两个矩形脉冲的卷积直觉

信息处理 卷积 数学
2022-02-08 01:09:43

据我了解,系统的脉冲响应与该系统的输入的卷积给出了输出。

现在如果脉冲响应是一个矩形函数并且输入也是一个矩形函数,我们得到一个三角函数作为输出。

我不明白的是:怎么会是这样?由于脉冲响应的矩形函数与输入一样只有两个级别。系统怎么能产生介于这些级别之间的值,更不用说这些级别之间的值的斜坡了。

很明显我遗漏了一些东西,但我不能完全确定那是什么。

3个回答

卷积积分是重叠积分,即对于被卷积的两个非周期函数的任何给定偏移,卷积积分就是重叠区域。麦吉勒姆和库珀 [1, p. 58]定义的卷积积分为x1x2

(1)x3=x1x2=x1(λ)x2(tλ)dλ

作为定义积分的简单图形说明,他们考虑了以下两个矩形脉冲:

矩形脉冲

用上,它们的卷积如下图所示:x1x2

矩形脉冲的卷积

该图是从 [1, p. 59]。阴影区域是作为移位函数的重叠区域,并且生成的卷积具有梯形形状。如果矩形脉冲具有相等的宽度,则卷积将简化为等腰三角形。t

1 CD McGillem, GR Cooper,“连续和离散信号与系统分析”,第 2 版,Holt、Rinehart 和 Winston,NY,©1984,第 58-59 页。

如果您了解 LTI(线性时不变)系统的输入和输出是通过卷积相关的,那么您也应该能够理解矩形输入和矩形脉冲响应会导致三角形信号,如果您知道什么卷积的意思,即:

(1)y(t)=x(τ)h(tτ)dτ

其中是输出信号,是输入信号,是脉冲响应。y(t)x(t)h(t)

假设在区间中具有恒定值(否则为零),并且在同一区间中具有恒定值(否则为零),那么变成x(t)At[0,T]h(t)B(1)

(2)y(t)=ABmax{0,tT}min{t,T}dτ={AB0tdτ=ABt,0<t<TABtTTdτ=AB(2Tt),T<t<2T0,otherwise

离散时间信号可以具有任何有限幅度。它不必是 0 或 1。例如:您可以在离散时间的不同点获得值为 2 或 3 或 100 的信号