38930

Линейные цифровые фильтры и их характеристики

Контрольная

Физика

Под термином цифровая фильтрация обычно понимают локальную цифровую обработку сигнала скользящим окном или аппертурой. Для каждого положения окна за исключением возможно небольшого числа крайних точек выборки выполняются однотипные действия которые определяют так называемый отклик или выход фильтра. Если действия определяющие отклик фильтра не изменяются в процессе перемещения по выборке сигнала то соответствующий фильтр называется стационарным. Различают линейную и нелинейную цифровую фильтрацию.

Русский

2013-09-30

47 KB

13 чел.

Линейные цифровые фильтры и их характеристики.

Под термином "цифровая фильтрация" обычно понимают локальную цифровую обработку сигнала скользящим окном или аппертурой. При этом полагают, что размер окна много меньше размера выборки обрабатываемого фрагмента сигнала. Для каждого положения окна, за исключением, возможно, небольшого числа крайних точек выборки, выполняются однотипные действия, которые определяют так называемый отклик или выход фильтра. Если действия, определяющие отклик фильтра, не изменяются в процессе перемещения по выборке сигнала, то соответствующий фильтр называется стационарным. В противном случае фильтр называется нестационарным. Различают линейную и нелинейную цифровую фильтрацию.

Линейная цифровая система описывается уравнением свертки

,

(2.1)

где x[n] - входная выборка, y[n] - выходная выборка, - импульсная характеристика системы. Передаточная функция линейной цифровой системы определяется выражением

,

(2.2a)

где

- z-преобразования входной и выходной выборок сигнала. Если умножить обе части равенства (2.1) на и просуммировать по n, можно получить выражение для передаточной функции линейной цифровой системы в виде

,

(2.2б)

где - импульсная характеристика системы.

Необходимое и достаточное условие устойчивости линейной цифровой системы часто записывается в виде неравенства для импульсной характеристики системы

.

(2.3)

Линейная цифровая система является физически реализуемой, если =0 при l<0.

Цифровые устройства, выполняющие преобразования вида (2.1) называются линейными цифровыми фильтрами. Линейный цифровой фильтр является финитной линейной цифровой системой, и, в общем случае, описывается уравнением

,

(2.4)

где {, } - коэфициенты фильтра. Обычно линейные цифровые фильтры подразделяют на фильтры низких частот, фильтры высоких частот, полоснопропускающие и полоснозаграждающие (режекторные) фильтры, амплитудные и фазовые фильтры-корректоры, гребенчатые фильтры и др. Первые четыре типа фильтров называют основными или базовыми типами фильтров. По своей конструкции линейные цифровые фильтры разделяют на рекурсивные и нерекурсивные (трансверсальные) фильтры. Коэфициенты трансверсальных фильтров или фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтров) удовлетворяют условиям:

{=1, =0 для всех i#0}.

Цифровые фильтры, которые не являются трансверсальными, называются рекурсивными или фильтрами с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтрами).

Передаточная функция линейного цифрового фильтра (2.4) имеет вид

.

(2.5)

Многочлены стоящие в числителе и знаменателе этого выражения можно представить в виде произведения и переписать передаточную функцию линейного цифрового фильтра (2.4) в следующем виде

.

(2.6)

Условие устойчивости линейного цифрового фильтра обычно записывают в виде неравенства:

,

i=0,1,...,I , т. е. полюса передаточной функции цифрового фильтра должны лежать внутри окружности единичного радиуса. Положение нулей передаточной функции {} на устойчивость фильтра не влияет, однако условие

|| ‹ 1, l=0,1,...,L 

определяет минимально-фазовый цифровой фильтр.

Частотная характеристика цифрового фильтра H(w)соответствует передаточной функции фильтра H(z) при , где T - интервал дискретизации, w = 2*3.14...*f - круговая частота. Поскольку экспоненциальная функция мнимого аргумента является периодической функцией частоты с периодом W = 2*3.14.../T, то частотная характеристика цифрового фильтра H(w) также является периодической функцией частоты с периодом W.

Вычисление коэфициентов цифрового фильтра удовлетворяющего заданным условиям принято называть проектированием (синтезом) фильтра, а устройство или программу, которая осуществляет преобразование цифровых сигналов - реализацией фильтра.

Постановка задачи проектирования цифрового фильтра следующая: априори задан модуль или квадрат модуля желаемой частотной характеристики фильтра. Требуется найти коэфициенты фильтра, квадрат модуля частотной характеристики которого удовлетворительно аппроксимирует квадрат модуля желаемой частотной характеристики при заданных ограничениях. В частности, такими ограничениями могут являться: тип фильтра, число коэффициентов (порядок) фильтра, ошибка аппроксимации и др. Ниже рассматриваются способы конструирования некоторых типов цифровых фильтров.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82968. Парниковый эффект 38.14 KB
  Экологи всех стран отмечают резкое потепление климата Земли. Данное изменение климата носит название парникового эффекта. Хотя изменения климата естественные или вызванные деятельностью человека так называемые антропогенные происходят сравнительно медленно они охватывают огромные регионы...
82969. Планирование персонала 83.5 KB
  Термин планирование персонала включает в себя все проблемы сферы персонала которые могут возникнуть в будущем. Планирование персонала во-первых служит целевому планированию потребностей в области персонала и во-вторых планированию мероприятий которые должны проводиться...
82970. ФИЗИОЛОГИЯ РЕФЛЕКСОВ 32.62 KB
  Большинство видов нервной регуляции эффекторов осуществляется через такие дуги которые широко варьируют по сложности. Более сложные формы нервной интеграции в основном имеют ту же природу. Однако межнейронные связи центральной нервной системы широко варьируют по сложности и благодаря...
82971. Функции и виды прибыли 152 KB
  Для каждого студента факультета экономики и финансов важнейшим и приоритетным направлением является глубокое изучение экономических дисциплин, в частности такого предмета, как экономика предприятия. Для достижения должного уровня познания данной дисциплины необходим системный подход к ее исследованию.
82972. Гигиена ротовой полости и питания 848.42 KB
  Цель гигиены состоит в предотвращении заболеваний, сохранении и укреплении здоровья, создании оптимальных условий для жизнедеятельности человека методами профилактики. Результатом поставленной цели можно считать оптимизацию условий труда и жизни человека вследствие снижения заболеваемости и т.п.
82973. ДЕЗИНФЕКЦИЯ. СВЕДЕНИЯ ПО ВЕТЕРИНАРНОЙ САНИТАРИИ И ДЕЗИНФЕКЦИИ 52.66 KB
  Дезинфекция слагается из двух последовательно осуществляемых приемов: механической очистки и собственно дезинфекции.Удалением загрязнений создают условия для последующего свободного доступа химических средств в случае проведения дезинфекции к оставшимся на поверхностях микроорганизмам...
82974. Опухолевая прогрессия. Метастазирование, кахексия, рецидирование опухолей 47 KB
  Злокачественные опухоли зачастую становятся причинами смерти людей. Согласно цитологической и гистологической структуре опухолевых клеток и тканей выделяют доброкачественные и злокачественные опухоли. Доброкачественные опухоли. Такие опухоли растут медленно и как правило не метастазируют.
82975. Антропогенные факторы загрязнения гидросферы 45.11 KB
  Существование всего живого на земле и человека в частности основано на использовании воды. Установлено что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение воды. Постоянно загрязняются и подземные воды при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ накопителей отстойников...
82976. Узагальнення та систематизація знань по темі «Поняття» 136 KB
  Систематизувати знання про поняття вдосконалювати вміння розвязувати логічні задачі класифікувати та порівнювати предмети. Сьогодні ми закріпимо і узагальнимо наші знання з теми Поняття. Побудова Асоціативного куща спираючись на знання дітей по темі Поняття.