傅立叶级数.ppt

傅立叶变换文档报告
组别:地信2班1组
演讲人:张田田
指导老师:王冬利
一、学****之前,我想说
要理解傅立叶变换,确实需要一定的耐心,别一下子想着傅立叶变换是怎么变换的,当然,也需要一定的高等数学基础,最基本的是级数变换,其中傅立叶级数变换是傅立叶变换的基础公式。
二、傅立叶变换的历史小谈
让我们先看看为什么会有傅立叶变换?傅立叶是一位法国数学家和物理学家的名字,他对热传递很感兴趣,于1807年在法国科学学会上发表了一篇论文,运用正弦曲线来描述温度分布,论文里有个在当时具有争议性的决断:任何连续周期信号可以由一组适当的正弦曲线组合而成。当时审查这个论文的人,其中有两位是历史上著名的数学家拉格朗日(Joseph Louis Lagrange, 1736-1813)和拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace, 1749-1827),当拉普拉斯和其它审查者投票通过并要发表这个论文时,拉格朗日坚决反对,在近50年的时间里,拉格朗日坚持认为傅立叶的方法无法表示带有棱角的信号,如在方波中出现非连续变化斜率。法国科学学会屈服于拉格朗日的威望,拒绝了傅立叶的工作,幸运的是,傅立叶还有其它事情可忙,他参加了政治运动,随拿破仑远征埃及,法国大革命后因会被推上断头台而一直在逃避。直到拉格朗日死后15年这个论文才被发表出来。
谁是对的呢?拉格朗日是对的:正弦曲线无法组合成一个带有棱角的信号。但是,我们可以用正弦曲线来非常逼近地表示它,逼近到两种表示方法不存在能量差别,基于此,傅立叶是对的。
为什么我们要用正弦曲线来代替原来的曲线呢?
我们也还可以用方波或三角波来代替呀?
首先,分解信号的方法是无穷的,但分解信号的目的是为了更加简单地处理原来的信号。用正余弦来表示原信号会更加简单,因为正余弦拥有原信号所不具有的性质:正弦曲线保真度。一个正弦曲线信号输入后,输出的仍是正弦曲线,只有幅度和相位可能发生变化,但是频率和波的形状仍是一样的。且只有正弦曲线才拥有这样的性质,正因如此我们才不用方波或三角波来表示。
同学们知道答案吗?我来告诉你吧!
三、傅立叶变换分类
根据原信号的不同类型,我们可以把傅立叶变换分为四种类别:
1
非周期性连续信号
傅立叶变换(Fourier Transform)
2
周期性连续信号
傅立叶级数(Fourier Series)
3
非周期性离散信号
离散时域傅立叶变换(Discrete Time Fourier Transform)
4
周期性离散信号
离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform)
下图是四种原信号图例:
这四种傅立叶变换都是针对正无穷大和负无穷大的信号,即信号的的长度是无穷大的。
我们知道这对于计算机处理来说是不可能的,于是,新的问题就又来了。
那么有没有针对长度有限的傅立叶变换呢?
The Answer Is No!!!!
究其原因,因为正余弦波被定义成从负无穷小到正无穷大,我们无法把一个长度无限的信号组合成长度有限的信号。面对这种困难,方法是把长度有限的信号表示成长度无限的信号,可以把信号无限地从左右进行延伸,延伸的部分用零来表示,这样,这个信号就可以被看成是非周期性离散信号,我们就可以用到离散时域傅立叶变换的方法。还有,也可以把信号用复制的方法进行延伸,这样信号就变成了周期性离散信号,这时我们就可以用离散傅立叶变换方法进行变换。
而我们要学的就是离散信号,对于连续信号我们不作讨论,因为计算机只能处理离散的数值信号,我们的最终目的是运用计算机来处理信号的。
但是对于非周期性的信号,我们需要用无穷多不同频率的正弦曲线来表示,这对于计算机来说是不可能实现的。所以对于离散信号的变换只有离散傅立叶变换(DFT)才能被适用,对于计算机来说只有离散的和有限长度的数据才能被处理,对于其它的变换类型只有在数学演算中才能用到,在计算机面前我们只能用DFT方法,后面我们要理解的也正是DFT方法。这里要理解的是我们使用周期性的信号目的是为了能够用数学方法来解决问题,至于考虑周期性信号是从哪里得到或怎样得到是无意义的。