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

36728. Определить входное сопротивление схемы операционного усилителя, собрать схему и получить осциллограмму на входе и выходе 46.12 KB
  По формуле считаем входное сопротивление R=U I = 1 1 = 1 кОм Осциллограмма Вывод: Схема установки собрана и работает. Измерено сопротивление на входе и выходе.
36729. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ И ОСНОВЫ РАБОТЫ В НЕЙ 1.14 MB
  СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ И ОСНОВЫ РАБОТЫ В НЕЙ Цель работы: изучить рабочее пространство приложения MS ccess научиться формировать структуру таблиц создавать формы и отчеты познакомиться с возможностями фильтрации данных ОК ПК СК. Создайте новую базу данных СЕССИЯ. Технология работы Откройте программу Microsoft ccess 2010: Пуск Программы Microsoft ccess Microsoft ccess 2010 В меню Файл выберите команду Создать Новая база данных рис.
36730. Работа с формулами в Excel 144.5 KB
  Создайте таблицу содержащую следующие поля: № п п Фамилия Информатика История Психология Математика Иностранный язык Средний балл за сессию Средний балл группы за сессию 2. Заполните таблицу данными. Рассчитайте средний балл за сессию для всей группы В результате проделанной работы вы должны получить примерно такую таблицу как на рис. Для назначения стипендии с помощью Расширенного фильтра выберите в отдельную таблицу студентов сдавших сессию на 4 и 5.
36731. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ. Методичка 115 KB
  Заполните вновь созданные таблицы СЕССИЯ и СТИПЕНДИЯ данными как это показано на рис. Для этого: в окне базы данных СЕССИЯ выберите объект Таблицы; щелкните по таблице Студент нажмите кнопку Конструктор. Определите ключевое поле для таблицы СТУДЕНТ. Структура таблицы СЕССИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Номер Текстовое 5 Оценка 1 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 2 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 3 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 4 Числовое...
36732. Получить сигнал пилообразной формы и исследовать влияние фазы гармоник 85.01 KB
  Для решения воспользуемся формулой: где: Un напряжение k текущий номер гармоник n число гармоник w круговая частота t время Ход работы: Собираем установку.
36733. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ 1.07 MB
  Структура таблицы СЕССИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Номер Текстовое 5 Оценка 1 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 2 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 3 Числовое Фиксированный Длинное целое Оценка 4 Числовое Фиксированный Длинное целое Результат Текстовое 3 Таблица 2. Структура таблицы СТИПЕНДИЯ Признак ключа Имя поля Тип поля Формат поля Размер поля Ключевое Результат Текстовое 3 Процент Числовое Процентный Одинарное с плавающей точкой Заполните вновь созданные таблицы...
36734. Задания для лабораторных работ по дисциплине Информатика 892.5 KB
  Найти сумму элементов среди элементов расположенных на главной диагонали матрицы А.Найти максимальный элемент в 3ей строке матрицы 3.Поменять местами найденный максимальный элемент и значение S.Найти новый одномерный массив В из минимальных элементов каждой строки матрицы А.
36735. Методы тестирования аппаратных средств ПК 60.79 KB
  Включить компьютер и запустив программу SIW и используя ветвь Hrdwre произвести определение основных параметров следующих элементов ПК: Рабочую частоту ЦП размер кэшпамяти всех уровней Версию BIOS и его размер Параметры МВ тип чипсета тип сокета ЦП количество слотов шин расширения и памяти Объем тип используемой памяти ее производитель рабочая частота памяти максимальная емкость устанавливаемой памяти. Дату создания BIOS Тип BIOS Идентификационный номер BIOS Тип CPU и его рабочие частоты Размер BIOS ROM Установленный и максимально...
36736. Методика поиска неисправностей элементов БП ПК 120.33 KB
  Правильность работы схемы выработки сигнала PG. Порядок выполнения работы: Методика проверки работы сетевого выпрямителя и фильтра. Ознакомится с признаками исправной работы сетевого выпрямителя и фильтра для этого загрузить модель выпрямителя lb_3_1.