Аппроксимация функций с финитным спектром

 

Рассмотрим теперь возможность аппроксимации с заданной точностью
ε > 0 на отрезке [0, T] функции при помощи конечного числа членов ряда Котельникова (2.3). Очевидно, что такая возмож­ность существует, поскольку ряд (2.3) сходится равномерно в каждой ограниченной области. Таким образом, для каждого отрезка [0, T] и заданного ε > 0 можно указать такие числа i и т, что при 0 ≤ t ≤ T будет выполняться неравенство

(2.9)

Однако длительность mΔt интервала времени, на котором в данном случае берутся отсчеты, может значительно превосходить величину Т. Поэтому возникает вопрос о том, с какой точностью приближается функция , задаваемая рядом (2.3), если воспользоваться лишь некоторым фиксированным числом членов этого ряда.

Рассмотрим частную сумму ряда (2.3) при нечетном числе отсчетов, равном 2K + 1:

(2.10)

Введем невязку

(2.11)

Из (2.11) следует, что отбрасывание «хвостов» ряда Котельникова приводит к среднеквадратической ошибке аппроксимации ФФС. Эта ошибка равна энергии «хвостов».

Для оценки погрешности, возникающей при замене ряда Котельнико­ва частной суммой вида (2.10), целесообразно ввести определенные предположения относительно скорости убывания функции f(t) при |t| → ∞.

Предположим, что

(2.12)

(для удобства вместо [0, Т] рассматривается отрезок [-T/2, T/2]).

Используя результаты работ [4, 12], не сложно показать, что ограничение (2.12) приводит к следующей оценке

(2.13)

Анализ функции εK(t) показывает, что в точках она обращается в нуль, а ее максимумы растут по мере приближения к краям отрезка [-KΔt, KΔt].

Приведенные в данном подразделе результаты составляют основу аппроксимации функций, которые встречаются в задачах оценивания и могут быть отнесены к классу ФФС. Однако на практике у реальных функций спектр не может быть финитным. Таким образом, для построения адекватных моделей необходимо выяснить влияние отбрасываемых «хвостов» спектра функции на качество ее аппроксимаций.