0%

因果系统的实部自满性

这是信号系统考试的一道题,当时考场上有点感觉,但是没写出来,遂乱写一通交卷。考题是这样的

是一个因果系统的单位脉冲响应且为实的, 是它的 Fourier 变换,记 是 的实部, 是 的虚部,求证:

实部自满性

因果系统(前提是单位脉冲响应在原点没有奇异性)有所谓的实部自满性,就是其 Fourier 变换的实部能包含该信号全部信息

关于这一点,课本内容表明对于任何实信号都有 而因果信号 的偶部是没有信号重叠的,所以只要将 反变换回时域,然后把 的部分剪掉,再乘以 2 就能得到原信号 ,也就是 已经包含了原信号 的全部信息

也可以从另一个角度来看,先将 写为 ,这是因为 是因果的(这里 是单位阶跃函数),所以 的部分恒为零,然后由于 以及 Fourier 变换的相乘性质 ​ ,所以 将 移到左边就是 现在将 写为 ,上式成为 令实部虚部分别相等就得到考题要求证明的结果。这表明因果系统 Fourier 变换的实部和虚部是通过一个卷积关系互相关联的,也就是给定其实部也能求出虚部,同样说明了其具有实部自满性

Hilbert 变换

上面过程中出现的式子 称为 ​​​ 的 Hilbert 变换。这个变换作用在时域上时将会有

利用 Fourier 变换的对偶性,即已知 的 Fourier 变换是 ,那么应该有 而又因为 ,所以 这实际是一个符号函数 然后再以 为实部,以它的 Hilbert 变换为虚部构造一个新信号,将会有 这将 的频谱进行了翻折并相加,称 为原信号 的复解析信号。在一些领域中,复解析信号有着重要的地位。一个典型的例子是在经典波动光学中,只要不遇到非线性系统,那么总是可以用复解析形式来表示电磁波,这将令计算过程以及物理图景更为清晰。