http://www.elecfans.com/app/api/Focus/index/id/1491
这三种变换都非常重要!任何理工学科都不可避免需要这些变换。
这三种变换的本质是将信号从时域转换为频域。傅里叶变换的出现颠覆了人类对世界的认知:世界不仅可以看作虽时间的变化,也可以看做各种频率不同加权的组合。举个不太恰当的例子:一首钢琴曲的声音波形是时域表达,而他的钢琴谱则是频域表达。
三种变换由于可以将微分方程或者差分方程转化为多项式方程,所以大大降低了微分(差分)方程的计算成本。
另外,在通信领域,没有信号的频域分析,将很难在时域理解一个信号。因为通信领域中经常需要用频率划分信道,所以一个信号的频域特性要比时域特性重要的多。
具体三种变换的分析(应该是四种)是这样的:
傅里叶分析包含傅里叶级数与傅里叶变换。傅里叶级数用于对周期信号转换,傅里叶变换用于对非周期信号转换。
但是对于不收敛信号,傅里叶变换无能为力,只能借助拉普拉斯变换。(主要用于计算微分方程)
而z变换则可以算作离散的拉普拉斯变换。(主要用于计算差分方程)
为什么要变换?
一切的变换的意义,都是为了能在数学上面表达一个波的形状到底是什么。一开始我们可以用一个冲激函数以时间的顺序排成一排,再每个乘以各自的系数(线性组合),就能得到纸面上一个波的形状。后来,伟大的傅里叶同学发现,不仅使冲激函数,用复指数信号叠加之后乘上各自的系数,也可以表达几乎所有的波的波形。而且!用复指数信号表达的输出计算方式比卷积有规律很多,而这个规律可以从频域上面看出来。这个发现,使得信号的变换进步了一大步。
周期信号可以用傅里叶级数表示,非周期信号用傅里叶变换表示。这个再展开讲就偏题了。奉上以前的傅里叶公式笔记一张(__)(来自知乎用户牛咩咩)
拉普拉斯变换:傅里叶变换对信号的要求比较高,适应于本身衰减得快的信号。为了扩大傅里叶变换的应用范围,使其能用于更多不稳定系统的分析,人们在计算过程中人为的添上一个负指数函数作为系数,让一些不衰减的信号更快衰减,方便换算。这就是拉布拉斯变换的由来。拉普拉斯变换用于连续信号。
拉布拉斯变换:
0000.jpg
归纳起来,就是说傅里叶变换就是线性空间中的一个特殊的正交变换!他之所以特殊是因为指数函数是微分算子的特征函数!
网友评论