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浅谈LTI系统与卷积

浅谈LTI系统与卷积

参考

信号与系统(第二版)奥本海姆

系统

在开始正文之前,可以回顾一下,信号与系统的思想。实际上,系统的思想广泛存在并应用于现实世界中。比如,大学可以是一个系统,每一个学生可以视作单个输入,大学中的各类课程可以看出是系统响应,每一个年级的学生看成一个输入序列。那么,输出就可以看成,每一位学生与这个学校的所有课程做卷积的一个过程(默认大学是LTI系统),因此最终的输出结果也是一个序列。

一般来说,我们习惯于使用数学模型来描述一个系统即y=f(x)只不过这里的x在时域系统上是x=f(t)在空域系统上是x=f(n)(n可以是多维向量,用以表示多维空间的坐标)。在信号处理中,我们一般研究时域上面的系统。

LTI系统

LTI系统全称是线性时不变系统(Linear Invariant System)。在空域上即是LSI系统。显然LTI系统是一类系统其具有线性与时不变性。这对于卷积的理解至关重要。

线性即系统对于一个序列的输出满足齐次叠加原则,所以如果我们用移位脉冲序列来表示一个输入信号的话。系统的输出可以看成是每一个移位脉冲信号的输出信号的叠加。

时不变性即系统的特征不由时间的改变而改变,从数学上来说就是当输入序列为x[n-n0]输出信号就是y[n-n0]。

卷积

卷积是一种运算方式亦可以说是算子,这一运算可以被理解为对输入信号(序列)按照系统特征加权求和(离散)或加权求积(连续)。

我们先从离散时间卷积开始。 对于离散时间卷积,上述表达式可以看成,在i时刻序列x[n]输入系统H的所得到的系统响应。

初学信号与系统很容易出现的错误就是把x[n]与y[n]都看成一个数而非一个序列(只有序列才会涉及到时间轴)。

为什么在

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