冲激函数

更新时间:2023-12-30 12:00

冲激函数是个奇异函数,它是对强度极大、作用时间极短暂且积分有限的一类理想化数学模型。冲激函数可用于对连续信号进行线性表达,也可用于求解线性非时变系统的零状态响应

定义

普通函数

冲激函数的定义为:

单位冲激函数

通常,单位冲激函数 满足:

(1)当 时,

(2)

单位冲激函数 又称Dirac函数或者 函数。

注:单位冲激函数 并不是经典意义下的函数,而是一个广义函数(或者奇异函数),它不能用通常意义下的“值的对应关系”来理解和使用,而是通过它的性质来使用。

广义函数

选择一类性能良好的函数 ,称为检验函数 (它相当于定义域),一个广义函数 对检验函数空间中的每个函数 赋予一个数值 的映射,该数与广义函数 和检验函数 有关,记作 。广义函数可写为

冲击函数 与检验函数的作用效果是从 中筛选出它在 时刻的函数值 ,这常称为冲击函数的取样性质(或筛选性质)。简言之,能从检验函数 中筛选出函数值 的广义函数就称为冲击函数 。

性质

筛选性质

如果信号 是一个在 处连续的普通函数,则有

上式表明,信号 与冲激函数相乘,筛选出连续时间信号 在 时的函数值 ,可以理解为冲激函数在 时刻对函数 的一瞬间的作用,其值是冲激函数和 相乘的结果,瞬间趋于无穷大。

取样性质

如果信号 是一个在 处连续的普通函数,则有

冲激信号的取样特性表明,一个连续时间信号 与冲激函数相乘,并在时间域 上积分,其结果为信号 在 时的函数值 。该式可以理解为冲激函数作用于函数 ,趋于稳态时最终作用的结果,即得到信号 在 时刻的值 。

导数性质

冲激函数的导数性质如下:

其证明如下:

尺度变换

冲激函数的尺度变换性质如下:

其推论明如下:

(1)

(2)

(3) 当 时,

(4) ,为偶函数

(5) ,为奇函数

应用

冲激函数可用于信号处理,通过冲激函数来表示复杂的信号,可以简化对复杂信号的一些特性的研究。冲激函数及其延时冲激函数的线性组合来表示或逼近,再利用系统的迭加原理,可以通过简单的信号如单位冲激函数的频谱,以及频域特性来讨论比较复杂信号的频谱。从而减少计算复杂信号频谱的难度。

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