
【電】 pulse intergeation
impulse; pulse
【計】 pulse
【化】 pulse
【醫】 pulse
integral
【計】 integral
【化】 integral
【醫】 integration
脈沖積分(Pulse Integral)在信號處理、控制系統和物理學中是一個核心概念,指對脈沖函數(通常是狄拉克δ函數)進行積分運算的結果。其數學本質是系統對理想化瞬時激勵的累積響應。以下是詳細解釋:
脈沖函數 (Impulse Function/Dirac Delta Function)
符號:$delta(t)$
定義:在$t=0$時刻幅值無限大、寬度無限窄、積分為1的理想化函數:
$$ int_{-infty}^{infty} delta(t) , dt = 1 $$ 物理意義:模拟瞬時沖擊(如電路中的瞬态電流)。
脈沖積分 (Impulse Integral)
數學形式:
$$ y(t) = int_{-infty}^{t} delta(tau) cdot h(t - tau) , dtau = h(t) $$
其中 $h(t)$ 是脈沖響應 (Impulse Response),即系統對單位脈沖的時域輸出。
漢英對照:
系統特性表征
脈沖積分的結果 $h(t)$ 是線性時不變系統(LTI)的完整時域描述。例如:
信號恢複與濾波
通過脈沖積分可重建輸入信號:
$$ text{輸出} = int text{輸入信號} cdot text{時移脈沖響應} , dtau $$
應用于通信系統的信道均衡與噪聲抑制 。
領域 | 應用實例 | 脈沖積分作用 |
---|---|---|
控制系統 | 機器人軌迹跟蹤 | 計算電機對指令脈沖的扭矩累積響應 |
醫學成像 | MRI信號重建 | 通過脈沖響應反演組織密度分布 |
地震勘探 | 地下結構反演 | 解析震源脈沖的地層反射波疊加 |
(經典教材:第1章定義脈沖函數,第2章詳解卷積積分)
(中文權威:第3章“系統的時域分析”推導脈沖響應)
(工程應用:DOI 10.1109/TASLP.2020.3017895)
核心公式強調:
脈沖積分本質是線性系統的時域卷積:
$$ boxed{y(t) = int_{-infty}^{infty} x(tau) cdot h(t - tau) , dtau} $$
其中 $x(t)$ 為輸入信號,$h(t)$ 為脈沖響應。
“脈沖積分”是一個多領域交叉術語,具體含義需結合上下文理解。以下是不同學科中的常見解釋:
脈沖通常指狄拉克δ函數(Dirac delta function),其積分性質為: $$ int_{-infty}^{infty} delta(t) dt = 1 $$ 脈沖積分即對含δ函數的表達式積分,例如:
在控制系統分析中:
脈沖可表示瞬時作用力,積分結果對應沖量: $$ J = int F(t) dt $$ 若力為理想脈沖(如碰撞瞬間),積分結果即動量變化。
脈沖積分的核心是對瞬時或短時作用的量化,數學上依賴δ函數,應用上關聯繫統響應、能量計算等。需根據具體領域(如連續/離散系統、物理模型)選擇對應的分析方法。
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