Преобразование Фурье
Рассмотрение спектрального анализа непериодических сигналов. Исследование изменений спектра последовательности импульсов при двукратном увеличении периода их следования. Вычисление спектра периодического дискретного сигнала, преобразования Фурье.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.09.2015 |
| Размер файла | 34,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Преобразование Фурье
Преобразование Фурье является инструментом спектрального анализа непериодических сигналов. Для наглядной иллюстрации перехода от ряда Фурье к преобразованию Фурье часто используется не вполне строгий математически, но зато понятный подход. Представим себе периодическую последовательность импульсов произвольного вида и сформируем ряд Фурье для нее. Затем, не меняя формы одиночных импульсов, увеличим период их повторения (заполнив промежутки нулевым значением) и снова рассчитаем коэффициенты ряда Фурье. Формула (3) для расчета коэффициентов ряда показывает, что нам придется вычислить тот же самый интеграл, но для более тесно расположенных частот k = k1. Изменение пределов интегрирования не играет роли -- ведь на добавившемся между импульсами пространстве сигнал имеет нулевое значение. Единственное дополнительное изменение будет состоять в уменьшении общего уровня гармоник из-за деления результата интегрирования на увеличившийся период Т.
На рис. 1 описанные изменения иллюстрируются на примере двукратного увеличения периода следования прямоугольных импульсов. Обратите внимание на то, что горизонтальная ось спектральных графиков проградуирована в значениях частот, а не номеров гармоник.
Рис. 1 Изменение спектра последовательности импульсов при двукратном увеличении периода их следования
Итак, с ростом периода следования импульсов гармоники располагаются ближе друг к другу по частоте, а общий уровень спектральных составляющих становится все меньше. При этом вид вычисляемого интеграла (3) не меняется.
Наконец, если устремить период к бесконечности (превратив тем самым периодическую последовательность в одиночный импульс), гармоники спектра будут плотно занимать всю частотную ось, а их амплитуды упадут до нуля (станут бесконечно малыми). Однако взаимное соотношение между уровнями гармоник остается неизменным и определяется все тем же интегралом (3). Поэтому при спектральном анализе непериодических сигналов формула для расчета коэффициентов комплексного ряда Фурье модифицируется следующим образом:
1. частота перестает быть дискретно меняющейся и становится непрерывным параметром преобразования, (то есть k1 в формуле (3) заменяется на );
2. удаляется множитель 1/Т;
3. результатом вычислений вместо нумерованных коэффициентов ряда Сk является функция частоты S() -- спектральная функция сигнала s(t). Иногда ее называют также спектральной плотностью.
В результате перечисленных модификаций формула (3) превращается в формулу прямого преобразования Фурье:
(3а)
В формуле самого ряда Фурье суммирование заменяется интегрированием (перед интегралом появляется деление на 2). Получающееся выражение называется обратным преобразование Фурье:
(3б)
2. Дискретное преобразование Фурье
При дискретизации аналогового сигнала его спектр становиться периодическим с периодом повторения, равным частоте дискретизации. Рассмотрим теперь, что представляет собой спектр дискретного периодического сигнала. Итак, пусть последовательность отсчетов x(k) является периодической с периодом N:
х (k + N) = х (k)
для любого k.
Такая последовательность полностью описывается конечным набором чисел, в качестве которого можно взять произвольный фрагмент длиной N, например x(k) { k = 0, 1,..., N-1}. Традиционным представлением является поставленный в соответствие этой последовательности сигнал из смещенных по времени дельта - функций:
(4)
также, разумеется, будет периодическим с минимальным периодом N Т.
где
Так как сигнал (4) является дискретным, его спектр должен быть периодическим с периодом 2/Т. Так как этот сигнал является также и периодическим, его спектр, должен быть дискретным с расстоянием между гармониками, равным 2/(NT).
Итак, периодический дискретный сигнал имеет периодический дискретный спектр, который также описывается конечным набором из N чисел. преобразование фурье дискретный сигнал
Рассмотрим процедуру вычисления спектра периодического дискретного сигнала. Так как сигнал периодический, будем раскладывать его в ряд Фурье. Коэффициенты Х(n) этого ряда, согласно общей формуле (3), равны
. (5)
Таким образом, формула для вычисления комплексных амплитуд гармоник представляет собой линейную комбинацию отсчетов сигнала.
В выражении (5) реальный масштаб времени фигурирует только в множителе 1/Т перед оператором суммирования. При рассмотрении дискретных последовательностей обычно оперируют номерами отсчетов и спектральных гармоник без привязки к действительному масштабу времени и частоты.
Поэтому множитель 1/Т из (5) удаляют, то есть считают частоту дискретизации равной единице. Удаляют обычно и множитель 1/N. Получившиеся выражение называется дискретным преобразованием Фурье (ДПФ):
(6)
Существует и обратное дискретное преобразование Фурье. Переход от дискретного спектра к временным отсчетам сигнала выражается следующей формулой:
(7)
Это выражение отличается от формулы прямого ДПФ (6) лишь знаком в показателе комплексной экспоненты и наличием множителя 1/N перед оператором суммирования.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Способы преобразования звука. Применение преобразования Фурье в цифровой обработке звука. Свойства дискретного преобразования Фурье. Медианная фильтрация одномерных сигналов. Применение вейвлет-анализа для определения границ речи в зашумленном сигнале.
курсовая работа [496,8 K], добавлен 18.05.2014Определение спектров амплитуд и фаз периодической последовательности прямоугольных импульсов. Расчет амплитуды гармоник спектра, включая постоянную составляющую. Расчет огибающей спектра амплитуд. Исходный сигнал, составляющие и результирующие ряда Фурье.
контрольная работа [296,7 K], добавлен 15.10.2013Нахождение дискретных преобразований Фурье заданного дискретного сигнала. Односторонний и двусторонний спектры сигнала. Расчет отсчетов дискретного сигнала по полученному спектру. Восстановление аналогового сигнала по спектру дискретного сигнала.
курсовая работа [986,2 K], добавлен 03.12.2009Действие параметров периодического сигнала на амплитудно-частотный и фазочастотный спектры периодического сигнала. Спектр периодической последовательности прямоугольных видеоимпульсов. Влияние изменения времени задержки на спектр периодического сигнала.
лабораторная работа [627,1 K], добавлен 11.12.2022Расчет спектральных коэффициентов ряда Фурье. Временная и спектральная диаграмма сигнала. Автокорреляционная функция, формулы для её расчета. Электрическая схема модулятора шумоподобного сигнала. Коэффициенты передачи линейного дискретного фильтра.
контрольная работа [1021,0 K], добавлен 12.11.2012Исходная математическая форма ряда Фурье. Спектр простого гармонического сигнала, периодического аналогового сигнала, бинарного периодического сигнала. Графическое представление объема сигнала. Амплитудная модуляция. Амплитудно-импульсная модуляция.
реферат [389,5 K], добавлен 07.08.2008Временные диаграммы периодических сигналов прямоугольной формы. Зависимость ширины спектра периодической последовательности прямоугольных импульсов от их длительности. Теорема Котельникова, использование для получения ИКМ-сигнала. Электрические фильтры.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 23.08.2013Спектральная плотность непериодического импульса, ее модуль и аргумент. Моделирование цепи для периодического или непериодического воздействия при помощи программы EWB 5.12. Прямое преобразование Фурье. Основные виды импульсов входного сигнала.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.11.2012Изображение на спектральной диаграмме спектра периодического процесса с заданными значениями амплитуды и частоты. Фазовый спектр периодического импульсного процесса. Спектральная плотность одиночного прямоугольного импульса. Анализ спектра суммы сигналов.
контрольная работа [412,7 K], добавлен 11.07.2013Суть явления ядерного магнитного резонанса. Его преимущества и недостатки. Прецессия вектора магнитного момента ядра. Получение спектра ЯМР из сигнала с помощью Фурье-преобразования. Простейшая конструкция датчиков поверхностного ЯМР и их применение.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.05.2016Общая характеристика строения сетчатки. Динамическая Фурье голограмма. Проблемы, связанные с Фурье-оптикой. Процесс построения действительного изображения. Способы создания 3D изображения к кино. Функциональная схема Фурье-фотоаппарата и проектора.
творческая работа [379,8 K], добавлен 04.05.2012Принципы проектирования электрического фильтра и усилителя напряжения. Анализ спектра сложного периодического сигнала. Оценка прохождения входного сигнала через радиотехнические устройства. Разработка схем электрического фильтра и усилителя напряжения.
курсовая работа [323,7 K], добавлен 28.03.2015Изучение понятия математической физики. Действительная и комплексная формы интеграла Фурье. Оригинал, изображение и операция над ними. Основные свойства преобразования Лапласа. Применение интегральных преобразований при интегрировании уравнений матфизики.
курсовая работа [281,3 K], добавлен 05.04.2014Характеристика спектрального метода анализа сигналов, при помощи которого можно оценить спектральный состав сигнала, а также количественно выяснить его энергетические показатели. Корреляционный анализ сигнала для оценки прохождения сигнала через эфир.
курсовая работа [169,7 K], добавлен 17.07.2010Описание процесса распространения электромагнитной волны в волноводе дифференциальным уравнением. Исследование сходимости ряда аналитического решения. Вычисление функций Бесселя. Сравнение теоретической и практической оценок количества членов ряда Фурье.
курсовая работа [870,1 K], добавлен 27.02.2014Исходные соотношения теории теплопроводности и термоупругости тонких изотропных оболочек. Применение двумерного интегрального преобразования Фурье к исходным соотношениям. Сведение задачи теплопроводности к системам сингулярных интегральных уравнений.
дипломная работа [405,8 K], добавлен 11.06.2013Возможности развития двумерной спектроскопии ЯМР. Использование методов Фурье-спектроскопии с использованием Фурье-преобразования в процессе проведения двумерного ЯМР-эксперимента, обработка данных. Корреляция и ее значение в гетероядерном случае.
реферат [1,0 M], добавлен 27.08.2009Принципы преобразований Фурье, основные правила и значение данного процесса. Особенности применения соответствующих рядов в современной электронике. Анализ примеров решения задач. Комплексы напряжения и тока, их применение в показательную форму.
презентация [304,5 K], добавлен 22.03.2015Структурная схема системы электросвязи. Назначение отдельных элементов схемы. Расчет интервала корреляции, спектра плотности мощности и начальной энергетической ширины спектра сообщения. Средняя квадратическая погрешность фильтрации и мощность отклика.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2012Основная идея использования метода анализа размерностей. Понятие о безразмерных величинах. Основные понятия теории подобия. Метод масштабных преобразований. Первая теорема Ньютона. Критерий Нуссельта, Фурье, Эйлера. Подобие нестационарных процессов.
реферат [570,2 K], добавлен 23.12.2014
