时域、频域、傅里叶级数、傅里叶变化、拉普拉斯变化

刚入手GCN,就知道从两个角度—时域和频域看GCN,但是具体也不明白,查资料记录一下。

时域和频域

时域时真实世界,是唯一实际存在的域,因为我们的经历都是在时域中发展和验证的,已经习惯于事件按时间的先后顺序发生。
例如,听一段音乐,音乐以波的形式传入我们耳中,随着时间流逝,我们就完整听完这段音乐。
在频域中,我们听到的音乐是特定的特定的音符,是波的形式,与时间没有关系。
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时域和频域的角度
这张图清楚显示了时域和频域,从图上中时域的角度看,信号是由多种不同频率正玄波的叠加,时域的角度比较形象与直观;从频域角度看,比较简练。
在分析一个问题时,时域和频域为我们提供了不同的角度。

傅里叶级数

为了方便分析时域和频域,进行频谱分析:就是把复杂的时域信号(周期或者非周期)变成频域形式并加以分析的方法称为频域分析。目的就是把复杂的时域波形,经过某种变化分解为单一的谐波分量来研究,以获得信号的频域结构和相位信息。这种变换就可以是傅里叶变换,目的就是把复杂的时域信号变成频域信号,便于研究。
傅里叶级数:任何连续周期信号都可以表示成为一组适当的加权正弦曲线的和。
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可以看出,傅里叶级数之适合用于周期函数。
PS:基波:傅里叶级数中周期最大(频率最低)的波。
谐波:傅里叶级数中处基波意外的波。
我们将傅里叶级数的概念推广到非周期的信号,就可得到傅里叶变换。在看傅里叶级数之前,先看下复指数形式的傅里叶级数

复指数形式的傅里叶级数

复指数形式的傅里叶级数主要是想把上面傅里叶级数中的在这里插入图片描述
部分换成欧拉方程的形式。上面的这个傅里叶级数经过了一系列的推导,集体过程见下边的这两篇博客,推导一下,我的工作是在上边的推导的过程中这里开始的:
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最后把x(t)最终化成了,上边的形式:在这里插入图片描述
,有木有发现,这种形式看起来很简洁,这就是复指数形式的傅里叶级数。

傅里叶变换

上面的假设是满足 狄里赫利条件(Dirichlet conditions),周期为T=2PI的信号函数x(t),展成w的整数倍频率的cos和sin正交基函数之和,所以是离散的频率,之间的间隔就是1/T。如果周期T变成周期无限大的周期信号T趋向于无穷。
这个时候,1/t就无穷小了,1/t趋向于0,(请看下面的照片吧)
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这个过程就是傅里叶变换,牢记这个变换的初衷是把信号从时域变成频域。
最后还需要把频域的信号变成时域信号;
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根据傅里叶变换的条件三,可知利用傅里叶变换是只有假设的信号为无穷,这个无穷需要趋向于0时,才能满足傅里叶变换的条件。
下边的图说明上边变换的过程:

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拉普拉斯变换

上边提到的绝对可积条件使得上升信号比如(e-axe的ax次方,递增趋向无穷大),就不能用傅里叶变换了,为了使得更多的信号存在变换,满足傅里叶变换的条件,就需要引入一个衰减因子,保证信号在趋向于正负无穷的时候,幅度衰减到0,一般的衰减因子会选择在这里插入图片描述

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拉氏变换是傅氏变换的基础上引入了衰减因子,他把X(t)分解为无限多个变幅、震荡之和,并且振幅随着在这里插入图片描述变化。
参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/19759362
https://www.zhihu.com/question/34899574/answer/612923473
后边继续学习图上的拉普拉斯变换和傅里叶变换!

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