系统与卷积积分

卷积积分

卷积积分常见,而对卷积积分的解释不常有。本文从信号与系统的角度介绍卷积积分的意义,试图给出对卷积积分的感性认识

开门见山,对于线性时不变系统,输出可表示为输入函数 f(t)和 单位冲激响应h(t)的卷积。
也即:


Out(t) = f(t)✳h(t);


对于线性系统而言,如果输入函数可以表示为单位冲激函数的线性组合,那么输出函数自然可以表示为单位冲激响应的线性组合。

于是输出表示为:Out(t) = ∑h(t).的形式
而由线性系统的均匀性,输入倍乘,输出也倍乘:

Out =g(Δ)h(t) = y(g(Δ)σ(t))

即使系统存在延迟,由时不变线性系统的时不变性有:

Out =g(Δ)h(t-Δ) = y(g(Δ)σ(t-Δ))

Δ➡0时,有:

Out =g(Δ)h(t-Δ)

把Δ换成时间常数对应的符号就是熟知的卷积标准式了。

再看看表达式,h(t)是单位冲激响应,g(t)似乎没有什么意义。但实际上,作为倍乘因子的g(t),可以看成是单位冲激函数σ(t)的线性组合。前面提到,输入函数可以表示为单位冲激函数的线性组合,所以这个积分式:

Out =g(Δ)h(t-Δ)

实际上就是说:输出=输入函数和单位冲激响应的卷积
也呼应开头提及的,卷积在线性时不变系统中的感性意义。

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