Ряд Фурье

Для теории формирования и обработки сигнала особое значение имеет возможность разложения заданного в виде функции сигнала по различным ортогональным системам функций.

Впервые в 1807 году французский математик и физик Жан Батист Жозеф Фурье показал, что любую произвольную функцию можно представить в виде бесконечной суммы синусных и косинусных членов:

, (1.2)

где (рад/с) – основная угловая частота, которая связана с периодом T функции соотношением . Частоты называют гармониками, так как они кратны основной частоте . В данном случае речь идет о системе ортогональных функций вида .

Коэффициенты {a₀, a_n, b_n} из формулы (1.2) можно вычислить с учетом ортогональности множества функций {cos nw₀t, sin nw₀t} на периоде T:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

С учетом этих соотношений:

(1.6)

(1.7)

. (1.8)

Раздел математики, устанавливающий соотношение между функцией и коэффициентами и , называется гармоническим анализом, а представление (1.2) – рядом Фурье.

Компоненты ряда Фурье называются гармониками. Любая четная функция может быть разложена в ряд Фурье, состоящий из косинусов, а любая нечетная функция раскладывается в ряд из синусов. Для некоторых функций ряд Фурье может состоять лишь из нечетных гармоник.

В целом, любая полная система ортогональных функций может быть применена для разложения в ряды, которые соответствуют рядам Фурье. Например, часто используется разложение в ряды по функциям Уолша, Хаара, Лагерра, Бесселя и т.д.