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:
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:
(常数增益的带通特性,带阻部分增益为0)
输出信号:
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
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:
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)
两边同乘e
用复数形式表示 可分解出相位与幅值
幅值:
相位:
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)
A:极点
B:零点
L:由w确定的e
这个式子的向量表示
得:
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
幅频 相频关系:
低通:
高通:低通零极点对折 (虚轴)
至于因果性如何 推出 前两结论 (待学习)
实际滤波器特性:
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:
根据因果的定义展开:
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.
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:
通过卷积公式联系X,Y
绝对值不等式转换;
带入X的边界值
我们要保证的是Y 有边界值
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;
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: