快速傅里叶变换原理(快速傅立叶变换(fast Fourier transform)后怎么提取信号特征进行分析并且用于简单的识别呢)
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快速傅立叶变换(fast Fourier transform)后怎么提取信号特征进行分析并且用于简单的识别呢
1.快速傅里叶变换是什么
快速傅里叶变换是离散傅里叶变换的一种快速算法,能够大大减少乘法运算,1965年由J.W.库利和T.W.图基提出的。傅里叶变 换是从时域到频域的变换,对于在频域具有典型特征的信号具备一定的识别能力,请注意,是具备一定的识别能力,而不是一定可 以识别。
2.傅里叶变换的典型应用领域
第一,在模拟信号分析方面,特别是对于FM调频信号分析具有很好的效果,因为模拟调频是一种非常简单的通信体制,其频域 特征比较明显。举个例子,如果有两个不同频率的模拟调频信号叠加在一起,在用示波器直接观察时域上采集的信号是无法分辨的 ,但是通过傅里叶变换之后,在频域上则可以很明显分辨出两个频率,实际上很多滤波器也是基于这个原理设计的。
第二,傅里叶变换在某些异常检测方面有应用,比如,机械故障分析,机械在正常工作时通常会有特定的频率,如果出现故障 ,很可能产生新的频率,或者原先频率对应的幅度会发生显著改变,对于这些情况,将采集的数据进行傅里叶变换之后能够很容易 判定是否故障,甚至进一步对故障进行分类。
第三,很多时候傅里叶变换可以作为一种信号预处理手段,因为多数信号是非常复杂的,很难单凭傅里叶变换就得出希望的结果。
对于量子力学的不确定性原理,为什么会存在“算符不对易”与“傅里叶变换”两种解释
这是一个相当专业的问题。首先祝贺题主,你问的这两种解释都是超越常识的说法,说明你看了很多深入的书籍,而不是拿着最常见的“测量仪器对体系造成不可避免的干扰”之类似是而非的说法来问人,这很好。然后,“算符不对易”和“傅里叶变换”这两种说法都是正确的,它们之间的关系是:前者是一般原理,后者是前者的一个特例,不过是最重要的一个特例,即对于位置和动量这一对最常见的不对易的算符的特例。
就最广泛的形式而言,不确定原理说的是这样一个数学定理。对于一个量子体系,测量A和B两个物理量,各自会得到一个测量值的分布,把这两个分布的宽度叫做ΔA和ΔB(也就是A和B各自的不确定度),那么ΔA和ΔB的乘积大于等于这样一个值:A和B对应的算符的对易子在这个体系中的期待值的绝对值除以2。写成数学公式,就是ΔA * ΔB 》= |《在当前这个体系中的期待值。
要充分理解这个公式,需要明白这么几点:
一,在量子力学中,每一个物理量都对应一个算符,即某种数学操作;
二,在量子力学中,对一个体系测量某个物理量,得到的结果往往不是一个确定的值,而是若干个可能的值,也就是说测量值构成一个分布,所以有个宽度;
三,不确定原理是通过量子力学的其他基本假设推出来的,所以是个数学定理。
好,现在可以解释不确定原理造成的后果了。
假如A和B这两个算符对易,即AB = BA, = 0,那么不确定原理告诉你的就是ΔA * ΔB 》= 0。这个结论跟没说一样,因为ΔA和ΔB各自都大于等于0。实际上,在这种情况下,你就可以找到某些状态,使得ΔA和ΔB都等于0,也就是A和B这两个物理量都取确定的值。
但是假如A和B这两个算符不对易,那么不确定原理就告诉你ΔA * ΔB 》 0。这意味着,你不可能让A和B这两个物理量都取确定的值。你也许可以把ΔA取得很小,但与此同时ΔB必然就很大,反之亦然,总之你不可能把它们同时缩减到0。
以上就是题主看到的用“算符不对易”来解释不确定原理的写法。
在这个一般性的描述下,有一种特殊情况,就是把位置x作为A,动量p作为B。这时你会发现,x对应的算符就是x(意思是,用x这个变量去乘以这个算符作用上的函数),而p对应的算符是-iħ∂/∂x(意思是,对x求偏导数,然后乘以-iħ,这里的ħ是普朗克常数除以2π)。这两个算符是不对易的,它们的对易子 = iħ。因此位置和动量绝不可能同时取确定值,它们的不确定度之积至少也有ħ/2。
稍微做点演算你会发现,一个体系的位置如果有某个分布,那么它的动量的分布就是位置分布的傅里叶变换,相当于时域和频域的关系。因此,对于以上结果的另一种等价的理解,就是一个学过“信号与系统”的人很熟悉的关系:一个信号在时域中越窄,在频域中就越宽,反之亦然。
时域和频域
这个理解是完全正确的,唯一的问题只是它的适用性比较窄,只适用于位置和动量这一对算符。
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