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[]lti系统的频域分析
5.3 LTI系统输出的相关函数和频谱 输入信号x(n)和输出信号y(n)的互能量密度普 输出信号y(n)的能量密度普 输出信号的总能量 5.4 作为频率选择滤波器的线性时不变系统 滤波器:用来描述一个设备,根据作用于输入端的对象的某些属性进行分辨过滤,以让某部分通过它 频率选择滤波器:在某些频段的频率分量的信号可以通过,而包含在其他频段的频率分量中的信号将被衰减 线性时不变系统和滤波器是同义的 5.4.1 理想滤波特性 根据频域特性,滤波器分为低通、高通、带通、带阻、全通滤波器 理想滤波器的特性: - 常数增益(通常是单位增益)的带通特性,而在带阻部分的增益为零 - 线性相位特性 理想滤波器在物理上是不可实现! 例: 不是因果,也不是绝对可和 → 不稳定 z平面极点、零点位置和数字滤波器设计 z平面极点、零点位置和数字滤波器设计 放置极、零点的基本原则: - 在单位圆上对应于需要加强频率的点附近放置极点 - 在需要拉低的频率点处附近放置零点 约束: 1:所有的极点必须放置在单位圆内,零点可以放在任何位置 2:所有复值的极、零点必须以共轭的形式出现 线 5.4.2 低通、高通和带通滤波器 高通滤波器的零-极点模型 低通滤波器的零-极点模型 单极点低通滤波器 系统函数 幅度响应 相位响应 单极点低通滤波器 通过将低通滤波器的 零极点位置在z平面关于 虚轴进行反转(折叠), 就可以得到简单的 高通滤波器 幅度响应 相位响应 5.4.3 数字谐振器 幅度响应 相位响应 可利用两极点带通滤波 器的两个极点以复共轭对 的形式来表示。如:语音信号 5.4.4 槽口滤波器 包含n个深槽口的滤波器,在特定点的频率响应为零(如: ) 单位圆的角 处引入复共轭的零点方式来产生 应用范围:语音信号处理领域(共振) 槽口滤波器的频率响应特性 幅度响应 相位响应 在零点附近引入极点 的方式来调整槽口宽带 极点产生实际的共振 多次调整的方式来 产生共振 优点:结构简单 缺点:调试难 5.4.5 梳状滤波器 FIR滤波器的系统函数: 用zL来代替z,就可以构造梳状滤波器 梳状滤波器的频率响应: 重复性! HL(ω)的频率特性仅仅是在区间[0, 2π]内的L阶重得 例:L=5 例:M=3, L=3的FIR梳状滤波器的结构图 5.4.6 全通滤波器 定义:对所有频率具有常数幅度响应的系统 应用范围:延迟系统 特征:原始信号不改变,只延迟k单位 全通滤波器系统函数的一般形式: 全通滤波器的极点和零点互为倒数 系统的相位响应达不要求时此滤波器来补偿 5.4.7 数字正弦振荡器 又称为数字正弦信号发生器 数字频率合成器的基本单元 现有一个二阶系统的系统函数: 其中, 采用频率为 且, 。因此 且 数字正弦信号发生器 系统函数的描述: 差分方程: 5.5 逆系统和去卷积 5.5.1 线性时不变系统的可逆性 逆系统 = 纠错系统 条件:输入和输出信号为一一对应 在z域原系统和逆系统的关系: 如, 是FIR(全极点)系统,则 是全极点(FIR)系统 因果稳定系统的全部极点必须位于单位圆内, 但零点可以位于任意位置 最小相位系统(滤波器): 全部零点位于单位圆内,Hmin(z) 最大相位系统(滤波器): 全部零点位于单位圆外,Hmax(z) 5.5.2 最小相位、最大相位及混合相位系统 最小相位系统的性质: (1) 任何一个因果稳定的系统均可以用一个最小相位滤波器和一个全通滤波器级联构成 (2) 对同一系统函数幅频特性相同的所有因果稳定系统中,最小相位系统的相位延迟最小 (3) 最小相位系统保证它的逆系统因果稳定 5.5.3 系统辨识与去卷积 可以利用输入序列x(n)来激励一个未知的时不变系统,并观察输出序列y(n) 辨识未知系统方法:去卷积 进行Z变换(去卷积) ? * ? * ? * ? * 延边大学工学院 电子信息通信学科 许一男 第5章 LTI系统的频域分析 5.1 线性时不变系统的频域特性 5.1.1 对复指数和正弦信号的响应:频率响应函数 频率响应:描述线性时不变系统的频域特性 - 频率变量 的函数来描述 - 的函数是系统冲激响应 的傅里叶变换 线性时不变系统对任意输入信号x(n)的响应、 输入-输出关系的卷积公式: - 单位采样响应: 激励系统的复指数信号表示: 频域特性 A是幅度, 是限制在频率区间 上的任意频率 代入之后可以得到输出响应: 频率变量 的函数 复指数信号的响应可以写成: 其中
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