Signale und Operationen mit Signalen
Standardsignale
Einheitssprung
\[ f(t) = \esprung(t) =
\begin{cases}
0 & \quad t < 0 \\
0,5 & \quad t = 0 \\
1 & \quad t > 0
\end{cases} \]
zeitdiskret: $ f[k] = \esprung[k]=\begin{cases} 0 & \quad k < 0\ 1 & \quad k\geq 0 \end{cases} $
Dirac-Impuls
\[ f(t) = \delta(t) = \frac{\rm d}{{\rm d}t} \esprung(t) \]
\[\int_{-\infty}^{\infty}{\delta(t)}\,\mathrm d t = 1 \]
Zeitdiskret: \( f[k] = \delta[k] = \begin{cases} 1 & \quad k=0 \\ 0 & \quad k \neq 0 \end{cases} \)
Anstiegsfunktion
\[ f(t) = a(t) = t \cdot \esprung(t) \]
\[f[k] = a[k] = k \cdot \esprung[k]\]
Operationen mit Signalen
Differentialquotient und Differenz
\[ g(t) = \frac{\rm d}{\mathrm d t} f(t) \]
\[ g[k] = f[k]-f[k-1] \]
Integral und Summe
\[g(t)= \int_{0}^{t}{f(\tau)}\,\mathrm d\tau \]
\[ g[k] = \sum_{\nu=0}^k f[\nu] \]
Skalarmultiplikation
\[g(t) = c \cdot f(t)\]
Zeitliche Spiegelung (an der Ordinate)
\[ g(t) = f(-t) \]
Zeitliche Skalierung
zeitkontinuierlich | zeitdiskret |
---|---|
\(g(t)= f(a \cdot t)\) | \(g[k] = f[a \cdot k]\) |
\(a < 1\): Streckung | \(a<1\): zeitliche Interpolation |
\(a> 1\): Stauchung | \(a > 1\): zeitliche Dezimierung |
Zeitliche Verschiebung
\[ g(t)=f(t-t_0) \]
\(t_0 > 0\): Verschiebung nach rechts, Verzögerung
\(t_0 < 0\): Verschiebung nach links, Vorauseilend
Multiplikation mit dem Einheitssprung
\[ g(t) = f(t) \cdot \esprung(t) = \begin{cases}
0 & \quad t < 0 \\
f(t) & \quad t > 0
\end{cases} \]
Mehrfache Substitution der Zeitvariablen
Beispiel
- \(x_1(t) = t^2\), \(x_2(t) = x_1(-t+1)\)
- \(x_2\) ergibt sich durch: zeitliche Spiegelung und Verschiebung nach links.
- Welche Reihenfolge?
- \(x_2(t) = (-t+1)^2 = (t-1)^2\)
- Das bedeutet \(x_1\) muss nach rechts verschoben werden, damit man \(x_2\) erhält. Das bedeutet wiederum als erstes verschieben nach links und erst dann zeitliche Spiegelung.
- Substitution der Zeitvariablen sind entgegen der Rechenregeln abzuarbeiten!
Beispiel aus der E-Technik
\(x(t) = \sin(\omega t + \varphi)\) | \(x(t) = \sin(\omega(t+t'))\) |
---|---|
\(\varphi \dots\) Phasenverschiebung (\(\frac{\pi}{2}, 2\pi, \dots\)) | \(t' \dots\) Phasenlaufzeit (\(1\,\text s, 5\,\text{ms}, \dots\)) |
1. Der Originalsinus (\(T=2\pi\)) wird um \(\varphi\) verschoben. | 1. Der Originalsinus wird zeitlich skaliert. |
2. Zeitliche Skalierung durch \(\omega\) | 2. Der Sinus wird um \(t'\) verschoben. |
Darstellung eines Signals als Impulsfolge
\[x[k] = \delta[k] + 2 \cdot\delta[k-1] + 3 \cdot\delta[k-2] + \delta[k-3]\]