相比于前两篇
Blog 中关于卷积物理意义以及性质的讨论,这篇
Blog 重点归纳卷积计算的技巧和方法。以连续时间信号的卷积计算为主,因为离散情况下很简单,慢慢滑动一个个对应着来就OK。因为连续时间信号的卷积涉及积分,对上下限的考量需要对卷积定义比较清晰才行
典型例题来袭
在着手开始分析第一个例子之前,我们回顾一下连续信号的卷积公式:
y(t)=∫−∞+∞x(τ)h(t−τ)dτ
其中,
x(τ) 和
h(t−τ) 代表两者的重叠部分,具体的值是两个重叠部分函数值的乘积。
τ 应该是两者重叠部分的时间范围
其实,这个表达式是一个囊括了不同情况的综合表达式,很多时候,我们计算的卷积往往是分段函数,这时,积分的上下限就不能是简单的
+∞ 和
−∞了
【例题一】:求以下两个信号的卷积
Step1:先画出
x(τ) 和
h(−τ):
还记得我们在关于卷积的第一篇
Blog 里面谈到的吗:
h(t−τ) 代表的是对
h(−τ) 原点的移动,,具体把
h(−τ) 的原点移动到什么地方呢?就是看
x(τ) 图像中,我们要求的
τ=t 的位置
Step2:我们要大致观察以下
t 取什么值的时候二者有重叠部分,取什么值的时候没有重叠部分
从本题,很明显,在
t<0,以及
t>3T 的时候,二者没有重叠,因此也有:
y(t)=0
而在
0<t<T;
T<t<2T 以及
2T<t<3T 的部分都会有重叠,因此我们分别讨论。
(1)在
0<t<T 时,
黄色区域是二者重叠部分,不过我们重点关系的,是这个重叠部分的范围,显然,是:
[0,t]
因此,
τ 的范围就是:
0<τ<t,在这个范围下,那条斜线就是
h(t−τ),横线就是
x(τ)。那么我们可以知道:在此范围下,
x(τ)=1、
h(t−τ)=−(τ−t)(因为
h(t−τ) 在本题中始终是一条斜率为 -1 ,始终过点 (t, 0) 的直线)
因此,我们就带入公式,得:
y(t)=∫0t−(τ−t)dτ=21t2
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至此,我们完成了第一个重叠区间的卷积积分的计算
对于
T<t<2T 时,如下图所示:
黄色区域是重叠部分,重叠部分的范围是
[0,T],因此,
0<τ<T,重叠区域两函数表达式和第一种情况一样,因此,我们有:
y(t)=∫0T−(τ−t)dτ=Tt−21T2
后面的情况,处理方法一样,这里就不赘述啦。最终的结果和
y(t) 的图像如下:
始终贯穿这一方法,卷积积分的计算也就不那么困难了!
好啦!这篇
Blog 到这里就结束辽!和之前的两篇
Blog 结合在一起,就成了 “卷积三剑客”。希望这三篇
Blog 能对今后卷积的学习带来帮助!
“卷积笔记三剑客地址”:
【信号与系统学习笔记】—— 一起走进“卷积”的世界 1【详细整理+个人理解】
【信号与系统学习笔记】—— 一起走进“卷积”的世界 2【系统基本性质和卷积的关系】
【信号与系统学习笔记】—— 一起走进“卷积”的世界3 【技巧方法篇】 连续时间信号的卷积计算技巧