为什么LTI系统不能产生任何新频率?


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  • 为什么暗示LTI系统无法生成任何新频率?Y(ω)=X(ω)H(ω)
  • 为什么如果系统生成新的频率,那么它不是LTI?

Answers:


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LTI系统的明确特征之一是它们无法生成输入中不存在的任何新频率。请注意,在这种情况下,频率是指无限长的或类型的信号,也称为LTI的本征函数系统(仅适用于复指数),其CT傅立叶变换由频域中的脉冲函数表示为或 COS Ω 0X Ω = 2 π δ Ω - Ω 0X Ω = π δ Ω - Ω 0+ π δ Ω + Ω 0x(t)=ejΩ0tcos(Ω0t)X(Ω)=2πδ(ΩΩ0)X(Ω)=πδ(ΩΩ0)+πδ(Ω+Ω0) 分别。

观察为什么会这样的一种方法是观察输出的CTFT,这由众所周知的关系仅当系统为LTI时(实际上也是稳定的,因此存在)。Y(ω)y(t)Y(ω)=H(ω)X(ω)H(ejω)

(即仅在脉冲响应 存在时成立,并且仅在系统为LTI时才存在。)

y(t)=x(τ)h(tτ)dτY(ω)=X(ω)H(ω),
h(t)

稍加思考,在一个简单的图形图表的引导下,并使用上面的乘法属性,就可以看到输出的支持 的频率区域(不为零的频率集合)由给定交叉点的支持区域的和的输入和频率响应:的LTI系统的 RyY(ω)Y(ω)RxRhX(ω)H(ω)

Ry=RxRh

而从集代数我们知道,如果则和。也就是说,相交总是小于或等于相交的相交。因此,对的支持区域将小于或最多等于的支持。因此,在输出端不会观察到新的频率。A=BCABACY(ω)X(ω)

由于此属性是成为LTI系统的必要条件,因此任何无法拥有它的系统都不能成为LTI。


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给定前提,您可以进行简单的代数论证。如果:

Y(ω)=X(ω)H(ω)

其中是输入信号的频谱,而)是系统的频率响应,那么很明显,如果输入信号中有一些的,那么;没有因子可以乘以产生非零值。H ^ ω ω X ω = 0 Ý ω = 0 ħ ω X(ω)H(ωωX(ω)=0Y(ω)=0H(ω)

话虽如此,建立我从上面开始的LTI系统前提的真实性确实需要一些工作。但是,如果我们假设它是真的,那么LTI系统不能在其输出中引入任何新的频率成分这一事实就直接产生了。


证明将表明,对于任何行为良好的信号,傅立叶变换都是可逆的,而FT及其逆都是线性的。每个具有频率的信号都具有足够的行为。
MarcusMüller16年

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为什么 暗示LTI系统不能产生任何新频率?Y(ω)=X(ω)H(ω)

如果输入中不存在特定频率,则。因为0遵循的乘法身份,。因此,输出信号中不存在频率。ωabsX(ωabs)=0xR, 0x=0Y(ωabs)=0ωabs

为什么如果系统生成新的频率,那么它不是LTI?

假设我们的输入是。然后,如果我们假设系统可以生成新的频率,则可以获得输出。因为我们找不到常数使得,所以我们的系统不是LTI。x(t)=cos(t)y(t)=cos(2t)c1,c2y(t)=c1cos(tc2)


不仅检查c1使用的LTI,还不检查c2?
USER

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我要说的第一点,本质上是简洁的答案,即您不能通过将零乘以零来得到非零的东西。
罗伯特·布里斯托

c1用于线性度,c2用于时移。我们可以有一个LTI系统,将所有内容延迟1个时间单位。
斯科特

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一种线性时不变系统是由纯的频率对角化。正弦/余弦是线性系统的特征向量。换句话说,任何单个非零正弦或余弦(或复数的cisoid)输入都具有完全相同频率的正弦或余弦输出(但输出幅度可能会消失)。

唯一可能改变的是它们的幅度或相位。因此,如果在输入中没有给定频率的正弦,则在该输出处您将没有任何收益(零)。

第二个问题是通过对立或法规违规来回答的:如果为真,则。如果系统是LTI,则不会产生新的频率。如果系统生成新的频率,则不是LTI。ABB¯A¯

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