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關于傅里葉變換變換?

0BFC_eet_china ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-08-13 08:51 ? 次閱讀

關于傅里葉變換變換?

答:fourier變換是將連續的時間域信號轉變到頻率域;它可以說是laplace變換的特例,laplace變換是fourier變換的推廣,存在條件比fourier變換要寬,是將連續的時間域信號變換到復頻率域(整個復平面,而fourier變換此時可看成僅在jΩ軸);z變換則是連續信號經過理想采樣之后的離散信號的laplace變換,再令z=e^sT時的變換結果(T為采樣周期),所對應的域為數字復頻率域,此時數字頻率ω=ΩT。——參考鄭君里的《信號與系統》。

2、什么是Laplace變換?答:

(1)求解方程得到簡化。且初始條件自動包含在變換式里。

(2)拉氏變換將“微分”變換成“乘法”,“積分”變換成“除法”。即將微分方程變成代數方程。拉氏變換將時域中卷積運算變換成“乘法”運算。

(3)利用系統函數零點、極點分布分析系統的規律。

在經典控制理論中,對控制系統的分析和綜合,都是建立在拉普拉斯變換的基礎上的。引入拉普拉斯變換的一個主要優點,是可采用傳遞函數代替微分方程來描述系統的特性。這就為采用直觀和簡便的圖解方法來確定控制系統的整個特性(見信號流程圖、動態結構圖)、分析控制系統的運動過程(見奈奎斯特穩定判據、根軌跡法),以及綜合控制系統的校正裝置(見控制系統校正方法)提供了可能性。

現在給你舉個例子:我們學控制的時候,比如一個二階電路RLC系統微分方程是:LC*Uc''+RC*Uc'+Uc=U設想你借這個微分方程多費勁,那么你用laplace變換,微分方程變為LC*s^2*Uc+RCs*Uc+Uc=U然后Uc=U/(LCs^2+RCs+1)然后可以查表直接得出結果(就跟查積分表一樣方便),這不比你解微分方程,強多了么!

(第2種說法)拉普拉斯變換提供了一種變換定義域的方法,把定義在時域上的信號(函數)映射到復頻域上(要理解這句話,需要了解一下函數空間的概念--我們知道,函數定義了一種“從一個集合的元素到另一個集合的元素”的關系,而兩個或以上的函數組合成的集合,就是函數空間,即函數空間也是一個集合;拉普拉斯變換的“定義域”,就是函數空間,可以說,拉普拉斯變換就是一種處理函數的函數。由于拉普拉斯變換定義得相當巧妙,所以它就具有一些奇特的特質),而且,這是一種一一對應的關系(只要給定復頻域的收斂域),故只要給定一個時域函數(信號),它就能通過拉普拉斯變換變換到一個復頻域信號(不管這個信號是實信號還是復信號),因而,只要我們對這個復頻域信號進行處理,也就相當于對時域信號進行處理(例如設f(t)←→F(s),Re[s]>a,則若我們對F(s)進行時延處理,得到信號F(s-z),Re[s]>a+Re[z],那么就相當于我們給時域函數乘以一個旋轉因子e^zt,即f(t)e^zt←→F(s-z),Re[s]>a+Re[z];只要對F(s-z)進行反變換,就可以得到f(t)e^zt)。

拉普拉斯變換被用于求解微分方程,主要是應用拉普拉斯變換的幾個性質,使求解微分方程轉變為求解代數方程(因為求解代數方程總比求解微分方程容易得多!而且,(可以很方便地)對求解結果進行拉普拉斯反變換從而得到原微分方程的解)。

我們總可以容易地畫出實變函數的圖像(絕大多數函數的確如此),但我們難以畫出一個復變函數的圖象,這也許是拉普拉斯變換比較抽象的原因之一;而另外一個原因,就是拉普拉斯變換中的復頻率s沒有明確的物理意義。關于特征根和復數,建議提問者再去看看書中的定義,應該不難理解。3、什么是z變換?

4、什么是FFT(快速fourier變換)?答:音頻處理里面常用。就是把波形(時域信號)變換到頻域,使得用戶更好的分析。頻域就是類似于“千千靜聽”的頻譜。這個過程叫“離散傅立葉變換”(DFT)。而FFT是DFT的一種高效快速算法。快速傅立葉變換算法的原理是(來自百度百科):快速傅氏變換(FFT)是離散傅氏變換的快速算法,它是根據離散傅氏變換的奇、偶、虛、實等特性,對離散傅立葉變換的算法進行改進獲得的。它對傅氏變換的理論并沒有新的發現,但是對于在計算機系統或者說數字系統中應用離散傅立葉變換,可以說是進了一大步。設x(n)為N項的復數序列,由DFT變換,任一X(m)的計算都需要N次復數乘法和N-1次復數加法,而一次復數乘法等于四次實數乘法和兩次實數加法,

一次復數加法等于兩次實數加法,即使把一次復數乘法和一次復數加法定義成一次“運算”(四次實數乘法和四次實數加法),那么求出N項復數序列的X(m),即N點DFT變換大約就需要N2次運算。當N=1024點甚至更多的時候,需要N2=1048576次運算,在FFT中,利用WN的周期性和對稱性,把一個N項序列(設N=2k,k為正整數),分為兩個N/2項的子序列,每個N/2點DFT變換需要(N/2)2次運算,再用N次運算把兩個N/2點的DFT變換組合成一個N點的DFT變換。這樣變換以后,總的運算次數就變成N+2(N/2)2=N+N2/2。繼續上面的例子,N=1024時,總的運算次數就變成了525312次,節省了大約50%的運算量。而如果我們將這種“一分為二”的思想不斷進行下去,直到分成兩兩一組的DFT運算單元,那么N點的DFT變換就只需要Nlog2N次的運算,N在1024點時,運算量僅有10240次,是先前的直接算法的1%,點數越多,運算量的節約就越大,這就是FFT的優越性。

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原文標題:傅里葉變換、拉氏變換、z變換的含義

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