实验六 傅里叶变换及其反变换
6.1实验目的
1.学会运用MATLAB 求连续时间信号的傅里叶变换;
2.学会运用MATLAB 求连续时间信号的傅里叶反变换;
3.学会运用MATLAB 求连续时间信号的频谱图。
6.2实验原理及实例分析
1.连续时间信号傅里叶变换----CTFT
傅里叶变换在信号分析中具有非常重要的意义,它主要是用来进行信号的频谱分析的。傅里叶变换和其逆变换定义如下:
?∞
∞--=
dt e t x j X t j ωω)()( 6.1
?∞∞-=ωωπωd e j X t x t j )(21)( 6.2
连续时间傅里叶变换主要用来描述连续时间非周期信号的频谱。按照教材中的说法,任意非周期信号,如果满足狄里克利条件,那么,它可以被看作是由无穷多个不同频率(这些频率都是非常的接近)的周期复指数信号e j ωt 的线性组合构成的,每个频率所对应的周期复指数信号e j ωt 称为频率分量(frequency component ),其相对幅度为对应频率的|X(j ω)|之值,其相位为对应频率的X(j ω)的相位。
X(j ω)通常为关于的复函数,可以按照复数的极坐标表示方法表示为:
X(j ω)=| X(j ω)|e j ∠ X(j ω)
其中,| X(j ω)|称为x(t)的幅度谱,而∠X(j ω)则称为x(t)的相位谱。
给定一个连续时间非周期信号x(t),它的频谱也是连续且非周期的。对于连续时间周期信号,也可以用傅里变换来表示其频谱,其特点是,连续时间周期信号的傅里叶变换时有冲激序列构成的,是离散的——这是连续时间周期信号的傅里叶变换的基本特征。 2.用MATLAB 实现CTFT 的计算
MATLAB 进行傅里叶变换有两种方法,一种利用符号运算的方法计算,另一种是数值计算。
1) MATLAB 符号运算求解法
MATLAB 符号数学工具箱提供了直接求解傅里叶变换与傅里叶反变换的函数fourier( )及ifourier( )。常用的是:F=fourier(f) 默认返回值是关于ω的函数。
f=fourier(F,t) 返回值是关于t 的函数
例:利用MATLAB 求单边指数信号f(t) = e -2t u(t)的傅里叶变换,画出f(t)及其幅度谱和相位谱图。
syms t v w x phase im re ; %定义符号变量
f = exp(-2*t)*sym('Heaviside(t)'); %f(t)=exp(-2*t)*u(t)
Fw = fourier(f); %求傅里叶变换
subplot(311);
ezplot(f); %绘制f(t)的时域波形
axis([-1 2.5 0 1.1]);
subplot(312);
ezplot(abs(Fw)); %绘制幅度谱
im = imag(Fw); %计算F(w)的虚部