如何从一组输入和输出信号中推导出线性系统的脉冲响应?

信息处理 卷积 线性系统 在家工作 反卷积
2022-01-04 06:05:48

我想知道如何解决这些类型的问题..是通过检查吗?

考虑下面的线性系统。当输入到系统时,系统的响应是,如图所示。x1[n]x2[n]x3[n]y1[n]y2[n]y3[n]

在此处输入图像描述

  1. 确定系统是否是时不变的。只是你的答案。

  2. 什么是脉冲响应?

编辑: 假设给定输入不包含像x2[n]

2个回答

似乎有一个图像现在已经消失了,因此我可能会遗漏一些东西。

  1. 为了声明系统是否不变,您应该查看输入的延迟是否仅产生输出的延迟。
    在你的情况下,输入是否产生等等......x1[nm]y1[nm]

正如@DilipSarwate 所写,通过查看的响应,可以看出系统既不是因果关系也不是时间不变的:x2x1

考虑线性要求对的响应为 现在,是在处幅度为处对它的响应是非零的,因此系统不是因果的,并且由于只是延迟了 2 个单位,而响应没有延迟了 2 个时间单位,系统是时变的,而不是时不变的。x2x1T(x2x1)=T(x2)T(x2)=y2y1x2x12n=2n=0,1,2x2x1x2y2

  1. 如果输入信号受频带限制并且它们的带宽小于您的系统,您将无法恢复脉冲响应。
    您将只能获得输入具有能量的频率的响应。
    这可以通过输入和输出的频率分析来完成。
    如果您的系统确实是 LTI,则输入和输出之间的连接由脉冲响应卷积给出。
    卷积是频域中的乘法,因此您可以轻松获得脉冲响应(同样,仅在输入具有能量的频率处)。

然而,由于这个系统不是时不变的,它没有单一的脉冲响应。处的脉冲有响应,处的脉冲可能有不同的响应n=0n=1

更新

这是一个很好的例子来展示卷积的交换特性。

由于你可以切换角色在“系统”和“输入信号”之间。 所以这个问题相当于给定已知的输出和系统响应,如何估计系统的输入? 嗯,这是一个称为反卷积的已知问题,在没有噪声的情况下很容易解决。y[n]=(hx)[n]=(xh)[n]

如上所述,这样做的一种方法是以矩阵形式编写问题。

我不确定因果关系或缺乏因果关系的怪异是什么。你可以通过考虑线性代数来解决这个问题。是线性变换。应用于输入只是矩阵乘法。所以我们有 如果是一个脉冲,那么它只是挑选一列,所以 L 的列脉冲响应。当然,3 个输入输出对不足以完全确定为 5x5 矩阵。LL

Lx=y
xLLL

让我们从这个角度考虑什么是时间不变性。如果变换是线性且时不变的,那么它的脉冲响应始终具有相同的形状,并且仅在时间上移动与输入脉冲相同的量。所以假设的脉冲响应是 0 1 2 3 0 以输入脉冲为中心(因此是非因果的)。线性时不变的矩阵将如下所示: LL

L=(2100032100032100032100032)

因此,要回答第一个问题,您只需要构建足够多的两列来查看它们是不同的,从而反驳时不变性。做到这一点的直接方法是假设它是时间不变的并得出矛盾。然而,要证明它时不变的,需要更多的信息,即它需要完全指定矩阵。如果它不是时不变的,那么每个样本都有可能不同的脉冲响应,而不是像其他人提到的那样单个样本。

最终,正如其他人所暗示的那样,我们实际上无法仅通过查看较短的输入-输出对而无需更多信息来知道线性系统是否是时不变的,或者它的脉冲响应是什么。据我们所知,是一个 1,000,000 宽的 FIR 滤波器,甚至是一个恰好在中间附近为 0 的 IIR 滤波器。或者到目前为止它看起来是时间不变的,但在下一个样本中它会发生变化。一般来说,我们必须使用多重假设检验来选择最能支持的证据。概率论是信号处理的重要组成部分。L