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Дискретизация сигналов. Учебное пособие

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Ⱥ. Ʌ. Ɍɢɦɨɮɟɟɜ, Ⱥ. ɏ. ɋɭɥɬɚɧɨɜ

ȾɂɋɄɊȿɌɂɁȺɐɂə ɋɂȽɇȺɅɈȼ

ɍɱɟɛɧɨɟ ɩɨɫɨɛɢɟ

Ɇɨɫɤɜɚ ȼɨɥɨɝɞɚ

«ɂɧɮɪɚ-ɂɧɠɟɧɟɪɢɹ»

2024

ɍȾɄ 621.391 ȻȻɄ 32.88

Ɍ41

Ɋɟɰɟɧɡɟɧɬ:

ɤ. ɬ. ɧ., ɞɨɰɟɧɬ ɍɮɢɦɫɤɨɝɨ ɭɧɢɜɟɪɫɢɬɟɬɚ ɧɚɭɤɢ ɢ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɣ (ɍɍɇɢɌ)

Ɇɟɲɤɨɜ ɂ. Ʉ.

Ɍɢɦɨɮɟɟɜ, Ⱥ. Ʌ.

Ɍ41 Ⱦɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɫɢɝɧɚɥɨɜ : ɭɱɟɛɧɨɟ ɩɨɫɨɛɢɟ / Ⱥ. Ʌ. Ɍɢɦɨɮɟɟɜ, Ⱥ. ɏ. ɋɭɥɬɚɧɨɜ. – Ɇɨɫɤɜɚ ; ȼɨɥɨɝɞɚ : ɂɧɮɪɚ-ɂɧɠɟɧɟɪɢɹ, 2024. – 64 ɫ. : ɢɥ.

ISBN 978-5-9729-1797-6

ɉɪɢɜɟɞɟɧɵ ɞɨɤɚɡɚɬɟɥɶɫɬɜɚ ɢ ɜɚɪɢɚɧɬɵ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɹ ɚɧɚɥɨɝɨɜ ɬɟɨɪɟɦɵ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɞɥɹ ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɨɣ ɢ ɤɨɫɢɧɭɫɨɢɞɚɥɶɧɨɣ ɜɟɫɨɜɵɯ ɮɭɧɤɰɢɣ. ɂɡɥɨɠɟɧɵ ɫɩɟɰɢɚɥɶɧɵɟ ɫɩɨɫɨɛɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ, ɩɨɡɜɨɥɹɸɳɢɟ ɭɦɟɧɶɲɢɬɶ ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɭɸ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɶ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɲɢɪɨɤɨɩɨɥɨɫɧɵɯ ɫɢɝɧɚɥɨɜ.

Ⱦɥɹ ɩɨɞɝɨɬɨɜɤɢ ɛɚɤɚɥɚɜɪɨɜ ɢ ɦɚɝɢɫɬɪɨɜ ɩɨ ɝɪɭɩɩɟ ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɢɣ ɢ ɫɩɟɰɢɚɥɶɧɨɫɬɟɣ «ɗɥɟɤɬɪɨɧɢɤɚ, ɪɚɞɢɨɬɟɯɧɢɤɚ ɢ ɫɢɫɬɟɦɵ ɫɜɹɡɢ».

ɍȾɄ 621.391 ȻȻɄ 32.88

ISBN 978-5-9729-1797-6

Ɍɢɦɨɮɟɟɜ Ⱥ. Ʌ., ɋɭɥɬɚɧɨɜ Ⱥ. ɏ., 2024

 

ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ «ɂɧɮɪɚ-ɂɧɠɟɧɟɪɢɹ», 2024

 

Ɉɮɨɪɦɥɟɧɢɟ. ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ «ɂɧɮɪɚ-ɂɧɠɟɧɟɪɢɹ», 2024

ɋɈȾȿɊɀȺɇɂȿ

 

ȼɜɟɞɟɧɢɟ......................................................................................................................

4

Ƚɥɚɜɚ 1. Ɍɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɨɫɧɨɜɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.................................................

5

1.1. Ⱦɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɩɨ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɭ........................................................................

5

1.1.1. Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɜɨ ɜɪɟɦɟɧɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ...............................................

5

1.1.2. Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɜ ɱɚɫɬɨɬɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ..................................................

8

1.2. ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɸɳɢɟ ɦɟɬɨɞɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.........................................................

10

1.2.1. Ⱥɧɚɥɨɝ ɬɟɨɪɟɦɵ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɞɥɹ ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɨɣ ɜɟɫɨɜɨɣ

 

ɮɭɧɤɰɢɢ......................................................................................................................

12

1.2.2. Ⱥɧɚɥɨɝ ɬɟɨɪɟɦɵ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɞɥɹ ɤɨɫɢɧɭɫɨɢɞɚɥɶɧɨɣ ɜɟɫɨɜɨɣ

 

ɮɭɧɤɰɢɢ......................................................................................................................

17

1.2.3. Ⱥɧɚɥɢɡ ɦɟɬɨɞɚ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɫ ɤɨɫɢɧɭɫɨɢɞɚɥɶɧɵɦɢ ɜɟɫɨɜɵɦɢ

 

ɮɭɧɤɰɢɹɦɢ..................................................................................................................

23

Ƚɥɚɜɚ 2. Ⱥɧɚɥɢɡ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɟɣ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.................................................

26

2.1. Ɇɟɬɨɞɢɱɟɫɤɚɹ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɶ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ....................................................

26

2.2. ɋɪɚɜɧɢɬɟɥɶɧɵɣ ɚɧɚɥɢɡ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɟɣ ɜɨɫɫɬɚɧɨɜɥɟɧɢɹ ɫɢɝɧɚɥɨɜ

 

ɩɨ ɢɧɬɟɝɪɚɥɶɧɵɦ ɨɬɫɱɟɬɚɦ.......................................................................................

27

2.3. ɂɧɫɬɪɭɦɟɧɬɚɥɶɧɚɹ ɫɨɫɬɚɜɥɹɸɳɚɹ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ

 

(ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɚɹ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɶ) ...................................................................................

36

2.3.1. ɋɨɫɬɚɜɥɹɸɳɢɟ ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɨɣ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ................................................

37

2.3.2. Ɋɚɫɱɟɬ ɨɩɬɢɦɚɥɶɧɨɝɨ ɦɨɦɟɧɬɚ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.............................................

41

(ɜɪɟɦɟɧɢ ɞɚɬɢɪɨɜɤɢ ɨɬɫɱɟɬɚ)....................................................................................

41

2.3.3. Ⱥɧɚɥɢɡ ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɨɣ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ ɩɪɢ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɢ

 

ɩɪɹɦɨɭɝɨɥɶɧɨɣ ɜɟɫɨɜɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ............................................................................

46

2.3.4. ɋɪɚɜɧɢɬɟɥɶɧɵɣ ɚɧɚɥɢɡ ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɨɣ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ ɢɧɬɟɝɪɢɪɭɸɳɢɯ

 

ɭɫɬɪɨɣɫɬɜ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ..........................................................................................

48

Ƚɥɚɜɚ 3. Ⱦɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɜ ɩɪɢɫɭɬɫɬɜɢɢ ɲɭɦɚ...................................................

52

3.1. Ɉɫɨɛɟɧɧɨɫɬɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɢɡɨɛɪɚɠɟɧɢɣ......................................................

53

3.2. ȼɵɛɨɪ ɱɚɫɬɨɬɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ .........................................................................

53

ɋɩɢɫɨɤ ɥɢɬɟɪɚɬɭɪɵ.................................................................................................

61

3

ȼȼȿȾȿɇɂȿ

Ɋɚɡɜɢɬɢɟ ɷɥɟɤɬɪɨɧɢɤɢ, ɢɧɮɨɪɦɚɬɢɤɢ, ɢɧɮɨɤɨɦɦɭɧɢɤɚɰɢɣ ɩɪɢɜɟɥɨ ɤ ɬɨɦɭ, ɱɬɨ ɲɢɪɨɱɚɣɲɟɟ ɪɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɢɟ ɩɨɥɭɱɢɥɚ ɰɢɮɪɨɜɚɹ ɨɛɪɚɛɨɬɤɚ ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɢ – ɨɧɚ ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɬɫɹ ɜɟɡɞɟ, ɨɬ ɰɢɮɪɨɜɨɝɨ ɬɟɪɦɨɦɟɬɪɚ ɞɨ ɫɢɫɬɟɦɵ ɪɚɫɩɨɡɧɚɜɚɧɢɹ ɥɢɰ ɩɪɢ ɜɢɞɟɨɫɴɟɦɤɟ. ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɜɨ ɦɧɨɝɢɯ ɫɥɭɱɚɹɯ ɢɫɯɨɞɧɚɹ ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɹ ɩɨɫɬɭɩɚɟɬ ɜ ɚɧɚɥɨɝɨɜɨɦ ɜɢɞɟ, ɬɨ ɟɫɬɶ ɜ ɜɢɞɟ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɵɯ ɫɢɝɧɚɥɨɜ, ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɯ ɤɚɤɢɦ-ɥɢɛɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚɦ ɨɤɪɭɠɚɸɳɟɝɨ ɦɢɪɚ. ɂ ɩɟɪɜɨɟ, ɱɬɨ ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨ ɫɞɟɥɚɬɶ – ɷɬɨ ɩɟɪɟɜɟɫɬɢ ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɸ ɜ ɰɢɮɪɨɜɭɸ ɮɨɪɦɭ. ɉɪɨɰɟɫɫ «ɨɰɢɮɪɨɜɤɢ» ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɢ, ɢɥɢ ɚɧɚɥɨɝɨ-ɰɢɮɪɨɜɨɝɨ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɫɢɝɧɚɥɨɜ, ɫɨɫɬɨɢɬ ɢɯ ɞɜɭɯ ɷɬɚɩɨɜ: ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɢ ɤɜɚɧɬɨɜɚɧɢɹ.

ɉɪɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɜɯɨɞɧɨɣ ɫɢɝɧɚɥ ɡɚɦɟɧɹɟɬɫɹ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨɫɬɶɸ ɫɜɨɢɯ ɦɝɧɨɜɟɧɧɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ, ɜɡɹɬɵɯ ɜ ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɵɟ ɦɨɦɟɧɬɵ ɜɪɟɦɟɧɢ. ɉɪɢ ɤɜɚɧɬɨɜɚɧɢɢ ɤɚɠɞɨɦɭ ɡɧɚɱɟɧɢɸ ɫɢɝɧɚɥɚ ɫɬɚɜɢɬɫɹ ɜ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɟ ɧɟɤɨɬɨɪɨɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɟɞɢɧɢɰ ɲɤɚɥɵ ɤɜɚɧɬɨɜɚɧɢɹ (ɤɜɚɧɬɨɜ), ɤɨɬɨɪɨɟ ɢ ɫɬɚɧɟɬ ɰɢɮɪɨɜɵɦ ɡɧɚɱɟɧɢɟɦ ɫɢɝɧɚɥɚ.

ȼɥɢɬɟɪɚɬɭɪɟ ɨɱɟɧɶ ɯɨɪɨɲɨ ɢ ɩɨɞɪɨɛɧɨ ɨɩɢɫɚɧɨ ɦɧɨɠɟɫɬɜɨ ɦɟɬɨɞɨɜ ɚɧɚɥɨɝɨ-ɰɢɮɪɨɜɨɝɨ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ, ɢɫɫɥɟɞɨɜɚɧɵ ɢɯ ɜɨɡɦɨɠɧɨɫɬɢ ɢ ɨɫɨɛɟɧɧɨɫɬɢ. ɇɨ ɜ ɪɹɞɟ ɫɥɭɱɚɟɜ, ɨɛɵɱɧɨ, ɤɨɝɞɚ ɛɵɫɬɪɨɞɟɣɫɬɜɢɹ ɢɦɟɸɳɟɣɫɹ ɷɥɟɦɟɧɬɧɨɣ ɛɚɡɵ ɢ ɚɩɩɚɪɚɬɭɪɵ ɧɟ ɯɜɚɬɚɟɬ ɞɥɹ ɩɨɥɭɱɟɧɢɹ ɬɪɟɛɭɟɦɨɣ ɬɨɱɧɨɫɬɢ, ɜɨɡɧɢɤɚɟɬ ɩɨɬɪɟɛɧɨɫɬɶ ɜ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɢ ɦɟɧɟɟ ɪɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɧɵɯ ɦɟɬɨɞɨɜ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɢ, ɜ ɩɟɪɜɭɸ ɨɱɟɪɟɞɶ, ɷɬɨ ɤɚɫɚɟɬɫɹ ɫɩɨɫɨɛɨɜ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.

ȼɞɚɧɧɨɦ ɩɨɫɨɛɢɢ ɪɚɫɫɦɨɬɪɟɧɵ ɫɩɟɰɢɚɥɶɧɵɟ ɦɟɬɨɞɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ, ɩɨɡɜɨɥɹɸɳɢɟ ɩɨɜɵɫɢɬɶ ɬɨɱɧɨɫɬɶ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɛɵɫɬɪɨɢɡɦɟɧɹɸɳɢɯɫɹ ɫɢɝɧɚɥɨɜ.

4

ȽɅȺȼȺ 1. ɌȿɈɊȿɌɂɑȿɋɄɂȿ ɈɋɇɈȼɕ ȾɂɋɄɊȿɌɂɁȺɐɂɂ

1.1.Ⱦɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɩɨ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɭ

1.1.1.Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɜɨ ɜɪɟɦɟɧɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ

ɉɪɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɫɢɝɧɚɥɨɜ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɚɹ ɩɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɮɭɧɤɰɢɹ x(t) ɩɪɟ-

ɨɛɪɚɡɭɟɬɫɹ ɜ ɮɭɧɤɰɢɸ xɞ(t) ɞɢɫɤɪɟɬɧɨɝɨ ɚɪɝɭɦɟɧɬɚ. Ɍɚɤɨɟ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɟ ɦɨ-

ɠɟɬ ɛɵɬɶ ɜɵɩɨɥɧɟɧɨ ɩɭɬɟɦ ɜɡɹɬɢɹ ɨɬɫɱɟɬɨɜ ɮɭɧɤɰɢɢ x(t) ɜ ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɵɟ ɞɢɫ-

ɤɪɟɬɧɵɟ ɦɨɦɟɧɬɵ ɜɪɟɦɟɧɢ t0 ,t1,t2 ,...tn . ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɮɭɧɤɰɢɹ x(t) ɡɚɦɟɧɹɟɬɫɹ ɫɨɜɨɤɭɩɧɨɫɬɶɸ ɦɝɧɨɜɟɧɧɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ x(ti ), i 0,1, 2,...n .

ȼɪɟɦɟɧɧɨɣ ɢɧɬɟɪɜɚɥ T ti ti 1 ɦɟɠɞɭ ɞɜɭɦɹ ɫɨɫɟɞɧɢɦɢ ɮɢɤɫɢɪɨɜɚɧ-

ɧɵɦɢ ɦɨɦɟɧɬɚɦɢ ɜɪɟɦɟɧɢ, ɜ ɤɨɬɨɪɵɯ ɡɚɞɚɟɬɫɹ ɞɢɫɤɪɟɬɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ, ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɢɧɬɟɪɜɚɥɨɦ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ. ȼɟɥɢɱɢɧɚ, ɨɛɪɚɬɧɚɹ ɢɧɬɟɪɜɚɥɭ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ

fɞ

1

,

(1.1)

T

 

 

 

ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɱɚɫɬɨɬɨɣ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ.

ɑɚɫɬɨɬɚ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɞɨɥɠɧɚ ɜɵɛɢɪɚɬɶɫɹ ɬɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ, ɱɬɨɛɵ ɩɨ ɨɬɫɱɟɬɚɦ x(ti ) ɦɨɠɧɨ ɛɵɥɨ ɫ ɡɚɞɚɧɧɨɣ ɬɨɱɧɨɫɬɶɸ ɩɨɥɭɱɢɬɶ ɢɫɯɨɞɧɭɸ ɮɭɧɤɰɢɸ.

ɂɡɜɟɫɬɧɨ ɧɟɫɤɨɥɶɤɨ ɤɪɢɬɟɪɢɟɜ ɜɵɛɨɪɚ ɱɚɫɬɨɬɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ. ɇɚɢɛɨɥɟɟ ɪɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɧɵɦ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɱɚɫɬɨɬɧɵɣ, ɩɨɥɭɱɢɜɲɢɣ ɧɚɡɜɚɧɢɟ ɬɟɨɪɟɦɵ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ [1] (ɢɫɩɨɥɶɡɭɸɬɫɹ ɬɚɤɠɟ ɧɚɡɜɚɧɢɹ ɬɟɨɪɟɦɚ ɨɬɫɱɟɬɨɜ, ɬɟɨɪɟɦɚ ɇɚɣɤɜɢɫɬɚ).

Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɮɨɪɦɭɥɢɪɭɟɬɫɹ ɫɥɟɞɭɸɳɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ: ɟɫɥɢ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ x(t) ɢɦɟɟɬ ɫɩɟɤɬɪ, ɨɝɪɚɧɢɱɟɧɧɵɣ ɱɚɫɬɨɬɨɣ fc , ɬɨ ɨɧɚ ɩɨɥɧɨ-

ɫɬɶɸ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨɫɬɶɸ ɫɜɨɢɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɜ ɬɨɱɤɚɯ, ɨɬɫɬɨɹɳɢɯ

ɧɚ ɪɚɫɫɬɨɹɧɢɢ T

1

ɞɪɭɝ ɨɬ ɞɪɭɝɚ.

 

 

2 fc

Ⱦɥɹ ɞɨɤɚɡɚɬɟɥɶɫɬɜɚ ɬɟɨɪɟɦɵ ɪɚɫɫɦɨɬɪɢɦ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ ɩɪɹɦɨɝɨ ɢ ɨɛɪɚɬɧɨɝɨ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ Ɏɭɪɶɟ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ x(t)

5

S(

x(t)

 

 

f

 

jZ)

³x(t) e jZ t dt ;

(1.2)

 

 

f

 

1

f

 

³S( jZ) e jZ t dZ .

(1.3)

 

2S

 

f

 

 

 

 

ȼ ɪɚɫɫɦɚɬɪɢɜɚɟɦɨɦ ɱɚɫɬɧɨɦ ɫɥɭɱɚɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɫ ɨɝɪɚɧɢɱɟɧɧɵɦ ɫɩɟɤɬɪɨɦ ɦɨɠɧɨ ɡɚɩɢɫɚɬɶ

 

 

 

 

 

1

 

Zc

 

 

 

 

 

 

 

x(t)

 

 

 

 

 

³ S( jZ) e jZ t dZ .

(1.4)

 

2S

 

 

 

 

 

 

Z

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ⱦɨɩɨɥɧɢɦ ɮɭɧɤɰɢɸ S( jZ)

 

ɞɨ ɩɟɪɢɨɞɢɱɟɫɤɨɣ ɫ ɩɟɪɢɨɞɨɦ, ɪɚɜɧɵɦ 2Zc ,

ɢ ɪɚɡɥɨɠɢɦ ɟɟ ɜ ɪɹɞ Ɏɭɪɶɟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

jSk

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S( jZ)

 

 

¦Ck e

 

Zc ,

(1.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

ɝɞɟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Zc

 

 

 

 

 

 

jSk

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ck

 

 

 

 

 

 

³

S( jZ) e

 

Zc dZ .

(1.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Zc Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɋɪɚɜɧɢɜɚɹ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ (1.4) ɢ (1.6), ɡɚɦɟɱɚɟɦ, ɱɬɨ ɨɧɢ ɫɨɜɩɚɞɚɸɬ ɫ ɬɨɱɧɨ-

 

 

 

't

 

 

 

S

, ɟɫɥɢ ɩɪɢɧɹɬɶ t

k 't . ɋɥɟɞɨɜɚ-

ɫɬɶɸ ɞɨ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɝɨ ɦɧɨɠɢɬɟɥɹ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zc

 

 

 

 

 

 

 

ɬɟɥɶɧɨ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ck

 

 

 

 

S

x( k 't) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zc

 

 

 

 

 

 

 

6

ɉɨɞɫɬɚɜɢɜ ɧɚɣɞɟɧɧɨɟ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɞɥɹ Ck ɜ (1.5), ɩɨɥɭɱɚɟɦ

 

f

S

 

jSk

Z

 

 

 

 

 

 

S( jZ)

¦

x( k't) e

Zc .

(1.7)

 

k

fZ

 

 

 

 

ɉɨɫɥɟ ɩɨɞɫɬɚɧɨɜɤɢ (1.7) ɜ (1.4), ɡɚɦɟɧɵ ɡɧɚɤɚ ɩɪɢ k (ɬɚɤ ɤɚɤ ɫɭɦɦɢɪɨɜɚɧɢɟ ɩɪɨɢɡɜɨɞɢɬɫɹ ɩɨ ɜɫɟɦ ɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɵɦ ɢ ɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɵɦ ɡɧɚɱɟɧɢɹɦ k) ɢ ɩɟɪɟɫɬɚɧɨɜɤɢ ɨɩɟɪɚɰɢɣ ɫɭɦɦɢɪɨɜɚɧɢɹ ɢ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɹ ɩɨɥɭɱɢɦ

ȼɵɱɢɫɥɢɦ ɢɧɬɟɝɪɚɥ

ɬɚɤ ɤɚɤ

 

1

 

f

Zc

 

x(t)

 

¦x(k't) ³ e jZ (t k't)dZ .

2Zc k

 

f

Z

 

 

 

 

 

c

 

Zc

Zc

 

 

Zc

³ e jZ (t k't)dZ

³cosZ (t k't)dZ j ³sinZ (t k't)dZ

Zc

Zc

 

 

Zc

 

 

 

2sinZc (t k't)

,

 

 

 

 

t k't

 

 

Zc

 

 

 

 

³sinZ(t k't)dZ

0 .

Zc

ɉɨɫɥɟ ɩɨɞɫɬɚɧɨɜɤɢ (1.9) ɜ (1.8) ɨɤɨɧɱɚɬɟɥɶɧɨ ɢɦɟɟɦ

(1.8)

(1.9)

f

sin>Zc t k't @

 

 

x(t) ¦ x(k't)

.

(1.10)

Zc t k't

 

k f

 

 

ɉɨɥɭɱɟɧɧɨɟ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɟɬ ɚɧɚɥɢɬɢɱɟɫɤɢ ɬɟɨɪɟɦɭ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨ-

ɜɚ.

7

y
sin y

ɂɡ (1.10) ɜɢɞɧɨ, ɱɬɨ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ, ɨɛɥɚɞɚɸɳɚɹ ɨɝɪɚɧɢɱɟɧɧɵɦ ɫɩɟɤɬɪɨɦ, ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɚ ɪɚɡɥɨɠɟɧɢɟɦ ɜ ɪɹɞ, ɤɚɠɞɵɣ ɱɥɟɧ ɤɨɬɨɪɨɝɨ

ɜɵɪɚɠɚɟɬɫɹ ɨɞɢɧɚɤɨɜɨɣ ɮɭɧɤɰɢɟɣ ɜɢɞɚ (ɮɭɧɤɰɢɹ ɨɬɫɱɟɬɨɜ), ɧɨ ɫ ɪɚɡɥɢɱ-

ɧɵɦɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚɦɢ x(k't) .

Ɋɹɞ (1.10) ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɟɬ ɫɨɛɨɣ ɤɚɧɨɧɢɱɟɫɤɨɟ ɪɚɡɥɨɠɟɧɢɟ ɫɥɭɱɚɣɧɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɫ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɧɵɦɢ ɮɭɧɤɰɢɹɦɢ (ɞɟɬɟɪɦɢɧɢɪɨɜɚɧɧɵɦɢ ɮɭɧɤɰɢɹɦɢ ɜɪɟɦɟɧɢ) ɢ ɜɟɫɨɜɵɦɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚɦɢ x(k't) , ɹɜɥɹɸɳɢɦɢɫɹ ɫɥɭɱɚɣɧɵɦɢ ɜɟɥɢɱɢ-

ɧɚɦɢ, ɪɚɜɧɵɦɢ ɦɝɧɨɜɟɧɧɵɦɢ ɡɧɚɱɟɧɢɹɦɢ ɫɢɝɧɚɥɚ ɜ ɬɨɱɤɚɯ k't .

Ʉɚɤ ɢɡɜɟɫɬɧɨ, ɮɭɧɤɰɢɹ ɜɢɞɚ siny y ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɟɬ ɫɨɛɨɣ ɪɟɚɤɰɢɸ ɢɞɟɚɥɶɧɨ-

ɝɨ ɮɢɥɶɬɪɚ ɧɢɠɧɢɯ ɱɚɫɬɨɬ ɫ ɝɪɚɧɢɱɧɨɣ ɱɚɫɬɨɬɨɣ Zc ɧɚ ɞɟɥɶɬɚ-ɮɭɧɤɰɢɸ.

ɋɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ, ɟɫɥɢ ɜ ɩɪɢɟɦɧɨɦ ɭɫɬɪɨɣɫɬɜɟ ɩɨɦɟɫɬɢɬɶ ɬɚɤɨɣ ɮɢɥɶɬɪ ɢ ɩɪɨɩɭɫɬɢɬɶ ɱɟɪɟɡ ɧɟɝɨ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɢɪɨɜɚɧɧɵɣ ɫɢɝɧɚɥ, ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɸɳɢɣ ɫɨɛɨɣ ɩɨ-

ɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨɫɬɶ ɫ ɱɚɫɬɨɬɨɣ fɞ 2 fc

Zc

ɜɟɫɶɦɚ ɤɪɚɬɤɨɜɪɟɦɟɧɧɵɯ ɢɦɩɭɥɶ-

 

 

S

ɫɨɜ, ɚɦɩɥɢɬɭɞɵ ɤɨɬɨɪɵɯ ɩɪɨɩɨɪɰɢɨɧɚɥɶɧɵ ɨɬɫɱɟɬɚɦ ɢɫɯɨɞɧɨɣ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ, ɬɨ, ɫɭɦɦɢɪɭɹ ɜɵɯɨɞɧɵɟ ɫɢɝɧɚɥɵ ɮɢɥɶɬɪɚ, ɦɨɠɧɨ ɜɨɫɩɪɨɢɡɜɟɫɬɢ ɫ ɞɨɫɬɚɬɨɱɧɨ ɜɵɫɨɤɨɣ ɫɬɟɩɟɧɶɸ ɬɨɱɧɨɫɬɢ ɢɫɯɨɞɧɵɣ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɵɣ ɫɢɝɧɚɥ.

1.1.2. Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɚ ɜ ɱɚɫɬɨɬɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ

ɂɧɨɝɞɚ ɫɢɝɧɚɥ ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨ ɩɪɟɞɫɬɚɜɢɬɶ ɫ ɩɨɦɨɳɶ ɱɚɫɬɨɬɧɵɯ ɜɵɛɨɪɨɤ ɫɩɟɤɬɪɚɥɶɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ S(Z) , ɚ ɧɟ ɜɪɟɦɟɧɧɵɯ ɜɵɛɨɪɨɤ ɮɭɧɤɰɢɢ s(t) . Ⱦɥɹ ɮɭɧɤɰɢɢ S(Z) ɦɨɠɧɨ ɫɨɫɬɚɜɢɬɶ ɪɹɞ, ɚɧɚɥɨɝɢɱɧɵɣ ɜɵɪɚɠɟɧɢɸ (1.10). ɗɬɨ ɧɟɬɪɭɞɧɨ

ɫɞɟɥɚɬɶ ɧɚ ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ ɜɡɚɢɦɧɨɣ ɡɚɦɟɧɹɟɦɨɫɬɢ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ t

ɢ Z ɜ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨ-

ɜɚɧɢɹɯ Ɏɭɪɶɟ. ɉɪɢɦɟɧɢɬɟɥɶɧɨ ɤ ɜɵɪɚɠɟɧɢɸ (1.10)

ɷɬɨ ɨɡɧɚɱɚɟɬ, ɱɬɨ t ɫɥɟɞɭɟɬ

ɩɨɦɟɧɹɬɶ ɧɚ Z , 2Zc ɧɚ Tc , 2 fc ɧɚ Tc

2S

ɢ T

1

 

ɧɚ 'Z

2S

.

2 fc

 

 

 

 

Tc

8

Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ, ɩɨɥɭɱɚɟɦ

 

f cTc

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

ª

Tc

Z k'Z º

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Z k'Z

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2

 

 

 

 

 

 

 

 

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§

 

 

 

 

 

 

 

2S

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k f cTc

 

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c

¹

 

 

ȿɫɥɢ ɪɚɧɟɟ ɜɪɟɦɟɧɧɨɣ ɢɧɬɟɪɜɚɥ ɦɟɠɞɭ ɞɜɭɦɹ ɫɨɫɟɞɧɢɦɢ ɜɵɛɨɪɤɚɦɢ ɧɟ ɞɨɥɠɟɧ ɛɵɥ ɩɪɟɜɵɲɚɬɶ 2S 2Zc , ɬɨ ɬɟɩɟɪɶ ɱɚɫɬɨɬɧɵɣ ɢɧɬɟɪɜɚɥ ɧɟ ɞɨɥɠɟɧ ɩɪɟ-

ɜɵɲɚɬɶ 2S

 

 

. ɉɪɢ ɲɢɪɢɧɟ

ɫɩɟɤɬɪɚ

 

2Zc ,

ɨɯɜɚɬɵɜɚɸɳɟɣ ɨɛɥɚɫɬɶ ɱɚɫɬɨɬ

 

 

 

Tc

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

c

Z Z

c

, ɱɢɫɥɨ ɜɵɛɨɪɨɤ ɪɚɜɧɨ 2Zc

'Z

2 f

c

T .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

S

§

k2S

·

 

 

 

 

 

 

 

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ȼ ɨɛɳɟɦ ɫɥɭɱɚɟ ɜɵɛɨɪɤɢ

T

ɹɜɥɹɸɬɫɹ ɤɨɦɩɥɟɤɫɧɵɦɢ ɱɢɫɥɚɦɢ ɢ ɜ

 

 

 

 

 

 

¨

¸

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

©

c

¹

 

 

 

 

ɤɚɠɞɨɣ ɨɬɫɱɟɬɧɨɣ ɬɨɱɤɟ ɧɚ ɨɫɢ ɱɚɫɬɨɬ ɞɨɥɠɧɵ ɛɵɬɶ ɡɚɞɚɧɵ ɞɜɚ ɩɚɪɚɦɟɬɪɚ –

§

k2S

·

(ɢɥɢ ɦɨɞɭɥɶ ɢ ɚɪɝɭɦɟɧɬ). Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚ-

ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɚɹ ɢ ɦɧɢɦɚɹ ɱɚɫɬɢ S¨

¸

T

¨

¸

 

©

c

¹

 

ɡɨɦ, ɨɛɳɟɟ ɱɢɫɥɨ ɩɚɪɚɦɟɬɪɨɜ ɩɨɥɭɱɚɟɬɫɹ ɜɞɜɨɟ ɛɨɥɶɲɢɦ, ɱɟɦ ɩɪɢ ɜɪɟɦɟɧɧɨɦ

§

k

·

 

ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɢɢ ɫɢɝɧɚɥɚ, ɤɨɝɞɚ ɜɵɛɨɪɤɢ s¨

¸

– ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɵɟ ɱɢɫɥɚ. ɂɡɛɵ-

 

¨

 

¸

 

©

2 fc ¹

 

ɬɨɱɧɨɫɬɶ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɢɹ ɫɢɝɧɚɥɚ ɜ ɱɚɫɬɨɬɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ ɥɟɝɤɨ ɭɫɬɪɚɧɹɟɬɫɹ, ɟɫɥɢ

§

k2S

·

 

§

 

k2S

·

ɹɜɥɹɸɬɫɹ ɤɨɦɩɥɟɤɫɧɨ-ɫɨɩɪɹɠɟɧɧɵɦɢ ɮɭɧɤɰɢ-

ɭɱɟɫɬɶ, ɱɬɨ S¨

¸

 

S¨

 

¸

T

ɢ

T

¨

¸

 

¨

 

¸

 

©

c

¹

 

©

 

c

¹

 

ɹɦɢ, ɬɚɤ ɱɬɨ ɡɚɞɚɧɢɟ ɨɞɧɨɣ ɢɡ ɧɢɯ ɨɞɧɨɡɧɚɱɧɨ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬ ɞɪɭɝɭɸ. Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ, ɫɩɟɤɬɪ ɫɢɝɧɚɥɚ ɩɨɥɧɨɫɬɶɸ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɡɭɟɬɫɹ ɫɨɜɨɤɭɩɧɨɫɬɶɸ ɤɨɦɩɥɟɤɫɧɵɯ ɜɵɛɨɪɨɤ, ɜɡɹɬɵɯ ɬɨɥɶɤɨ ɜ ɨɛɥɚɫɬɢ ɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɵɯ ɱɚɫɬɨɬ, ɢ ɱɢɫɥɨ ɧɟɡɚɜɢɫɢɦɵɯ ɩɚɪɚɦɟɬɪɨɜ ɢɥɢ ɫɬɟɩɟɧɟɣ ɫɜɨɛɨɞɵ ɫɢɝɧɚɥɚ ɪɚɜɧɨ 2 fcTc , ɤɚɤ ɢ ɩɪɢ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟ-

ɧɢɢ ɫɢɝɧɚɥɚ ɜɨ ɜɪɟɦɟɧɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ.

9

1.2.ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɸɳɢɟ ɦɟɬɨɞɵ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ

ȼɨɛɳɟɦ ɫɥɭɱɚɟ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɫɨɫɬɨɢɬ ɜ ɡɚɦɟɧɟ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɨɝɨ ɫɢɝɧɚɥɚ x(t) ɧɚɛɨɪɨɦ ɞɢɫɤɪɟɬɧɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ y(tn ) , ɤɨɬɨɪɵɟ ɦɨɝɭɬ ɛɵɬɶ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɵ

ɤɚɤ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬ ɫɜɟɪɬɤɢ ɫɢɝɧɚɥɚ x(t)

ɫ ɜɟɫɨɜɨɣ ɮɭɧɤɰɢɟɣ M(t) :

 

 

f

 

y(tn )

³x(t)M(t tn ) dt ,

(1.11)

 

f

 

ɝɞɟ y(t n ) – ɮɢɤɫɢɪɨɜɚɧɧɵɟ ɜ ɦɨɦɟɧɬɵ ɜɪɟɦɟɧɢ tn , n

1,2,... , ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɜɵɯɨɞ-

ɧɨɝɨ ɫɢɝɧɚɥɚ.

 

ȼ ɢɞɟɚɥɶɧɨɦ ɫɥɭɱɚɟ, ɤɨɝɞɚ ɜ ɤɚɱɟɫɬɜɟ ɮɭɧɤɰɢɢ M(t) ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɬɫɹ

G -ɮɭɧɤɰɢɹ, ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɨɦ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɹɜɥɹɸɬɫɹ ɦɝɧɨɜɟɧɧɵɟ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɜɯɨɞ-

ɧɨɝɨ ɫɢɝɧɚɥɚ:

 

f

 

³x(t)G(t tn ) dt x(tn ) ,

(1.12)

f

ɤɨɬɨɪɵɟ ɢɫɩɨɥɶɡɭɸɬɫɹ ɩɪɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ ɩɨ Ʉɨɬɟɥɶɧɢɤɨɜɭ.

ȼɨ ɜɫɟɯ ɪɟɚɥɶɧɵɯ ɫɥɭɱɚɹɯ ɮɭɧɤɰɢɹ M(t) ɢɦɟɟɬ ɤɨɧɟɱɧɭɸ ɞɥɢɬɟɥɶɧɨɫɬɶ,

ɱɬɨ ɩɪɢɜɨɞɢɬ ɤ ɩɨɹɜɥɟɧɢɸ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ. ȼ ɨɬɥɚɠɟɧɧɨɣ ɢ ɧɚɫɬɪɨɟɧɧɨɣ ɚɩɩɚɪɚɬɭɪɟ ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɭɫɥɨɜɢɟ ɧɨɪɦɢɪɨɜɤɢ

f

 

³ M(t) dt 1,

(1.13)

f

 

ɭɫɬɪɚɧɹɸɳɟɟ ɫɬɚɬɢɱɟɫɤɭɸ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɶ ɞɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɢ: ɩɪɢ x(t) a

const

f

 

y(tn ) ³aM(t tn )dt a .

(1.14)

f

Ⱦɢɫɤɪɟɬɢɡɚɰɢɹ ɢɡɦɟɧɹɸɳɢɯɫɹ ɜɨ ɜɪɟɦɟɧɢ ɫɢɝɧɚɥɨɜ ɩɪɢ M(t) z G(t) ɩɪɢ-

ɜɨɞɢɬ ɤ ɩɨɹɜɥɟɧɢɸ ɞɢɧɚɦɢɱɟɫɤɨɣ ɩɨɝɪɟɲɧɨɫɬɢ.

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