连续时间周期信号的傅里叶综合

任何满足狄里赫里条件的周期信号，可以表示成式或的和式形式，或式常称为连续周期信号的傅里叶级数综合公式。一般来说，傅里叶级数系数有无限个非零值，即任何具有有限个间断点的周期信号都一定有一个无限项非零系数的傅里叶级数表示。但对数值计算来说，这是无法实现的。在实际的应用中，但我们可以用有限项的傅里叶级数求和来逼近。 为了比较有限项谐波的逼近情况，本次课设编写了程序来绘制波形以给读者一个直观的感受。调用xiebo.m函数文件，即可绘出周期矩形波信号各次谐波的合成波形。如图2.1所示。当它所包含的谐波分量越多时，合成波形愈接近于原来的矩形波脉冲（。由图2.1还可以看到，合成波形所包含的谐波分量愈多时，除间断点附近外，它越接近于原矩形波脉冲。在间断点附近，随着所含谐波次数的增加，合成波形的尖峰愈接近间断点，但尖峰幅度并未明显减少。可以证明，即使合成波形所含谐波次数时，在间断点处仍有约9%的偏差，这种现象称为吉布斯（Gibbs）现象。在傅里叶级数的项数取得很大时，间断点处尖峰下的面积非常小以致趋近于零，因而在均方的意义上合成波形同原波形的真值之间没有区别[4]。吉布斯现象上一节中我们提到了吉布斯现象，本节我们将作重点来讨论。我们知道满足狄里赫利条件的周期函数表示成的傅立叶级数都收敛。狄里赫利条件如下：1.在任何周期内，x(t)必须绝对可积；2.在任一有限区间中，x(t)只能取有限个最大值或最小值；3.在任何有限区间上，x(t)只能有有限个第一类间断点。所谓的吉布斯现象就是：在x(t)的不可导点上，如果我们只取x(t)等式右边的无穷级数中的有限项作和X(t)，那么X(t)在这些点上会有起伏[1]。具体现象如下图所示，以下分别为谐波次数为N=50，N=100，N=500合成波的情况。从上面的图像中可以看出，当N=500的时候，合成波与原来的方波拟合得非常好，但是在不可导的点上，即为x=-1.5,x=-0.5,x=0.5,x=1.5这样的点的时候，合成波会有较大的波动，这就是非常明显的吉布斯现象。