет ЭП составляют общественные отношения возникающие при осуществлении хозяйственной и иной деятельности связанной с воздействием на...
46719. Международная миграция. Виды и роль международной трудовой миграции. Миграционная политика 28.71 KB
  Миграционная политика Миграция населения это добровольное перемещение переселение жителей в пределах страны из одного региона в другой регион внутренняя миграция или же переселение из одного государства в другую страну международная миграция. Международная миграция рабочей силы представляет собой процесс перемещения трудовых ресурсов из одной страны в другую с целью трудоустройства на более выгодных условиях чем в стране происхождения. Под эмиграцией понимается выезд из страны на постоянное место жительства под иммиграцией ...