是否所有实时滤波器都会引入相位滞后,或者是否存在“无滞后”或“零滞后”实时滤波器之类的东西?

信息处理 过滤器 即时的
2022-02-10 05:10:17

所有实时滤波器都会引入相位滞后吗?我曾经听说过“无滞后过滤器”,但我认为它们不能实时使用(即:用于控制系统的实时数据流,例如,对传入数据进行操作),对吗?

显然,即使这个问题可以简单地以二元“是/否”的方式回答,但解释答案将非常有帮助。

更新:

我刚刚在这个问题下面的评论中添加了一些链接。

另外,这里有一些我认识的控制专家的简短评论:

Kenny Jensen:“前向-后向过滤器,也就是平滑器,没有延迟。但你不能在线运行它们。”

Ed Lim:“因此它们不是‘实时’过滤器。所以我相信关于实时过滤器的答案是肯定的。”

3个回答

如果过滤器有任何内存并且该内存影响当前输出,那么过去的数据就会滞后到现在。如果那个过滤器是时间不变的,那么现在的记忆可能会影响未来的输出。例如滞后于未来。所以,是的,除非过滤器是无记忆的或不是时不变的。

请注意,原点的单位脉冲是无记忆的,但由于光速是有限的,因此不可能在任何有限大小的系统中实现。

考虑一个通用 LTI 系统的频率响应,以分裂幅度-相位形式编写:

H(f)=|H(f)|ejarg{H(f)}=A(f)ejϕ(f)

在哪里

A(f)|H(f)|ϕ(f)arg{H(f)}

A(f)0代表系统的幅值响应,是它的相位响应。现在,假设系统在所有频率上都具有零相位滞后。也就是说,那么它的频率响应就是:ϕ(f)ϕ(f)=0

H(f)=A(f)

我们从中观察到,系统具有实值的频率响应(并且是非负的,但这在这里不相关)。

现在,回想一下傅里叶变换的厄米对称性

如果频域信号是实值的,则其傅里叶变换对偶是 Hermitian 对称的。即: H(f)h(t)

h(t)=h(t)

的傅里叶逆变换得到的信号是厄米对称的。但是,请记住,LTI 系统频率响应的傅里叶逆变换是其脉冲响应。因此,这意味着理论零相位系统的脉冲响应是厄米对称的。H(f)

因此,如果脉冲响应的任何值都不为零的某些值它也是非零的这里有两种可能的情况要讨论:h(t)t>0t<0

  1. h(t)的某些值,非零。t>0由于脉冲响应的 Hermitian 对称性,对于的相应值,它也必须是非零的。如果 LTI 系统对于任何具有非零的脉冲响应,则它是非因果的,因此在实时实现中是无法实现的。t<0t<0

  2. h(t)=0对于所有 0 。t>0在这种情况下,要么为零,要么是一个脉冲函数。这两者在技术上都是零相位因果滤波器,所以严格来说它们是可以实现的。但是,它们是退化的情况,不是很有趣(它们只对应于输入信号的恒定缩放)。h(t)t

因此,总而言之,除了最微不足道的幅度响应(常数)之外,不可能实现非因果(因此是实时)零相位滤波器。

如果过滤器可以以某种方式展望未来,那么它也可以对未来的事件做出反应。

例如:y(t) = x(tk/2) + x'(t+k/2)

其中 t 是“现在”,k 是一个正常数,x' 是对未来输入的预测,我猜这将是一个线性相位、无滞后梳状滤波器。

所以也许“在你能够预测未来信号的程度”,然后可以构建一个无滞后滤波器。

我不确定您是否希望控制回路中存在这种不确定性,除非您的信号是高度可预测的。如果是,那么您可能不需要一个简单的过滤器来按摩它?