19093

Ортогональные преобразования сигналов в базисе функций Уолша

Практическая работа

Физика

Лекция № 6. Ортогональные преобразования сигналов в базисе функций Уолша. При обработке дискретных сигналов большое значение представляет ортонормированная система базисных функций Уолша. Непрерывные функции Уолша относятся к классу кусочнопостоянных знакопере

Русский

2013-07-11

222.5 KB

29 чел.

Лекция № 6.

Ортогональные преобразования сигналов в базисе функций Уолша.

При обработке дискретных сигналов большое значение представляет ортонормированная система базисных функций Уолша. Непрерывные функции Уолша относятся к классу кусочно-постоянных  знакопеременных функций, задаваемых на отрезке  либо  и принимающих значения .  Для представления реальных, ограниченных во времени сигналов с началом отсчета в нулевой точке, удобно пользоваться функциями Уолша с интервалом определения .

Интервал определения функций Уолша можно представить как совокупность  равных подынтервалов, на каждом из которых функции Уолша принимают значения +1 или -1, а на концах подынтервалов  имеют разрывы первого рода, причем в этих точках функции Уолша непрерывны справа.

Совместно записанные и пронумерованные функции Уолша образуют базисную систему, в которой можно разложить произвольный сигнал в ряд Уолша. Поскольку нумерация (упорядочение) функций Уолша может быть выполнена различными способами, то возможны три варианта упорядочения: по Пэли, Хармуту  и Адамару. Каждая из систем может быть построена и аналитически описана с помощью кусочно-постоянных функций Радемахера . Эти функции на интервале  заданы следующим образом:

                                              (6.1)

Выражение является функцией знака                     (6.2)

Функции Радемахера, имеющие  вид совокупности меандров, представлены на рис. 6.1 (приведены первые три функции):

Функции Радемахера ортонормированны на интервале , но не образуют полной системы функций, т.к. являются нечетными функциями относительно середины интервала. В частности, можно подобрать функцию , которая будет ортогональна всем функциям Радемахера. Поэтому, дополнив систему Радемахера функциями, образованными посредством всевозможных произведений функций Радемахера, построим полную систему функций Уолша с различными способами упорядочения.

Диадно-упорядоченная система  функций Уолша (упорядочение по Пэли). Функции Пэли  с номером   ()  формируются из произведений таких функций Радемахера, номера которых определяются по номерам позиций двоичного представления числа , содержащих 1. Если номер функции  имеет следующее двоичное разрядное представление

                                                                              (6.3)

то функции системы Пэли в общем виде представляются в виде:

                                                                           (6.4)

В случае, если  есть степень числа 2 и, следовательно, его двоичное представление содержит одну 1, функция Пэли совпадает с одной из функций Радемахера.

Пример.  Построить систем у функций Пэли для случая

Таким образом, первые три функции, упорядоченные по Пэли, совпадают с тремя первыми функциями Радемахера.  На рис.6.2 изображены функции с номерами 3, 4, 5, упорядоченные по Пэли:


                Упорядочение по Адамару может быть получено из системы Пэли двоичной инверсией номеров функций Пэли, т.е. путем записи разрядов двоичного представления номера функции в обратном порядке. Например, третья функция в системе Адамара () совпадает с шестой функцией в системе Пэли ().  

Систему упорядочения по Хармуту называют системой, функции которой упорядочены по частоте следования или по числу переходов через нулевой уровень (числу смены знаков) на интервале . Запишем функции системы Хармута в форме:

                                                                (6.5)

Анализ (6.5) показывает, что система Хармута представляет собой систему, в которой чередуются четные и нечетные функции относительно середины временного интервала. То есть:      и т.д. Свойство четной и нечетной симметрии уподобляет систему Хармута тригонометрической системе функций . Поэтому спектр сигнала в базисе функций Хармута удобнее сопоставлять со спектром в базисе Фурье из-за аналогии в упорядочении функций.

Поскольку все рассмотренные системы используют одни и те же функции Уолша, но в различной последовательности, они равноправны для представления сигналов.

Перечислим основные свойства непрерывных функций Уолша .

  1.  Ортогональность функций на интервале :

                                                             (6.6)

  1.  Модуль функций Уолша равен 1, т.к. функции принимают только значения :

.                                                                                        (6.7)

  1.  Среднее значение функций Уолша для всех  равно нулю в силу ортогональности с функцией :

                                                                       (6.8)

  1.  Функции Уолша являются ортонормированными в силу (6.6):

         при любом .                                               (6.9)

  1.  Мультипликативность: произведение двух функций Уолша всегда дает новую функцию Уолша из этой же системы:

                                                           (6.10)

где   означает поразрядное суммирование двоичных представлений чисел  и

Разложение непрерывных сигналов по функциям Уолша.

Функции Уолша используют для разложения сигналов с интегрируемым квадратом на интервале определения :

                                                                                        (6.11)

Ряд Уолша записывается в виде:

                                                                             (6.12)

Коэффициенты разложения (спектр Уолша) определяются по формуле:

                                                                             (6.13)

В силу полноты и ортонормированности системы функций Уолша и свойства (6.11)  справедливо равенство Парсеваля:     

                                                                                  (6.14)

              Реальные сигналы в большинстве случаев имеют интервал определения    Для разложения таких сигналов по функциям Уолша необходимо выполнить операцию приведения интервалов определения базисных функций и сигналов. Обычно вводят безразмерный аргумент .  Кроме того, на практике ряд Уолша ограничивают первыми  членами, исходя из точности представления сигналов:

                                                                              (6.15)

PAGE  3


EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

1

1

1

0

0

0

-1

-1

-1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

_1

_1

_1

1

1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73850. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА 332 KB
  От примитивных приматов в середине палеогена возникли антропоиды – человекообразные обезьяны. Их древнейшие остатки относятся к нижнему олигоцену, а появление относят к позднему эоцену – 40 млн.
73851. ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ СРЕДНИХ ВЕКОВ. РАННИЙ ФЕОДАЛИЗМ. ГЕНЕЗИС ФЕОДАЛИЗМА В ЕВРОПЕ 116.5 KB
  Поэтому Европу принято делить на несколько регионов: ЮЗ Италия Испания Южная Галлия Византия Франкское государство Германия Центральная Европа Польша Чехия Венгрия Славяно-Балканский регион СЗ Скандинавия Британские острова. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАССЕЛЕНИЕ СЛАВЯН. Происхождение славян. Первые известия о славянах.
73852. Правление Александра Невского 107 KB
  Даниил Александрович Юрий Даниилович Иван Калита. сообщает что Юрий заложил город Москву на новом месте. Так и на месте вятичского городка Юрий заложил новый город. Когда Константин временно примирился с братьями Юрий осадил Москву.
73853. Симеон Гордый, Иван Красный, Дмитрий Донской. Борьба за сохранение старшинства 63 KB
  Дмитрий Иванович. После Ивана Красного остались его два малолетних сына Дмитрий род. Ранняя смерть великого князя и отсутствие взрослого преемника князем Москвы стал Дмитрий Иванович ему еще не было девяти лет вновь поставил вопрос о старшинстве Москвы.
73854. Ранняя Русская держава. Олег, Игорь. Походы на Византию 88 KB
  В правление Ольги многое будет упорядочено Святослав пойдет по стопам своих предшественников но его политика завершится крахом. После гибели Игоря в Киеве остался его малолетний сын Святослав и вдова Ольга. а Святослав родился не ранее 935 940 г. но в этом случае Святослав стал бы полноправным правителем ему было бы 16 лет в то время как ПВЛ говорит о его детском возрасте.
73855. Начало правления Владимира Святославича. Языческая реформа. Выбор вер 161.5 KB
  Перун – бог громовержец, его Владимир сделал главным богом, перед ним постоянно горел огонь. Хорс и Дажьбог – ипостаси солнечного божества, Стрибог – родоначальник ветров, ветры – стрибожьи внуки, Симаргл/Семаргл – спорно – либо божество
73856. Начало княжеских усобиц при Святополке Изяславиче. Нашествия половцев 177.5 KB
  Вопрос с Киевским престолом. Теперь правами на Киев согласно праву старшинства обладали сыновья Изяслава из которых в живых остался только Святополк затем сыновья Святослава и только затем сыновья Всеволода. Киев мог бы занять и Владимир Мономах однако этого он не сделал опасаясь вражды со Святополком. Святополк пришел в Киев и был принят киевлянами с радостью.
73857. Новгородская земля 149.5 KB
  Участие Новгорода во Владимирских усобицах. После разгрома Ростиславичей в борьбе за Владимир Новгородцам для противостояния с Всеволодом Большое гнездо пришлось идти на союз со Смоленском. И новгородцы призвали сына киевского князя Святослава Всеволодовича Черниговского Владимира.
73858. Роль налога как основной категории налогового права 110.5 KB
  Роль налога как основной категории налогового права. Понятие налога и виды налогов. Категория налога исследуется учеными с различных позиций. Финансовый аспект связан с выражением экономической сущности налога и проявляется в экономической природе отношений возникающих между государством и налогоплательщиком.