S-преобразование

S-преобразова́ние — один из математических операционных методов отображения функции, зависящей от одной переменной, обычно от времени в частотно-временную область, разновидность оконного преобразования Фурье с гауссовской оконной функцией вида ${\displaystyle f\left(x\right)=ae^{-{b(x-c)^{2}}}}$.

S-преобразование имеет лучшее разрешение, чем преобразование Габора, но уступает по разрешению преобразованию Вигнера и билинейному время-частотному преобразованию.

Предложено в 1994 г. для анализа геофизических данных^[1][2].

В 2008 г.^[3] найден алгоритм быстрого S-преобразования, на несколько порядков сокращающий вычислительную сложность относительно прямого вычисления. Алгоритм быстрого S-преобразования свободно доступен по свободной лицензии^[4].

Определение

Математически S-преобразование определяется как оконное преобразование Фурье с гауссовой оконной функцией:

${\displaystyle S_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }x(\tau )|f|e^{-\pi (t-\tau )^{2}f^{2}}e^{-j2\pi f\tau }\,d\tau .}$

Обратное S-преобразование:

${\displaystyle x(\tau )=\int _{-\infty }^{\infty }\left[\int _{-\infty }^{\infty }S_{x}(t,f)\,dt\right]\,e^{j2\pi f\tau }\,df.}$

Общие замечания

Операционные методы (операционные исчисления) нашли широкое распространение при исследовании динамических систем. Наибольшую известность и применение получили преобразования Лапласа, Фурье, Z-преобразование, дифференциальные преобразования Пухова. Характерной особенностью всех операционных методов является такое преобразование сигналов и переменных интегро-дифференциальной математической модели динамической системы, при котором формируется алгебраическая модель системы, производится решение задачи, и на основе которых путём обратного операционного преобразования определяются решения исходной математической модели. Развитие фрактальных динамических систем, математическими моделями которых являются интегро-дифференциальные уравнения нецелых порядков, привело к необходимости создания и применения новых операционных методов, которые были бы применимы как к классическим динамическим системам целого порядка, так и к фрактальным системам. Одним из таких методов является метод, получивший название S-преобразования. Метод основан на использовании полиномиальной аппроксимации в качестве операционного исчисления^[5][6][7].

См. также

• Преобразование Лапласа
• Преобразование Фурье
• Оконное преобразование Фурье
• Z-преобразование
• Дифференциальные преобразования Пухова
• Интегральные преобразования
• Операционное исчисление
• Дробное исчисление