Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义

昨天有博友提问卷积的物理意义,如今把解析写成博文:

在书本上,卷积的解析有很多。大部分围绕“对称,反转,反褶”等词语进行解析,实际上让人难以理解,无端端的信号为何需要反转?

其实,卷积的物理意义用这个比较合适------加权与叠加,下面用图示来帮助理解:(以离散信号为例)

已知

Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第1张图片

已知

Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第2张图片

下面通过演示求的过程,揭示卷积的物理意义。

第一步,乘以并平移到位置1:

Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第3张图片


第二步,x[n]乘以y[2]并平移到位置2:

Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第4张图片


第三步,x[n]乘以y[3]并平移到位置3:
Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第5张图片


最后,把上面三个图叠加,就得到了x[n] * y[n]
Miscellaneous | 图示理解卷积的物理意义_第6张图片

从这里,可以看到卷积的重要物理意义是:一个函数(单位响应)在另一个函数(输入信号)上的加权·叠加。对于线性时不变系统,知道了该系统的单位响应,那么将单位响应和输入信号求卷积,无异于把输入信号所在各个时间点的单位响应加权·叠加,得到的即为输出信号。这也正是单位响应是如此重要的原因。

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