傅里叶逆变换是否只产生静止时间信号?

信息处理 傅里叶变换 静止的
2022-02-06 18:45:58

我对傅里叶逆变换及其与非平稳信号的相关性有疑问。通过非平稳信号,我说的是频率内容随时间变化的信号。我将提供让我最初提出这个问题的例子。

例如,我有一个单一频率的正弦信号,它永远持续下去。我可以对这个信号进行傅里叶变换来获得它的频率内容。因为这个信号是一个永远持续的单一频率,所以这个信号被认为是固定的。

但是,现在假设我有一个信号为零,除了在某个信号为正弦的窗口中。这个非零窗口从 t = 0 到 1 秒存在。如果我要在有限的持续时间内对该信号进行傅里叶变换(使其作用于信号的非零和零部分),我将得到一个频率内容,表明由于非零而存在峰值频率内容窗户。

现在假设我要做同样的事情,除了这次非零窗口存在于 t = 6 到 7 秒之间。如果我在相同的有限持续时间内进行傅里叶变换,我相信我会产生与早期实验完全相同的频率内容(相位和幅度)。

假设我说的是正确的,因此应该不可能从傅里叶变换中恢复确切的信号,因为两个不同的时域信号已映射到相同的频域信号。我对这个说法正确吗?此外,我相信傅里叶逆变换最终会产生一个平稳的信号。如中,曾经仅包含在非零窗口内的频率现在将通过傅里叶逆变换显示为无限。

TLDR:

  • 傅里叶逆变换是否只产生静止时间信号?
  • 因此,如果我有非平稳信号,进行傅里叶变换,然后进行傅里叶逆变换,我现在会有一个静止的信号吗?
2个回答

有限长度正弦波突发的 FT 不仅包含该正弦波的一个频率。有限宽度时域信号具有无限宽度FT。与 FFT 相同,矩形窗口在 FFT 结果中产生全宽周期性 Sinc。因此,即使 1 个正弦波结果箱的相位保持不变,所有其他频率的相位也会随着窗口位置的变化而旋转。两个不同的矩形窗口不会映射到同一个 FFT,而是对任何单个正弦波进行不同的卷积。

因此,全频谱的逆 FT 或 IFFT 可以产生一个信号,其统计数据可以在结果的不同部分显着变化,通过再现一个窗口,该窗口可以在部分结果中为零,而在其他部分中不为零。

老实说,“平稳”这个词已经被随机过程占据,意思是“随机时刻不随时间变化”;你重用这个词有点不走运;然而

现在假设我要做同样的事情,除了这次非零窗口存在于 t = 6 到 7 秒之间。如果我在相同的有限持续时间内进行傅里叶变换,我相信我会产生与早期实验完全相同的频率内容(相位和幅度)。

完全错误:傅里叶变换具有时移属性,适用于此;因此,您的信号在绝对值上是相同的,但在频域中的相位不同。

假设我说的是正确的,因此应该不可能从傅里叶变换中恢复确切的信号,因为两个不同的时域信号已映射到相同的频域信号。

幸好你说的不对!

我对这个说法正确吗?

Ex falso sequitur quodlibet ; 您可以从错误的前提中推断出任何事情。

因此,如果您有一个类似于傅立叶变换但没有相位信息的变换,那么您的陈述将是正确的。然而,FT 确实保留了该信息,因此具有逆向信息。

我有点惊讶您实际上并没有尝试将您的示例输入傅立叶变换,然后通过逆傅立叶变换返回;您应该已经注意到,只需查看公式,您每次都会得到不同的结果。

此外,我相信逆傅立叶变换最终会产生一个平稳的信号。

真的,您对“固定”的定义与我通常使用的不兼容。实际上,还有其他术语可以描述您的意思,例如“短时傅立叶变换是时不变的”。

但是,这意味着信号是恒定的,因为即使对于 STFT,您也会得到相位旋转,具体取决于您开始观察到的周期性信号的哪个相位。