Расчет БИХ фильтров во временной области.

Все темы данного раздела:

Где Т – интервал между отсчетами
n – целые числа, -5, -4, -3,…, 0, 1, 2, 3,… Обозначения последовательностей:    

Способы получения последовательностей.
  1)     Взять

Некоторые важные последовательности.
  1)     Цифро

Линейная система.
      x1(n) y1

Система с постоянными параметрами (ЛПП).
    x(n) y(n)

Необходимое и достаточное условие.
  Устойчивость системы:    

Разностные уравнения.
В общем виде линейное разностное уравнение М-го порядка с постоянными коэффициентами имеет вид:  

Частотная характеристика систем первого порядка.
  Рассмотрим разностное уравнение: С начальным условием: y(-1)=0  

Частотная характеристика систем второго порядка.
  Разностное уравнение:   (для простоты члены при коэффициентах b опущены, т.к.

Единицы измерения частоты
Запись: x(n), y(n), h(n) - опускается период дискретизации Т или – частота ди

Соотношение между непрерывными и дискретными системами.
Непрерывный сигнал: Спектр: (1) Временная область:

Спектральная функция дискретной последовательности состоит из суммы бесконечного числа спектральных компонент непрерывного колебания.
  Если спектр непрерывного колебания ограничен по полосе диапазоном частот , где Т – период дискретизации,

С какой частотой дискретизировать непрерывное колебание?
Если уменьшать частоту дискретизации, т.е. увеличивать Т, тогда может произойти: &nbs

Z-преобразования некоторых последовательностей
Единичный импульс Т.к. при всех n, кроме n=0, где x(n)=1,

Геометрическая интерпретация преобразования Фурье
Последовательность x(n), ее z-преобразование: Преобразование Фурье:

Структурные схемы фильтров без полюсов
В частном случае знаменатель дроби: может быть постоянным. Для прос

Дискретное преобразование Фурье
Методы описания последовательностей или дискретных систем: - дискретная свертка - преобразование Фурье - z-преобразование.   Когда последовательнос

Свойства ДПФ
1. Линейность xp(n) и yp(n) – периодичные последовательности с периодом N каждая. Xp(к) и Yp(к) – их ДПФ. Тогда для последоват

Порядок расчета цифрового фильтра
1. Решение задачи аппроксимации с целью определения коэффициентов фильтра, при которых фильтр удовлетворяет заданным требованиям:   2. Выбор конкретной схемы построения фильт

Свойства КИХ-фильтров.
  Основные достоинства этих фильтров: 1) Легко создавать КИХ-фильтры со строго линейной фазовой характеристикой. (Линейная фазовая характеристика особенно ва

Характеристики КИХ-фильтров с ЛФХ.
Пусть - физически реализуемая последовательность конечной длины, заданная на интервале

Прямоугольное окно
N-точечное прямоугольное окно Весовая функция при

Метод взве шивания
Т.к. частотная характеристика ЦФ – периодическая функция частоты, ее можно представить рядом Фурье: (*) , где

Обобщенное окно Хэмминга
Окно имеет вид: при

Окно Кайзера
Задача расчета хороших окон практически сводится к математической задаче отыскания ограниченных во времени функций преобразования Фурье которых наилучшим образом аппроксимируют функции, ограниченны

ФНЧ с различными окнами
  Рассмотрим идеальный фильтр нижних частот. Будем использовать 3 окна: - прямоугольное - Хэмминга - Кайзера (в каждом по n=257 отсчетов)

Метод частотной выборки
Это второй метод проектирования КИХ-фильтров. КИХ-фильтр может быть однозначно задан как коэффициентами импульсной характеристики {h(n)}, так и коэффициентами ДПФ от импульсной характерист

Свойства БИХ-фильтров.
БИХ-фильтры – это цифровые фильтры с бесконечной импульсной характеристикой, при условии, что фильтры являются физически реализуемы:

Методы расчета коэффициентов БИХ-фильтров
  Необходимо решить задачу расчета коэффициентов фильтра ( и ), которые обеспечивали бы аппроксимацию заданных характеристик фильтра таких, как импульсная и частотная характеристики,

Расчет БИХ-фильтров по аналоговому прототипу
Передаточная функция агалогового фильтра – преобразование Лапласа от импульсной характеристики. Предположим, что:

Билинейное Z – преобразование.
   

Согласованное Z – преобразование.
  Непосредственное отображение полюсов и нулей из S – плоскости в полюсы и нули на Z – плоскости. Полюс (или нуль) в точке s = - a плоскости s отображается в полюс (или нуль)

Обзор методов расчета аналоговых фильтров нижних частот.
  Стандартные типы аналоговых фильтров: - Баттерворта - Чебышева 1 типа - Чебышева 2 типа - Кауэра (эллиптические фильтры)  

Фильтры Баттерворта.
  Апроксимация по Баттерворту – фильтры НЧ имеют максимально гладкую амплитудную характеристику в начале координат в S – плоскости. Для частоты среза:  

Фильтры второго типа.
    где Ωr - наименьшая частота, на которой достигается заданный ур

Эллиптические фильтры.
  Характеризуются тем, что их амплитудная характеристика имеет равновеликие пульсации в полосе пропускания и в полосе не пропускания. Можно показать, что с точки зрения миним

Частотные преобразования.
  Рассмотрим методы расчета ФНЧ непрерывных во времени, а так же методы их дискретизации. При расчете цифровых фильтров ВЧ, ПФ и режекторных, используются два подхода:  

Преобразование полосы частот аналоговых фильтров.
   

Преобразование полосы для ЦФ.
  ФНЧ с частотой среза в другой

Расчет ЦФ по квадрату амплитудной характеристики.
  Квадрат амплитудной характеристики:

Алгоритм БПФ с основанием 2.
ДПФ конечной последовательности {x(n)} определено ранее:   W – является периодической по

Алгоритм БПФ с прореживанием по частоте.
  Другая распространенная форма алгоритма БПФ при условии, что N – равно степени 2 – алгоритм БПФ с прореживанием по частоте.   Разобьем входную последовательно

Вычисление обратного ДПФ с помощью алгоритма БПФ.
  Обратное ДПФ N – точечной последовательности {X(k)}; k=0, 1, … , N-1