Abs(poles) < 1 稳定滤波器的余量是多少?

信息处理 过滤器设计
2022-01-14 03:27:45

我查阅了用于设计数字滤波器的最新算法的文献,该数字滤波器是所需频率响应的极小极大近似值。我发现的所有文章都给出了所有极点的大小都小于 0.92 或小于 0.89 等的例子。我还没有看到一个发布的例子,极点的大小是 0.95,当然也不是 0.9995。如果一个滤波器是用双精度机器算法实现的,一个极点离单位圆多近才能得到一个有用的滤波器?有一个 0.95 等的极点是不是一个坏主意?

1个回答

它很可能取决于过滤器的顺序,但在位置上有一个极点zp在哪里|zp|=0.95如果您使用具有合理长度的过滤器的双精度浮点运算,则不应该造成稳定性问题。

由于我对您的特定应用一无所知,因此可能相关的极点幅度的另一个影响是产生的滤波器的脉冲响应。回想一下,系统传递函数中的极点对应于系统脉冲响应中的衰减指数项。正如维基百科所说:

anu[n]11az1

在哪里u[n]离散单位阶跃函数,这里用来表示脉冲响应是因果的(0  n<0)。因此,如果您的过滤器在z=a,那么就会有对应的an滤波器的脉冲响应中的术语。

  • 对于小|a|,该项将在相对较少的样本中衰减。作为|a|1,指数函数衰减所需的时间量(以样本测量)增加。

  • 当你达到“临界稳定”点时|a|=1,指数永远不会衰减,系统脉冲响应不会衰减到零。

  • 如果|a|>1(即极点在单位圆之外),然后指数函数发散,脉冲响应爆炸到无穷大;这就是为什么如果离散时间系统包含单位圆之外的极点,它就不是BIBO 稳定的。

鉴于上述情况,您可能需要考虑的另一个问题是滤波器脉冲响应的整体有效持续时间。尽管正如其名称所暗示的那样,IIR 滤波器理论上具有无限长的脉冲响应,但在实践中,响应通常会在有限时间段后衰减到可忽略不计的水平。如果您的应用程序对此特性敏感,那么选择远离单位圆的极点位置是有意义的。频域特性会有相应的折衷,因为在单位圆附近放置极点有助于使过渡区域更尖锐和更窄,这通常是理想的。