Fraksiyonel fourier dönüşümü

Matematikte, harmonik analiz alanında, kesirli Fourier dönüşümü (FRFT) Fourier dönüşümüne genelleştirilecek doğrusal dönüşümlerin bir ailesidir. Bu nedenle, -zaman ve frekans- arasında bir ara etki alanı için bir işlev dönüştürebilir - Fourier dönüşünde n'in bir tam sayı olması gerekmez n'inci kuvvet dönüşümü olarak da düşünülebilir. Onun uygulamaları faz geri alma ve örüntü tanıma için,filtre tasarımı ve sinyal analizi arasında değişir.

kesirli Fourier dönüşümü (FRFT) Fourier dönüşümüne genelleştirilecek lineer dönüşümlerin bir ailesidir.

FRFT  fraksiyonel konvolüsyon, korelasyon ve diğer işlemleri tanımına kullanılabilir ve aynı zamanda lineer kanonik dönüşümler(LCT) içine daha fazla genelleştirilebilir ve ayrıca Namias'ın.V. Namias, "The fractional order Fourier transform and its application to quantum mechanics," J. Inst. Appl. Math. 25, 241–265 (1980).    Green fonksiyonu için çözümü yardımıyla faz uzayı rotasyonları için FRFT'nin bir erken tanımı CondonE. U. Condon, "Immersion of the Fourier transform in a continuous group of functional transformations", Proc. Nat. Acad. Sci. USA  23, (1937) 158–164. tarafından verildi, Hermit polinomları üzerinde Wiener'in N. Wiener, "Hermitian Polynomials and Fourier Analysis", J. Mathematics and Physics 8 (1929) 70-73.   çalışması genelleştirildi.

Bağımsız birkaç araştırma grubu tarafından 1993 civarında yeniden icat edilene kadar ancak yaygın olarak kabul edilmemiştir.Luís B. Almeida, "The fractional Fourier transform and time-frequency representations," IEEE Trans. Sig. Processing 42 (11), 3084–3091 (1994). O zamandan beri, fraksiyonel fourier boyutunda sınırlı bant kabul edilen sinyalleri için, Shannon örnekleme teoremineRan Tao, Bing Deng, Wei-Qiang Zhang and Yue Wang, "Sampling and sampling rate conversion of band limited signals in the fractional Fourier transform domain," IEEE Transactions on Signal Processing, 56 (1), 158–171 (2008).A. Bhandari and P. Marziliano, "Sampling and reconstruction of sparse signals in fractional Fourier domain," IEEE Signal Processing Letters, 17 (3), 221–224 (2010).  olan ilgide büyük bir artış olmuştur.

"Kesirli Fourier dönüşümü" için tamamen farklı bir anlam frekansı alanı kesirli bir miktarda kaydırılarak ayrık bir Fourier dönüşümüne karşılık bir durumda  z-dönüşümü için aslında başka bir isim olarak ve özellikle Bailey ve SwartztrauberD. H. Bailey and P. N. Swarztrauber, "The fractional Fourier transform and applications," SIAM Review 33, 389-404 (1991). (Note that this article refers to the chirp-z transform variant, not the FRFT.)  tarafından tanıtıldı (bir doğrusal kesir tarafından giriş çarpılması) ve frekans noktalarının (örn. tayfı sadece küçük bir kısmı göz önünde bulundurarak) bir fraksiyonel kümesi de değerlendiriliyor. (Bu tür dönüşümler Bluestein FFT algoritması tarafından verimli bir şekilde değerlendirilebilir.) Bu terminoloji teknik edebiyatının en kullanım dışına çıkmış,yani, FRFTJ. Shi, N.-T. Zhang, and X.-P. Liu, "A novel fractional wavelet transform and its applications," Sci. China Inf. Sci. vol. 55, no. 6, pp. 1270-1279, June 2012. URL: http://www.springerlink.com/content/q01np2848m388647/  tercih edilecek Bu makalenin geri kalanında FRFT olarak geçecek. Fourier dönüşümünün bir genelleştirmesi ile ilgili cıvıltı dönüşümünede ayrıca bakılmalıdır.

 Tanım 
Sürekli Fourier fonksiyonu bir  dönüşümü halinde  ile gösterilir, , daha sonra, genel olarak, benzer şekilde, ;benzer şekilde,  dönüşümü ters n'inci gücü gösterir.FRFT ile gösterilen tam sayı olmayan herhangi bir gerçek sayı için  herhangi gerçel sayı  üslerin idare ve özelliklerine sahip su tanıma uzanır:

olduğunda, bir tam sayıdır, ve:


Daha spesifik olarak, 
denklemi ile ifade edilir:

unutmadan, bu tam olarak sürekli bir Fourier dönüşümü tanımı haline gelir ve bunun tersi   sürekli bir Fourier dönüşümü tanımına dikkat edilmelidir.
çünkü yukarıda ayrışan kotanjant ve cosekant fonksiyonlarına bakılırsa bu ifade daha sonra, katlı bir tam sayı olmaktadır. Bununla birlikte, bu limit alınabilir ve bu integral Dirac delta fonksiyonu'na neden olabilir, kolayca ve sırasıyla, , 
veya basitçe  veya  için  bir çift veya tek katlı , olarak sayılmalıdır.
 İlgili dönüşümler 
Yine benzer dönüşümler için ayrık Fourier dönüşümü veya ayrık fraksiyonal Fourier dönüşümü ile ilgili
Zeev Zalevsky tarafından tanımlanan fraksiyonel genellemeler vardır.

 Özellikler 
 operatörünün özellikleri var:
FT kuvvetleri ile uyum : Eğer  ise, burada k  bir tam sayı ise

 Genelleme 
Fourier dönüşümü aslında bozonik'tir; çünkü bu üstüstelik kuralları ve ilişkili girişim desenleri ile çalışır, ayrıca bir fermiyonik Fourier dönüşümüdür.Hendrik De Bie, Fourier transform and related integral transforms in superspace (2008), 
http://www.arxiv.org/abs/0805.1918   Burada  bir süpersimetrik FRFT içinde genelleştirme ve bir süpersimetrik Radon dönüşümü,ayrıca bir fraksiyonel Radon dönüşümü, bir simplektik FRFT ve bir simplektik dalgacık dönüşümüdür.Hong-yi Fan and Li-yun Hu, Optical transformation from chirplet to fractional Fourier transformation kernel (2009), http://www.arxiv.org/abs/0902.1800  Çünkü kuantum devreleri birim işlemci üzerinde temellidir, ayrıca ikinci olarak integral dönüşümlerini hesaplamak için kullanılan bir fonksiyon uzayı üzerinde birim işlemcidir. Bir kuantum devresi FRFT uygulamak için tasarlanmıştır.Andreas Klappenecker and Martin Roetteler, Engineering Functional Quantum Algorithms (2002), http://www.arxiv.org/abs/quant-ph/0208130 

 Toplamsallık:herhangi gerçek açılar α, β,için

 Fraksiyonel çekirdek 
FrFT  bir integral dönüşümüdür

burada α-açı çekirdektir

(karekök  aralığı içinde yer alan sonuçların bileşenleri böyle tanımlanır).

burada yine özel durum eğer α yaklaşıklığı  π'nin birçoğul limit davranış ile oluşturuluyor ise,

FrFT'de  bazı çekirdek özellikleri olarak şunlar var:
 simetri: 
 ters eleman: 
 toplam: 

 Kesirli Fourier dönüşümünün Yorumlanması 

Fourier dönüşümünün herzamanki kullanılan şekli bir zaman domeni sinyalinin bir frekans domeni sinyaline dönüşümüdür. Diğer taraftan, ters Fourier dönüşümü ise frekans domeni sinyalini zaman domeni sinyaline dönüştürür. Görünen o ki, Kesirli Fourier dönüşümü bir sinyale (ya zaman ya da frekans domeni) sürekli zaman ve frekans domenine dönüştürülebilir, zaman-frekans domeni içinde bu bir döngüdür. Lineer kanonik dönüşüm tarafından genelleştirilen bir bakış açısıdır, bu kesirli Fourier dönüşümü  genelleştirilerek dönme dışındada frekans-zaman domeni, doğrusal dönüşümlerini sağlar.

Bir örnek olarak aşağıda Şekil alalım:sinyal zaman domeninde dörtgen ise(aşağıda), frekans domeni içinde bir sinc fonksiyon alınacak. Ancak kesirli Fourier dikdörtgen sinyaline dönüştürme uygularsanız, dönüşüm çıkış zaman ve frekans arasındaki bir domen olacaktır.

Aslında, kesirli Fourier dönüşümü zaman frekans dağılımı üzerine bir dönme işlemdir. Yukarıdaki tanımından α = 0 için, burada kesirli Fourier Dönüşümü uyguladıktan sonra herhangi bir değişiklik olmayacak ve bir Fourier dönüşümüne α = π/2 için, kesirli Fourier dönüşümü alınıyor. Buradaki zaman frekans dağılımını  π/2 ile döndürülür. α için diğer değer,α nın zaman frekans dağılımına göre kesirli Fourier dönüşümünün döngüsüdür. Aşağıdaki resim  αnın değişik değerleri ile birlikte kesirli Fourier'e dönüştüren sonuçları gösterir.

 Uygulama 

Fraksiyonel Fourier dönüşümü zaman frekans analizi ve DSP'de kullanılabilir. Bu gürültüyü filtrelemek için yararlıdır, ama zaman-frekans domeninde istenen sinyalin örtüşmemesi koşulu ile. Aşağıdaki örneği inceleyelim. Gürültüyü ortadan kaldırmak için doğrudan bir filtre uygulayamayız, ancak kesirli Fourier dönüşümü yardımıyla, öncelikle (istenilen sinyal ve gürültü dahil) sinyal döndürebiliriz. O halde sadece istenilen sinyali geçmesine izin verecek özel bir filtre uygulayabiliriz. Böylece gürültü tamamen kaldırılır. Sonra biz geri sinyale döndürmek için tekrar kesirli Fourier dönüşümünü kullanıyoruz ve istenilen sinyal alabiliyoruz.

Böylece, sadece zaman alanında  kesilme kullanılarak veya  eşdeğeri frekans domenindeki alçak geçiren filtre'lerle, herhangi bir konveks küme zaman-frekans alanını kesebilirsiniz;kesirli Fourier kullanılarak zaman domeni veya frekans domeninde yöntemleri kullanılarak sadece eksene paralel dikdörtgenler dışındaki kesimin dönüşümüne izin verir.

 Ayrıca bakınız 

Diğer zaman-frekans dönüşümleri:
 Lineer kanonik dönüşümler
 kısa-süreli Fourier dönüşümü
 Dalgacık dönüşümü
 Chirplet dönüşümü

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 
 DiscreteTFDs -- software for computing the fractional Fourier transform and time-frequency distributions
"Fractional Fourier Transform" by Enrique Zeleny, The Wolfram Demonstrations Project.
 Dr YangQuan Chen's FRFT (Fractional Fourier Transform) Webpages

 Kaynakça 



 A. W. Lohmann, "Image rotation, Wigner rotation and the fractional Fourier transform," J. Opt. Soc. Am. A 10, 2181–2186 (1993).
 Soo-Chang Pei and Jian-Jiun Ding, "Relations between fractional operations and time-frequency distributions, and their applications," IEEE Trans. Sig. Processing 49 (8), 1638–1655 (2001).
 Jian-Jiun Ding, Time frequency analysis and wavelet transform class notes, the Department of Electrical Engineering, National Taiwan University (NTU), Taipei, Taiwan, 2007.
 Saxena, R., Singh, K., (2005) Fractional Fourier transform: A novel tool for signal processing, J. Indian Inst. Sci., Jan.–Feb. 2005, 85, 11–26. https://web.archive.org/web/20110716112239/http://journal.library.iisc.ernet.in/vol200501/paper2/11.pdf.

Kategori:Fourier dönüşümü
Kategori:Fonksiyonlar
Kategori:Fourier analizi
Kategori:Zaman-frekans analizi
Kategori:İntegral dönüşümler