
- •Лекция 4
- •Каждой функции f(t) из пространства L2 [a,b]можно поставить в соответствие ряд Фурье.
- •Когда говорят, что функция f(t) равна ряду Фурье (2)
- •Система функций Радемахера
- •Затем функция r0 (t) периодически продолжается на всю
- •Следующая функция Радемахера r1 (t) получается из функции
- •Следующая функция Радемахера
- •Как видно график функции r2 (t)получен из графика функции r0 (t) сжатием последнего
- •Свойства системы Функций Радемахера
- •2) Система функций Радемахера не является полной. Оказывается можно найти элемент (t) пространства
- •Таким образом, система функций Радемахера не может служить базисом в пространстве L [0,1]
- •Система функций Уолша
- •Тогда функции системы Уолша выражаются при помощи функций Радемахера как
- •Таким образом, функция Уолша wn (t) определяется как произведение функций Радемахера с номерами,
- •На рисунках приведены графики двух функций Уолша
- •Свойства системы Функций Уолша
- •Система функций Хаара
- •Тогда функции Хаара будут определяться следующими соотношениями
- •На рисунке приведен график этой функции. h3(t)
- •Свойства системы Функций Хаара
- •Тригонометрические ряды Фурье
- •В точках разрыва ряда Фурье сходящегося к среднему значению функции в этих точках.
- •Свойства тригонометрических рядов Фурье
- •2) Если функция f(t) нечетная, то из интегралов (22) видно, что в этом
- •Функция f(t) описывающая этот сигнал является, во-первых, нечетной функцией, во-вторых, она имеет разрывы
- •Отметим следующие свойства ряда Фурье, которые видны из этих графиков
- •3) Вблизи точек разрыва наблюдаются пульсации, которые
- •! Найти коэффициенты ряда Фурье для периодической f(t)
- •Комплексная форма рядов Фурье
- •Возьмем вещественную форму ряда Фурье (20) и подставим в нее формулы (27).
- •то ряд Фурье (28) примет вид.
- •Интегральное преобразование Фурье
- •Введем дискретную частоту fk
- •Кроме того, введем функцию S( fk ) от дискретной частоты по формуле
- •Далее в формулах (37) совершаем предельный переход.
- •В математическом анализе доказывается, что преобразование Фурье (38) справедливо для функций s(t) удовлетворяющих
- •Спектральный анализ и преобразование Фурье
- •Из спектра S( f ) можно получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) A( f )
- •Третье, если сигнал вещественная нечетная функция времени
- •Сигнал s(t) и его частотный спектр S(f) взаимно однозначно соответствуют друг другу через
- •Свойства преобразования Фурье
- •2) Изменение масштаба. Если у сигнала временной масштаб уменьшается в a раз, то
- •Докажем второе свойство:
- •3) Задержка сигнала. Сдвиг сигнала во времени приводит к умножению спектра на фазовый
- •4) Свертка сигналов. Сигнал являющийся сверткой двух других сигналов имеет спектр равный произведению
- •Докажем четвертое свойство:
- •5) Произведение сигналов. Сигнал являющийся произведением двух других сигналов имеет спектр равный свертке
- •6) Равенство Парсеваля для преобразования Фурье. Для преобразования Фурье имеет место следующее интегральное
- •7) Дифференцирование по временной области. Сигнал являющийся производной от другого сигнала имеет спектр
- •Докажем седьмое свойство, с помощью интегрирования по частям:
- •8) Дифференцирование в частотной области. Сигнал являющийся произведением другого сигнала на время и
- •Обобщенное преобразование Фурье
- •Выход из этого положения состоит в переходе к обобщенному преобразованию Фурье, где используется
- •Далее используем интегральное представление дельта-функции.
- •Рассматриваемый сигнал есть действительная четная функция, поэтому по всем правилам мнимая часть спектра
- •Возьмем в качестве гармонического сигнала нечетную функцию.
- •Рассматриваемый сигнал есть действительная нечетная функция, поэтому действительная часть спектра равна нулю, мнимая
- •Если рассматривать произвольный периодический сигнал, то, как известно, его можно разложить в ряд

Далее используем интегральное представление дельта-функции.
|
i 2 f t |
|
|
|
( f ) e |
d t |
(41) |
||
|
||||
|
|
|
Поэтому спектр сигнала есть суперпозиция дельта-функций.
S( f ) 1 |
( f f1 ) |
1 |
( f f1 ) |
2 |
|
2 |
|
63

Рассматриваемый сигнал есть действительная четная функция, поэтому по всем правилам мнимая часть спектра равна нулю, действительная часть показана на рисунке.
Re(S(f))
1/2
f1 |
0 |
f1 |
f |
64

Возьмем в качестве гармонического сигнала нечетную функцию.
s(t) sin(2 f1 t)
В этом случае получаем следующий спектр сигнала.
|
|
1 |
( f |
f1 ) |
1 |
( f |
|
S( f ) i |
2 |
2 |
f1 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
65

Рассматриваемый сигнал есть действительная нечетная функция, поэтому действительная часть спектра равна нулю, мнимая часть спектра показана на рисунке
Im(S(f))
1/2
|
|
|
|
|
|
|
f1 |
0 |
f1 |
f |
|
|
|
|
|
|
|
1/2
66

Если рассматривать произвольный периодический сигнал, то, как известно, его можно разложить в ряд Фурье. Поэтому любой периодический сигнал есть суперпозиция синусов и косинусов с разными частотами и спектр любого периодического сигнала есть сумма дельта-функций с разными частотами и разными амплитудами. График спектра в этом случае представляет собой набор стрелок разной длины и направленных вверх или вниз. Такой спектр называют
линейчатым спектром.
Рассмотренные ранее спектры называют сплошным спектром. Для линейчатого спектра не имеет смысл ФЧХ как функция частоты ( f ). АЧХ периодических сигналов имеет линейчатую структуру.
67