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1
T1 = 2
T2 = 5
t = np. arange ( 0, T1 * T2, dt)
signal = 2 * np. cos ( 2 * np. pi / T1 * t) + np. sin ( 2 * np. pi / T2 * t)
# affichage du signal
plt. plot ( t, signal)
# calcul de la transformee de Fourier et des frequences
fourier = np. fft ( signal)
n = signal. size
freq = np. fftfreq ( n, d = dt)
# affichage de la transformee de Fourier
plt. plot ( freq, fourier. real, label = "real")
plt. imag, label = "imag")
plt. legend ()
Fonction fftshift ¶
>>> n = 8
>>> dt = 0. 1
>>> freq = np. fftfreq ( n, d = dt)
>>> freq
array([ 0., 1. 25, 2. 5, 3. 75, -5., -3. 75, -2. 5, -1. 25])
>>> f = np. fftshift ( freq)
>>> f
array([-5., -3. 25, 0., 1. 75])
>>> inv_f = np. ifftshift ( f)
>>> inv_f
Lorsqu'on désire calculer la transformée de Fourier d'une fonction \(x(t)\) à l'aide d'un ordinateur, ce dernier ne travaille que sur des valeurs discrètes, on est amené à:
discrétiser la fonction temporelle,
tronquer la fonction temporelle,
discrétiser la fonction fréquentielle.
Le module convertit le domaine temporel donné en domaine fréquentiel. La FFT de longueur N séquence x[n] est calculée par la fonction fft(). Par exemple, from scipy. fftpack import fft
import numpy as np
x = ([4. 0, 2. 0, 1. 0, -3. 5])
y = fft(x)
print(y)
Production: [5. 5 -0. j 6. 69959347-2. 82666927j 0. 55040653+3. 51033344j
0. 55040653-3. 51033344j 6. 69959347+2. 82666927j]
Nous pouvons également utiliser des signaux bruités car ils nécessitent un calcul élevé. Par exemple, nous pouvons utiliser la fonction () pour créer une série de sinus et la tracer. Pour tracer la série, nous utiliserons le module Matplotlib. Voir l'exemple suivant. import
import as plt
N = 500
T = 1. 0 / 600. 0
x = nspace(0. 0, N*T, N)
y = (60. 0 * 2. 0**x) + 0. 5*(90. 0**x)
y_f = (y)
x_f = nspace(0. 0/(2. 0*T), N//2)
(x_f, 2. 0/N * (y_f[:N//2]))
()
Notez que le module est construit sur le module scipy. fftpack avec plus de fonctionnalités supplémentaires et des fonctionnalités mises à jour. Utilisez le module Python pour la transformée de Fourier rapide Le fonctionne de manière similaire au module.
On préfère souvent l'étudier sur $L^2(\mathbb R)$
(définition via le théorème de Plancherel), sur l'espace de Schwartz des fonctions à décroissance rapide, ou encore sur l'espace des distributions tempérées. La transformée de Fourier permet de résoudre des équations différentielles, ou des équations de convolution, qu'elle transforme en équations algébriques. Consulter aussi...
\end{array}$$
En outre, pour tout $f$ de $L^1(\mathbb R)$, on prouve que $\hat f$ est continue et que $\hat f$ tend vers 0 en l'infini. Enfin, si f est $\mathcal C^k$, il existe une constante $A>0$ telle que:
$$\forall x\in \mathbb R, \ |\hat f(x)|\leq \frac A{(1+|x|)^p}. $$
On dit que la transformée de Fourier échange la régularité et la décroissance en l'infini. Transformées de Fourier classiques
Inversion de la transformée de Fourier
Sous certaines conditions, il est possible d'inverser la transformée de Fourier, c'est-à-dire de retrouver $f$ en connaissant $\hat f$. Théorème: Si $f$ et $\hat f$ sont tous deux dans $L^1(\mathbb R)$, on pose:
Alors $g$ est une fonction continue sur $\mathbb R$, et $g=f$ presque partout. On en déduit que deux fonctions intégrables qui ont même transformée de Fourier sont égales presque partout. $L^1(\mathbb R)$ n'est pas forcément le meilleur cadre pour définir la transformée de Fourier, car
$L^1(\mathbb R)$ n'est pas stable par la transformée de Fourier.
Exemples simples ¶
Visualisation de la partie réelle et imaginaire de la transformée ¶
import numpy as np
import as plt
n = 20
# definition de a
a = np. zeros ( n)
a [ 1] = 1
# visualisation de a
# on ajoute a droite la valeur de gauche pour la periodicite
plt. subplot ( 311)
plt. plot ( np. append ( a, a [ 0]))
# calcul de A
A = np. fft. fft ( a)
# visualisation de A
B = np. append ( A, A [ 0])
plt. subplot ( 312)
plt. real ( B))
plt. ylabel ( "partie reelle")
plt. subplot ( 313)
plt. imag ( B))
plt. ylabel ( "partie imaginaire")
plt. show ()
( Source code)
Visualisation des valeurs complexes avec une échelle colorée ¶
Pour plus d'informations sur cette technique de visualisation, voir Visualisation d'une fonction à valeurs complexes avec PyLab. plt. subplot ( 211)
# calcul de k
k = np. arange ( n)
# visualisation de A - Attention au changement de variable
plt. subplot ( 212)
x = np. append ( k, k [ - 1] + k [ 1] - k [ 0]) # calcul d'une valeur supplementaire
z = np. append ( A, A [ 0])
X = np.
array ([ x, x])
y0 = np. zeros ( len ( x))
y = np. abs ( z)
Y = np. array ([ y0, y])
Z = np. array ([ z, z])
C = np. angle ( Z)
plt. plot ( x, y, 'k')
plt. pcolormesh ( X, Y, C, shading = "gouraud", cmap = plt. cm. hsv, vmin =- np. pi, vmax = np. pi)
plt. colorbar ()
Exemple avec a[2]=1 ¶
Exemple avec a[0]=1 ¶
Exemple avec cosinus ¶
m = np. arange ( n)
a = np. cos ( m * 2 * np. pi / n)
Exemple avec sinus ¶
Exemple avec cosinus sans prise en compte de la période dans l'affichage
plt. plot ( a)
plt. real ( A))
Fonction fftfreq ¶
renvoie les fréquences du signal calculé dans la DFT. Le tableau freq renvoyé contient les fréquences discrètes en nombre de cycles par pas de temps. Par exemple si le pas de temps est en secondes, alors les fréquences seront données en cycles/seconde. Si le signal contient n pas de temps et que le pas de temps vaut d:
freq = [0, 1, …, n/2-1, -n/2, …, -1] / (d*n) si n est pair
freq = [0, 1, …, (n-1)/2, -(n-1)/2, …, -1] / (d*n) si n est impair
# definition du signal
dt = 0.