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大学数字信号处理

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大学数字信号处理中,脉冲响应不变法和双线性变换法是两种常用的离散时间滤波器设计方法。它们各有优缺点,适用于不同的应用场景。

脉冲响应不变法

优点

线性转换 :模拟到数字的转换是线性的,这意味着在频谱转换过程中不会引入非线性失真。

时域逼近性好:

数字滤波器的单位脉冲响应近似模拟滤波器的单位脉冲响应,因此时域特性逼近较好。

稳定性:

如果原模拟滤波器稳定,那么通过脉冲响应不变法得到的数字滤波器也是稳定的。

缺点

频谱周期延拓效应:由于脉冲响应不变法在频谱转换时存在周期延拓,因此只能用于带限的频响特性,如衰减特性很好的低通或带通滤波器。

混叠现象:

在高频处会产生频谱混叠现象,这限制了其在高通和带阻滤波器中的应用。

双线性变换法

优点

克服多值映射关系:双线性变换法能够克服s平面到z平面的多值映射关系,从而避免混叠失真。

适用性广:

由于不存在频谱周期延拓效应,双线性变换法适用于各种类型的滤波器设计,包括低通、高通、带通和带阻滤波器。

缺点

非线性变换:

时域到频域的变换是非线性的,在高频处会有较大的失真。

计算复杂度:

相比于脉冲响应不变法,双线性变换法的计算复杂度较高,可能会增加实现难度。

总结与建议

脉冲响应不变法适用于带限的频响特性,如低通或带通滤波器,特别是需要保持线性相位的情况下。其优点在于时域逼近性好,但存在频谱混叠和周期延拓效应的限制。

双线性变换法适用于各种类型的滤波器设计,能够克服混叠失真,但时域到频域的变换是非线性的,在高频处会有较大的失真,且计算复杂度较高。

根据具体的应用需求和滤波器设计目标,可以选择合适的方法进行设计。如果需要保持线性相位且频带有限制,脉冲响应不变法是更好的选择。如果需要设计各种类型的滤波器且对频带没有严格限制,双线性变换法更为适用。