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【01】小波变换-Morlet


Tips

Morlet小波实部、虚部傅里叶分析结果,可供自己参考。
参考文献:唐向宏, 李齐良. 时频分析与小波变换[M]. 科学出版社, 2008. P117~134

一、小波变换带通性

从频域看,由于 ψ ^ ( ω ) ∣ ω = 0 = ∫ − ∞ ∞ ψ ( t ) d t = 0 \hat{\psi}(\omega)|_{\omega=0}=\int_{-\infty}^{\infty}\psi(t)\mathrm{d}t=0 ψ^(ω)ω=0=ψ(t)dt=0,因此基小波 ψ ( t ) \psi(t) ψ(t)的频谱局限在一个”小“的频带内,即具有带通性。因而小波函数 ψ a , b ( t ) \psi_{a,b}(t) ψa,b(t)也具有带通性,由傅里叶变换尺度及性质:
s ( t ) ⟶ F s ^ ( ω ) s ( a t ) ⟶ F 1 ∣ a ∣ s ^ ( ω a ) (1) s(t)\stackrel{F}{\longrightarrow}\hat{s}(\omega) \qquad s(at)\stackrel{F}{\longrightarrow}\frac{1}{|a|}\hat{s}\left(\frac{\omega}{a}\right)\tag{1} s(t)Fs^(ω)s(at)Fa1s^(aω)(1)
理论上,当修改参数因子 a {a} a的时候, ψ a , b ( t ) \psi_{a,b}(t) ψa,b(t)的带通宽度也随着改变,从上式可以看出,当 a {a} a变大的时候,频谱的宽度越宽,频谱高度越小。
但是在下面的代码中,由于限定了高斯函数的 σ \sigma σ,使得高斯函数的方差不变,因此导致了小波变换的频域不随之改变。

基小波 ψ ( t ) \psi(t) ψ(t)的时窗中心和半窗宽分别为 t 0 ∗ t^*_{0} t0 Δ ψ \Delta_{\psi} Δψ ψ ^ ( ω ) \hat{\psi}(\omega) ψ^(ω)的频窗中心和半窗宽分别为 ω ψ ^ 0 \omega^0_{\hat\psi} ωψ^0 Δ ψ ^ \Delta_{\hat\psi} Δψ^ ψ a , b ( t ) \psi_{a,b}(t) ψa,b(t)的时窗中心和半窗宽分别为 t 0 t_{0} t0 Δ ψ a , b \Delta_{\psi_{a,b}} Δψa,b ψ ^ a , b ( ω ) \hat{\psi}_{a,b}(\omega) ψ^a,b(ω)的频窗中心和半窗宽分别为 ω ψ ^ a , b 0 \omega^0_{\hat{\psi}_{a,b}} ωψ^a,b0 Δ ψ ^ a , b \Delta_{\hat{\psi}_{a,b}} Δψ^a,b。上面参数的计算结果如下:
t 0 = a t 0 ∗ + b , Δ ψ a , b = a Δ ψ , Δ ψ ^ a , b = Δ ψ ^ a , ω ψ ^ a , b 0 = ω ψ ^ 0 a (2) t_0=at^*_{0}+b \quad, \Delta_{\psi_{a,b}}=a\Delta_{\psi} \quad, \Delta_{\hat{\psi}_{a,b}}=\frac{\Delta_{\hat\psi}}{a} \quad,\omega^0_{\hat{\psi}_{a,b}}=\frac{\omega^0_{\hat\psi}}{a}\tag{2}

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