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Lineare Signalanalyse

Signalfunktion, Darstellung eines Signals als eine kontinuierliche Funktion einer (oder mehrerer) Veränderlicher x.  

Signalvektor,  Darstellung eines Signals als ein Vektor , , mit n Komponenten. Ein Signalvektor entsteht aus einer Signalfunktion durch Diskretisierung: 

an festgelegten Punkten .

Lineare Signalanalyse , Zerlegung eines Signalvektors , , in eine Linearkombination bestimmter vorgegebener Basisvektoren (Transformationsmatrix , ), mit den Koeffizienten ( lineare Superposition):

Die verschiedenen Basisvektoren stehen für verschiedene Eigenschaften des Signals. Die Koeffizienten beschreiben das Signal; ihre Ermittlung ist die Aufgabe der Signalanalyse.
 
Fourieranalyse, wobei die Basisfunktionen Sinus- und Cosinusfunktionen zu bestimmten Frequenzen sind. Die Fourierkoeffizienten zeigen die Anwesenheit einer Schwingung der Frequenz an.
 
Duale Basis,   Satz von Vektoren , , die so beschaffen sind, daß die Skalarprodukte des Signalvektors mit den Vektoren

die Koeffizienten des Signals ergeben, d.h. gerade die Signalanalyse durchgeführt wird.

Selbstduale Basis,  eine Basis, in der die Basisvektoren und die dualen Basisvektoren identisch sind.
 
Fourieranalyse und -synthese erfolgen beide durch Sinus- und Cosinunsfunktionen; beide Basen sind also identisch.
 
Rechteckfunktionen als Basis: Eine Rechteckfunktion der Breite d am Ort t ist eine Funktion, die zwischen und den Wert Eins, außerhalb den Wert Null hat. Wählt man diese Funktionen als Basis, so zeigen die Koeffizienten an, daß das Signal um den Zeitpunkt t für die Dauer d vorlag.

Diese Basis ist übervollständig, denn jede Rechteckfunktion kann z.B. durch ihre beiden Hälften, die wieder Rechteckfunktionen sind, dargestellt werden.
 
Lineare Unabhängigkeit der Basis, die Eigenschaft, daß kein Basisvektor als eine Linearkombination der anderen Basisvektoren dargestellt werden kann.
 
Ist die Basis linear unabhängig, so sind die Koeffizienten eines Signals eindeutig bestimmt.
 
Orthonormale Basis, eine Menge von Basisvektoren , in der jeder Vektor normiert ist und orthogonal zu jedem anderen Vektor steht, d.h.


 
Eine orthonormale Basis ist linear unabhängig und selbstdual. Das Skalarprodukt zweier Vektoren ändert sich nicht bei einer orthonormalen Basistransformation.
 
Übervollständige Basis,    einem Signal können mehrere verschiedene Koeffizientenvektoren zugeordnet werden.
 
Fourieranalyse,  Charakterisierung eines Signals durch die in ihm auftretenden (Kreis-)Frequenzen .  

Die Fourierbasis ist selbstdual.

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