Кіріспе

Уақыт-жиілік бейнелеуі (TFR) – сигналдың (уақыттың функциясы ретінде қарастырылатын) уақыт және жиілік бойынша көрсетілуі. Уақыт-жиілік талдау – TFR арқылы ұсынылған уақыт-жиілік доменіне жасалатын талдау. Бұл көбінесе "Уақыт-Жиілік Бөлісуі" деп аталатын, TFD деп қысқартылатын формула қолдану арқылы қол жеткізіледі. TFR көбінесе уақыт және жиілік бойынша күрделі мәнді өрістер болып табылады, онда өрістің модулі амплитуданы немесе "энергия тығыздығын" (уақыт және жиілік бойынша орташа квадраттың концентрациясы) көрсетеді, ал өрістің аргументі фазаны көрсетеді.

Негізгі фактілер және мотивация

Уақыттың функциясы ретінде сигнал, уақытты толық ажырату қабілетіне ие бейнелеу ретінде қарастырылуы мүмкін. Ал, сигналдың Фурье түрлендірілімінің (ФТ) амплитудасы, тамаша спектрлік ажыратымдылыққа ие, бірақ уақыт туралы ешқандай ақпаратты қамтамайды, себебі ФТ амплитудасы жиілік құрамын көрсетеді, бірақ сигналдағы әртүрлі оқиғалардың қай уақытта орын алғанын көрсетпейді. Уақыт-жиілік түрлендірілімдері (TFR) осы екі бейнелеу арасындағы байланыс құралы болып табылады, өйткені олар бір уақытта уақыт және спектрлік ақпаратты ұсынады. Сондықтан, TFR-лер уақыт өзгеретін бірнеше жиіліктерді қамтитын сигналдарды бейнелеу және талдау үшін пайдалы.

ТФР және ТФД-ны қалыптастыру

TFR (немесе TFD) бір түрін сигналдың өзін өзімен көбейту арқылы, әр уақыт мезгілінде әртүрлі бағытта кеңейту арқылы құруға болады. Мұндай бейнелеулер мен формулалар квадраттық немесе "билинеарлық" TFR немесе TFD (QTFR немесе QTFD) деп аталады, себебі бейнелеу сигнал бойынша квадраттық болып келеді (қараңыз: Билинеарлық уақыт-жиілік үлестірімі). Бұл формуланы алғаш рет 1932 жылы Эжен Вигнер кванттық механика саласында сипаттады, ал кейін 1948 жылы Виль оны жалпы TFR ретінде қайта тұжырымдап, қазір Вигнер-Виль үлестірімі деп танылатын нәрсені жасады. Вильдің формуласы Вильдің еңбегінде анықталған аналитикалық сигналды қолдану қажеттігін көрсетті, осылайша бейнелеу ретінде және практикалық талдау үшін оның тиімділігі қамтамасыз етілді. Бүгінгі күні QTFR-ге спектрограмма (қысқа уақыттық Фурье түрлендіруінің квадраттық шамасы), скалеграмма (Wavelet түрлендіруінің квадраттық шамасы) және тегістелген псевдо-Вигнер үлестірімі кіреді. Квадраттық TFR бір мезгілде толық уақыттық және жиіліктік ажыратымдылықты ұсынса да, трансформациялардың квадраттық сипаты "қиылысқан терминдер" деп аталатын арқауларды тудырады. TFD және TFR-дің билинеарлық құрылымынан туындаған қиылысқан терминдер кейбір қолданымдарда, мысалы, жіктеуде пайдалы болуы мүмкін, себебі олар тану алгоритміне қосымша мәліметтер береді. Дегенмен, кейбір басқа қолданымдарда бұл қиылысқан терминдер кейбір квадраттық TFR-лерге кедеріл келтіруі мүмкін және оларды азайту қажет. Мұны істеудің бір жолы – сигналды басқа функциямен салыстыру. Мұндай нәтижелер сызықтық TFR деп аталады, өйткені бейнелеу сигнал бойынша сызықтық болып табылады. Мұндай бейнелеудің мысалы – терезеленген Фурье түрлендіруі (сонымен қатар қысқа уақыттық Фурье түрлендіруі деп те аталады), ол сигналды терезе функциясымен модуляциялау арқылы локализациялайды, содан кейін терезе аймағындағы сигналдың жиілік құрамын алу үшін Фурье түрлендіруін орындайды.

Толқындық трансформациялар

Толқындық трансформациялар, әсіресе үздіксіз толқындық трансформация, сигналды уақыт және жиілік бойынша локалданылған толқындық функциялар арқылы кеңейтеді. Осылайша, сигналдың толқындық трансформациясы уақыт және жиілік тұрғысынан да бейнеленуі мүмкін. Толқындық трансформациядан TFR құруға қолданылатын уақыт, жиілік және амплитуда ұғымдары бастапқыда интуитивті жолмен дамытылды. 1992 жылы стационарлық фаза жуықтауына негізделген осы қатынастардың сандық туындысы жарияланды.

Сызықтық каноникалық түрлендіру

Сызықтық каноникалық түрлендірулер – симплектикалық форманы сақтайтын уақыт-жиілік өкілдігінің сызықтық түрлендірулері. Оларға Фурье түрлендіруі, бөлшекті Фурье түрлендіруі және басқалары кіреді, сонымен қатар оларды жалпылайды, осылайша осы түрлендірулердің уақыт-жиілік саласындағы әсері тұрғысынан біртұтас көрініс береді.