时变系统
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时变系统(time-variant system)是指会随时间而改变的系统,也就是不满足时不变系统特性的系统。简单来说,其输出特性会显式的随时间而变化,换句话说,系统的特性会随时间而变化,因此,在系统在不同时间下给相同的输入,会有不同的结果。
简单例子
为了表明如何确定系统是时变系统,以下来看两个系统:
- 系统A:
- 系统B:
由于系统A除了与之外还显式地依赖于t所以它是时变系统,而系统B没有显式地依赖于时间t所以它是时不变的。
简介
针对线性时不变系统理论,有许多长久发展的技术可以分析系统特性,并处理系统的响应,例如拉普拉斯变换及傅里叶变换等,不过这些技术不一定适用在时变系统中。若系统随时间变化的速度比其时间常数要慢,一般会视为是时不变系统,在短暂的时间尺度下接近时间常数。其中一个例子是电子零件的老化及磨损,一般的时间尺度是以年为单位,其每天观测的特性和时不变系统不会有显著的差异,此时可以等效为时不变系统,不过若以年为单位来看,其参数及特性会改变。有时时变系统的系统可能会快速变化,每一次观测时都有明显的变化,此时可能会比较接近非线性系统。
以下的现象是时变系统的特性:
- 系统会显式的随时间而变化。
- 系统没有一般定义下的冲激响应。
- 系统不是固定的
时变系统的例子
以下的时变系统无法假设为时不变系统:
- 飞机:在起飞、巡航及降落时,其控制表面有不同的组态,而且因为燃料的消耗,其质量也不是定值,因此属于时变系统。
- 地球对日射积的热响应会随地球反照率以及大气中温室气体的量而变化
- 人的声道是时变系统,其特定时间下的传递函数会随口腔的形状而改变。就像和任何充满液体的管子一样,共振(称为共振峰)会随口腔器官(例如舌及软颚)的移动而改变。声道的数学模型是时变的,其传递函数会用各时间,不同状态下传递函数的线性插值而得。
- 线性关系时变程序(例如振幅调变)其时间尺度类似输入信号,甚至比输入信号快很多。实务上振幅调变会常用非线变非线性元件(例如二极管)来实现。
- 常用在现代信号处理的离散小波变换是时变的,因为其中会用到降采样的处理。