數(shù)字濾波器外文翻譯-其他專業(yè)(已修改)
2025-02-04 11:51 本頁面
【正文】 數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器是對數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理以得到期望的響應(yīng)特性的離散時間系統(tǒng)。作為一種電子濾波器，數(shù)位濾波器與完全工作在模擬信號域的模擬濾波器不同。數(shù) 字 濾波器工作在數(shù)字信號域，它處理的對象是經(jīng)由采樣器件將模擬信號轉(zhuǎn)換而得到的數(shù)字信號。 數(shù) 字 濾波器的工作方式與模擬濾波器也完全不同：后者完全依靠電阻、電容、晶體管等電子元件組成的物理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)濾波功能；而前者是通過數(shù)字運算器件對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行運算和處理，從而實現(xiàn)設(shè)計要求的特性。 數(shù)字濾波器理論上可以實現(xiàn)任何可以用數(shù)學(xué)算法表示的濾波效果。數(shù) 字 濾波器的兩個主要 限制條件是它們的速度和成本。數(shù) 字 濾波器不可能比濾波器內(nèi)部的計算機(jī)的運算速度更快。但是隨著集成電路成本的不斷降低，數(shù) 字 濾波器變得越來越常見并且已經(jīng)成為了如收音機(jī)、蜂窩電話、立體聲接收機(jī)這樣的日常用品的重要組成部分。 數(shù) 字 濾波器一般由寄存器、延時器、加法器和乘法器等基本數(shù)字電路實現(xiàn)。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，其性能不斷提高而成本卻不斷降低，數(shù) 字 濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域也因此越來越廣。按照數(shù) 字 濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、因果與非因果、無限脈沖響應(yīng)（ IIR）與有限脈沖響應(yīng)（ FIR）等等。其中，線性時不變的數(shù)字濾波 器是最基本的類型；而由于數(shù)字系統(tǒng)可以對延時器加以利用，因此可以引入一定程度的非因果性，獲得比傳統(tǒng)的因果濾波器更靈活強大的特性；相對于 IIR 濾波器， FIR 濾波器有著易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到廣泛的應(yīng)用；對于時變系統(tǒng)濾波器的研究則導(dǎo)致了以卡爾曼濾波為代表的自適應(yīng)濾波理論 數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器更高的精度，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)后者在理論上也無法達(dá)到的性能。例如，對于數(shù)字濾波器來說很容易就能夠做到一個 1000Hz 的低通濾波器允許 999Hz 信號通過并且完全阻止 1001Hz 的信號，模擬濾波器無法區(qū)分 如此接近的信號。 數(shù)字濾波器相比模擬濾波器有更高的信噪比。這主要是因為數(shù)字濾波器是以數(shù)字器件執(zhí)行運算，從而避免了模擬電路中噪聲（如電阻熱噪聲）的影響。數(shù)字濾波器中主要的噪聲源是在數(shù)字系統(tǒng)之前的模擬電路引入的電路噪聲以及在數(shù)字系統(tǒng)輸入端的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的量化噪聲。這些噪聲在數(shù)字系統(tǒng)的運算中可能會被放大，因此在設(shè)計數(shù)字濾波器時需要采用合適的結(jié)構(gòu)，以降低輸入噪聲對系統(tǒng)性能的影響。 數(shù)字濾波器還具有模擬濾波器不能比擬的可靠性。組成模擬濾波器的電子元件的電路特性會隨著時間、溫度、電壓的變化而漂移，而數(shù)字電路就沒有 這種問題。只要在數(shù)字電路的工作環(huán)境下，數(shù)字濾波器就能夠穩(wěn)定可靠的工作。 由于奈奎斯特采樣定理，數(shù)字濾波器的處理能力受到系統(tǒng)采樣頻率的限制。如果輸入信號的頻率分量包含超過濾波器 1/2 采樣頻率的分量時，數(shù)字濾波器因為數(shù)字系統(tǒng)的 “混疊 ”而不能正常工作。如果超出 1/2 采樣頻率的頻率分量不占主要地位，通常的解決辦法是在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之前放置一個低通濾波器（即抗混疊濾波器）將超過的高頻成分濾除。否則就必須用模擬濾波器實現(xiàn)要求的功能。 線性移不變的數(shù)字濾波器包括無限長脈沖響應(yīng)濾波器（ IIR 濾波器）和有限長脈沖響應(yīng)濾波器（ FIR 濾波器）兩種。這兩種濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以統(tǒng)一以 Z變換表示為： 當(dāng)時， M 就是 IIR 濾波器的階數(shù)，表示系統(tǒng)中反饋環(huán)的個數(shù)。由于反饋的存在， IIR 濾波器的脈沖響應(yīng)為無限長，因此得名。若 A(z) = 1，則系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的長度為 N+1，故而被稱作 FIR 濾波器。 IIR 濾波器的優(yōu)點在于，其設(shè)計可以直接利用模擬濾波器設(shè)計的成果，因為模擬濾波器本身就是無限長沖激響應(yīng)的。通常 IIR 濾波器設(shè)計的過
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