自相關函數怎么理解,為什么定義中有共軛,卷積呢。定義中的卷積,共軛有什么意義?尤其是在信號處理方面


知乎上有解答,相當經典:https://www.zhihu.com/question/24687047

 

簡潔地解釋如下:

1) 首先我們僅考慮實信號。

自相關的直觀含義就是:把一個信號平移一段距離,跟原來有多相似。

於是就有了自相關的定義:

它代表了“移、乘、積”這三步操作。

 

如果只談自相關,其實到此就可以結束了。

只不過,在信號處理領域中還有一個叫“卷積”的東西,在別的地方(已知線性時不變系統的沖激響應和輸入,求響應)有用。

它跟自相關的定義很相似,包含了“卷、移、乘、積”四步操作:

左邊有時也寫作,表示這個函數是由x(t)和y(t)卷積而得的,但它的自變量是

 

我們發現卷積比自相關多了一步“卷”的操作,為了去掉這個多余的操作,我們先把原信號自己卷一下,就可以抵消掉卷積中的“卷”操作了。這就是自相關與卷積的關系:

 

 

2) 現在擴展到復數域。

自相關是要刻畫一個信號平移后與原始信號的相似性。顯然,不平移時應該是最相似的。

我們希望x(t)與x(t)本身相乘后積分時,各時間點的值能夠因疊加而增強。

在實數域上x(t)直接自乘沒有問題。

在復數域上,x(t)自乘后輻角還是亂的。

如果對其中一個x(t)取一下共軛,相乘后輻角就統一變成0了,積分時就能夠取得疊加增強的效果。

所以在復數域上,自相關是這樣的:

(共軛取在前者還是后者上都可以,取決於作者的習慣)

 

擴展一下,復數域上線性空間的內積的定義中也有共軛,其動機與此處相同。“相關”這個運算其實就是一種內積。


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