3.7.       Эффект Гиббса

Большинство методов анализа и обработки данных представляют собой или имеют в своем составе операцию свертки множества данных x(k) с функцией оператора свертки h(n). Как множество данных x(k), так и оператор h(n), выполняющий определенную задачу обработки данных и реализующий определенную частотную передаточную функцию системы (фильтра), могут быть бесконечно большими. Практика цифровой обработки имеет дело только с ограниченными множествами данных (k=0,1,2,…,K) и коэффициентов оператора (n = 0,1,2,…,N или n = -N,…,1,0,1,…,N для двусторонних операторов).

В общем случае, эти ограниченные множества «вырезаются» из бесконечных множеств x(k) и h(n), что равносильно умножению этих множеств на прямоугольную функцию с единичным амплитудным значением, которую называют естественным временным окном или естественной весовой функцией. Так как произведение функций отображается в спектральной области сверткой их фурье-образов, это может весьма существенно сказаться как на спектральных характеристиках функций, так и на результатах их последующих преобразований и обработки. Основное назначение рассматриваемых весовых функций – сведение к минимуму нежелательных эффектов усечения функций.

Чаще всего с изменением частотных характеристик функций приходится сталкиваться при усечении операторов фильтров. На примере усечения операторов и рассмотрим характер происходящих изменений.

При расчетах фильтров, как правило, задается определенная частотная передаточная характеристика  фильтра, и по ней производится расчет оператора фильтра h(n), количество членов которого может оказаться очень большим. даже толь

ко по значимым значениям. Усечение может рассматриваться как результат умножения функции оператора фильтра на селектирующее весовое окно длиной 2N + 1. В простейшем случае это окно представляет собой П-образную селектирующую функцию:

.

Функция h(n) оператора фильтра, в пределе бесконечная, обуславливает определенную частотную передаточную характеристику фильтра . Полному оператору h(n) соответствует исходная частотная передаточная характеристика , представляющая собой ДПФ от полного оператора:

.

Если абстрагироваться от тактовой частоты цифрового фильтра и перейти к относительному времени, то можно предположить, что D=1, тогда частотная передаточная характеристика будет иметь вид:

.                                       (3.62)