7.3. Дискретизация сигналов конечной длительности
Рассмотрим сигнал
равный нулю вне интервала
Сигнал
можно получить из сигнала
бесконечной продолжительности, умножая его на прямоугольную функцию
Пусть носителем фурье-образа
сигнала
является интервал
для
. Тогда
Поскольку носитель функции
неограничен, носитель функции
также будет неограничен. Неограниченность носителя функции
не позволяет провести дискретизацию сигнала
так как в этом случае частота дискретизации должна быть неограниченно большой. Следовательно, строго говоря, нельзя осуществить дискретизацию сигнала конечной продолжительности. На практике предполагают, что носители функций
совпадают, т. е. спектры сигналов
определены в одинаковых областях. Какова величина ошибки, обусловленной таким предположением? Ошибка, вносимая подобной аппроксимацией, оценивалась Шенноном, а также Ландау и Поллаком [5]. Доказано, что для сигнала продолжительностью Г вне интервала
справедлива формула
Рассмотрим теперь сигнал неограниченной длительности со спектральным носителем
, неусеченный и корректно дискретизованный.
Взяв только
импульсов дискретизации, определим функцию
Очевидно, что
-сигнал неограниченной длительности, поскольку функция
отлична от нуля вне любого конечного интервала. Поэтому обычно производится усечение функции
Можно доказать, что среднеквадратичная разность между функциями
, т. е. ошибка, вносимая усечением, имеет порядок
или среднеквадратичная ошибка имеет порядок
Отметим, что среднеквадратичная ошибка является интегральной, а не локальной разностью между
Отметим также, что если дискретизация проведена с частотой Шеннона
то число точек
Если же, как иногда делается с целью более наглядного представления дискретизованного сигнала, частота дискретизации больше частоты Шеннона, то
Следовательно, чаще всего лучше выбирать
а не
Итак, в большинстве случаев можно проводить дискретизацию усеченного сигнала, предполагая, что носитель спектральной функции совпадает с отрезком
и что
велико. Ясно, что необходимо проявлять осторожность при интерпретации полученных таким путем результатов.