高阶滤波器的相移

信息处理 过滤器 离散信号 巴特沃思
2022-02-07 05:43:42

我正在对滤波器进行一些研究,所以我设计了基于极点位置的巴特沃斯滤波器。我应用了一个简单的正弦信号来检查输出。我找不到我注意到的原因。

在此处输入图像描述

为什么高阶滤波器有很多相移。它是否试图调整以减少更多噪音?如果,是的,它在数学上怎么可能?我只改变了滤波器的顺序,我保持截止频率不变

1个回答

离散滤波器分为两大类:有限脉冲响应 (FIR)滤波器和无限脉冲响应滤波器 (IIR)

这两种类型的过滤器都是围绕一个基本单元构建的。负责过滤的基本操作。即延迟单元。当然,除了延迟单元之外,您还有求和点。但是,求和本身,没有延迟不会产生过滤。

因此,这两个过滤器产生的输出取决于输入(和/或输出)的过去。

两种类型的过滤器都定义了“过滤器顺序”的概念,但方式略有不同(实际上仍然是同一件事)。

让我们看一个 FIR 滤波器:

yn=m=0Nh1xnmhm

在这里,要产生一个值yn我们总结m信号过去的产物和一些脉冲响应h.Nh是总长度h.

这里过滤器的顺序是Nh,与滤波器中延迟单元的数量成正比

因此,通过增加顺序,我们确实得到了一个更清晰的过滤器,但也得到了一个更长的过滤器,过滤器越长,其中一个所需的时间就越长xn通过一系列延迟进行传播

就是增加群延迟的来源!此外,在 FIR 滤波器中,所有频率都按比例延迟。因此,低音频率以可预测(和线性)的方式延迟低于高音频率,因为正弦波通过延迟线传播所需的时间是固定的。

现在,让我们看一下 IIR 滤波器:

yn=m=0Nh1xnmhmk=1Ng1ynkgk

如果您仔细观察,它就像两个背靠背的 FIR 滤波器。左边部分,我们之前见过,它是第一个方程中的 FIR 滤波器。右侧部分是 FIR,但这次是输出的过去值。因此,我们引入了反馈……以及随之而来的所有“快乐”。

IIR 滤波器的阶数现在是反馈延迟线的长度(即Ng这里)并且由于输入和输出之间的这种相互作用,IIR 滤波器的群延迟频率而变化。因此,在 IIR 滤波器中,高音频率的通过速度可能比低音频率快得多。

好的,现在让我们看看你的实验。您设计了一个滤波器,然后以某个固定频率通过它通过一个简单的正弦波。然后你增加订单,你观察到更长的延迟。

这是完全合理的,因为无论滤波器的类型(FIR / IIR)如何,增加阶数都意味着增加更多延迟单元

希望这可以帮助。