傅里叶变换和拉普拉斯变换

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为什么傅里叶变换要把信号分解为正弦波的组合,而不是方波或三角波?

正弦波有个其它任何波形(恒定的直流波形除外)所不具备的特点:正弦波输入至任何线性系统,出来的还是正弦波,改变的仅仅是幅值和相位,即:正弦波输入至线性系统,不会产生新的频率成分(非线性系统如变频器,就会产生新的频率成分,称为谐波)。用单位幅值的不同频率的正弦波输入至某线性系统,记录其输出正弦波的幅值和频率的关系,就得到该系统的幅频特性,记录输出正弦波的相位和频率的关系,就得到该系统的相频特性。

线性系统具备一个特点,多个正弦波叠加后输入至一个系统,输出是所有正弦波独立输入时对应输出的叠加。

也就是说,我们只要研究正弦波的输入输出关系,就可以知道该系统对任意输入信号的响应。
傅里叶的伟大之处不在于如何进行傅里叶变换,而是在于给出了“任何连续周期信号可以由一组适当的正弦曲线组合而成”这一伟大的论断。

正弦函数有一个特点,叫做正交性,所谓正交性,是指任意两个不同频率的正弦波的乘积,在两者的公共周期内的积分等于零。如下:
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  傅里叶级数
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拉普拉斯变换
1、傅里叶变换是有明确的物理含义的。信号的谱是能测量出来的。拉普拉斯变换是傅里叶变换的延伸。它解决了两个问题:a 解决了傅里叶变换的局限性 b 解决傅里叶运算的苦难;

2、拉普拉斯变换是运算工具;

3傅里叶变换的局限性:函数f(t)的傅里叶变换存在的充分必要条件是在无限区间内f(t)绝对可积。 所以若 f(t) 随着t趋于无穷f(t)的值也趋于无穷,则f(t)不存在傅里叶变换。 所以我们要去求f(t)的傅里叶变换要让它变得可积,给它乘个衰减因子。运算和傅里叶变换一样。

4、收敛域:选择衰减因子在s平面的取值范围;用ROC表示;

5、因果信号对应右半平面; 反因果对应左半平面(单边拉斯变换不存在); 双边对应中间带;

6、单边拉斯变换:F(S) ,a 对于因果信号单边与双边拉斯变换相等RS[S] >0; b 反因果单边拉斯变换不存在; c 双边信号单边与双边拉斯变换不相等; 注:单边是双边的特例,其中f(t)—F(S) 的对应关系; 双边不一一对应,而单边则是一一对应的,故单边拉斯变换用于求F(S)的逆变换。

7、拉普拉斯变换的性质:和傅里叶类似;
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