zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 线性时不变系统的频率选择滤波器

    通常线性是不变系统根据频率响应H(w)来改变输入信号频谱X(w),产生的频谱为:Y(w) = H(w)X(w)的输出信号

    首先看下理想滤波器

    给图给真相:

    wps_clip_image-14271 wps_clip_image-26578

    理想滤波器特性:

    1、具有常数增益的带通特性,带阻部分增益为0;

    2、线性相位响应。

    来看下线性相位响应产生的原因:

    例子:

    理想滤波器频率响应:wps_clip_image-24517

    (常数增益的带通特性,带阻部分增益为0)

    输出信号:

    wps_clip_image-13332

    傅里叶变换的缩放与时移性wps_clip_image-17569

    可见滤波器输出只是幅度缩放与延时 不认为是信号失真

    这里提到的时移性这儿来回顾下:

    时间域向右平移相当于相位减小即矢量顺时针旋转

    这儿有个’单位延时‘概念  即相位对频率的倒数wps_clip_image-25791

    (相频特性: wps_clip_image-24708

    求到后为常数n 可见所有输出的频率分量的延迟都一样

    总结:理想滤波器有线性相频特性,有常数幅频特性

    理想滤波器的冲击响应:

    wps_clip_image-9353

    1.可见此滤波器非因果也不绝对可和 故是不稳定的,不可物理实现。(附录A B)

    在Z平面放置 零点 极点 改变 频率响应 从而实现 简单滤波器设计

    首先看下频率响应函数的计算(零极点方式)

    wps_clip_image-3953

    两边同乘e

    wps_clip_image-21247

    用复数形式表示 可分解出相位与幅值

    wps_clip_image-16371

    wps_clip_image-17647

    幅值:

    wps_clip_image-14943各项幅值相乘

    相位:

    wps_clip_image-21780

    相角为相加   都是乘 wps_clip_image-15195  矢量正方向旋转

    除号为wps_clip_image-12034的-1次幂  矢量反方向旋转 相角相减

    Z:零点

    P:极点

    可见知道零极点就可以计算出频率响应

    几何解释:(力推)

    wps_clip_image-17290

    A:极点

    B:零点

    L:由w确定的e

    这个式子的向量表示

    wps_clip_image-20142

    得:

    wps_clip_image-19838

    wps_clip_image-16649

    相角相减

    幅值相除

    总结:L随着频率在变

    可见当频率靠近零点时 响应的幅值变小(做分母的缘故) 

    当频率靠近极点时 响应的幅值变大(做分子)

    在极点附近放零点可以抵消极点影响 ,反之依然

    啦啦啦  数字滤波器 出现啦!!!!

    了解啦零极点对频率响应的影响 来看下则么运用这些性质设计我么想要的滤波器。

    重中之重:

    放置零极点的基本原则:

    在单位圆上 对需要 加强的频率点附近加上极点 对需要减弱的频率点附近加上零点。为啦系统可实现性 还有两条约束

    1.为了使系统稳定 所有极点必须放置在单位圆内,而零点没要求 WHY?(附录C)

    2.是滤波器系数是实数 所有复数的零点与极点必须以共轭复数形式出现。(相乘为实数嘛)

    低通 高通 滤波器

    wps_clip_image-29138

    幅频 相频关系:

    低通:

    wps_clip_image-994

    在-1处加零点可使 角频率为wps_clip_image-17016的幅值降为零

    wps_clip_image-9754

    高通:低通零极点对折 (虚轴)

    wps_clip_image-25588

    wps_clip_image-23378

    wps_clip_image-24801

    至于因果性如何 推出 前两结论 (待学习)

    实际滤波器特性:

    wps_clip_image-20968

    设计要求:

    最大允许带通纹波

    最大允许带阻纹波

    带通截止频率

    带阻截止频率

    相关概念回顾

    附录A

    因果系统定义:

    它在n时刻的输出只依赖当前与故去的输入而不依赖将来的输入

    如何验证因果性:

    在线性时不变系统中 因果性可以看做是冲击响应的范围的条件

    来看下n=n0的输入输出关系:同样用到卷积公式:

    wps_clip_image-25703

    根据因果的定义展开:

    wps_clip_image-22140

    根具定义大于N0的输出部分应该为0;因此冲击响应h小于0部分应为0.

    wps_clip_image-10525

    总结:一个LTI系统是因果的,当且仅当它的冲击响应在N为负时为0;

    因果性的必须性: 在实时信号处理中 我们无法获得输入信号的将来值

    在计算当前的输出时我们只有当前与过去的输入值可用。

    附录B

    稳定性:

    BIBO稳定:当且仅当任何有界输入X 他的输出序列Y都是有界的。

    如何来验证BIBO:

    X有界:

    wps_clip_image-15951

    通过卷积公式联系X,Y

    wps_clip_image-103

    绝对值不等式转换;

    wps_clip_image-31298

    wps_clip_image-15549

    带入X的边界值

    wps_clip_image-21463

    我们要保证的是Y 有边界值

    则:wps_clip_image-26324   冲击响应要   绝对可和

    附录C

    因果信号的时域行为与极点位置

    因果信号的内容可用于因果LTI系统 因为 此系统的脉冲响应是因果信号

    观点:因果信号的行为特性取决于他的极点的位置

    极点:是指一个z值使使的X(z)为无穷

    我们关注无穷而没关注0是应为 稳定性的定义(BIBO) 要有限要收敛 不可无穷。

    无穷与有限只是一步之隔,来看下

    Z变化的定义;

    wps_clip_image-2348

    wps_clip_image-9131

    当极点>1时这不符合BIBO,不是我们想要的 无界导致数字系统的丄溢。

    极点离原点越近 衰减越快

    这里给出两个例子:

    wps_clip_image-21836

    wps_clip_image-27644

  • 相关阅读:
    noip2018练习总结
    东方CannonBall (概率DP)
    数论
    逆序对
    USACO5.3 校园网Network of Schools(Tarjan缩点)
    USACO09FEB 改造路Revamping Trails(分层图模板)
    Comet OJ模拟赛 Day1
    Tarjan模板
    NOIP 天天爱跑步(树上差分)
    树上差分
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/chunge2050/p/3159102.html
Copyright © 2011-2022 走看看