Бесконечномерный случай

Ортогональный базис — система попарно ортогональных элементов e1,e2,...,en,... гильбертова пространства X такая, что любой элемент однозначно представим в виде сходящегося по норме ряда называемого рядом Фурье элемента x по системе {en}.

Часто базис {en} выбирается так, что | en | = 1, и тогда он называется ортонормированным базисом. В этом случае числа an, называются коэффициентами Фурье элемента x по ортонормированному базису {en}, имеют вид

an = (x,en). Необходимым и достаточным условием того, чтобы ортонормированная система {en} была базисом, является равенство Парсеваля.

Гильбертово пространство, имеющее ортонормированный базис, является сепарабельным, и обратно, во всяком сепарабельном гильбертовом пространстве существует ортонормированный базис. Если задана произвольная система чисел {an} такая, что то в случае гильбертова пространства с ортонормированным базисом {en} ряд сходится по норме к некоторому элементу x€X. Этим устанавливается изоморфизм любого сепарабельного гильбертова пространства пространству l2 (теорема Рисса — Фишера).

10. Спектральный анализ периодических сигналов. Ряд Фурье. Спектральный анализ периодических сигналов.

Сигнал задан в виде набора спектральных составляющих: Cn – амплитуда,

- частота,

начальная фаза n- ой гармоники. Здесь n=1,2,…,M- номер гармоники , M- число гармоник в спектре сигналов. Требуется осуществить синтез сигнала U(t) и построить его временную диаграмму. Задача синтеза сигнала заключается в расчёте временной функции сигнала U(t) по известному спектру сигнала. При этом спектр сигнала задан в виде таблицы амплитуд, частот и фаз гармоник. Задача синтеза сигнала решается путём расчёта значений функции во временной области U(t)

Численный синтез осуществляется путём расчёта отсчетов сигнала через равные интервалы времени и построения временной диаграммы сигнала. При этом интервал времени между соседними отсчётами называют интервалом дискретизации.

Задача анализа сигнала заключается в расчёте его спектра, т.е. амплитуд, частот, фаз и гармоник. При этом сигнал задан в виде функции времени U(t) . Задача анализа решается путём расчёта амплитудно-частотных Cn=f(w) и фазочастотных =f(w) характеристик.

Сигнал задан в виде функции времени U(t) , повторяющийся с периодом Т. Требуется выполнить спектральный анализ сигнала и построить графики амплитудного и фазового спектров сигнала.

Ряд Фурье.

Разложению в ряды Фурье подвергаются периодические сигналы. Периодическую функцию любой формы, заданную на интервале одного периода Т = b-a и удовлетворяющую на этом интервале условиям Дирехле (ограниченная, кусочно-непрерывная, с конечным числом разрывов 1-го рода), можно представить в виде ряда Фурье: s(t) = S_nexp(jnt), S_n = S(n), 2/T, где весовые коэффициенты S_n ряда определяются по формуле: S_n = (1/T) s(t) exp(-jnt) dt.

Ряд Фурье представляет собой ансамбль комплексных экспонент exp(jnt) с частотами, образующими арифметическую прогрессию. Функцию весовых коэффициентов S(n) принято называть комплексным спектром периодического сигналаили фурье-образом функции s(t). Спектр периодического сигнала является дискретной функцией, т.к. он определен только для целых значений n с шагом по частоте, обратным периоду: = 2/Т (или f = 1/T). Первую частотную составляющую спектра при n = 1, равную ₁ = 1 = 2/T (или f₁ = 1/T), называют основной частотой сигнала (первой гармоникой), остальные частоты дискретного спектра n₁ при n>1 называют гармониками сигнала. Значения S(n) по положительным и отрицательным значениям n являются комплексно сопряженными. Шаг по частоте  между двумя соседними синусоидами из разложения Фурье называется частотным разрешением спектра.