Кіріспе

Көптеген сызықтық уақыт инвариантты (LTI) жүйелердің қасиеттері. Шексіз импульстік жауап (IIR) – бұл көптеген сызықтық уақыт инвариантты жүйелерге тән қасиет, олардың импульстік жауабы белгілі бір нүктеден кейін нақты нөлге айналмай, шексіз жалғаса береді. Бұл шекті импульстік жауап (FIR) жүйесімен қарама-қайшы, онда импульстік жауап белгілі бір шекті уақыттан кейін нақты нөлге жетеді, демек, шекті ұзақтықта болады. Сызықтық уақыт инвариантты жүйелердің кең таралған мысалдары – электрондық және цифрлық сүзгілер. Осы қасиетке ие жүйелер IIR жүйелері немесе IIR сүзгілері деп аталады. Іс жүзінде, импульстік жауап, тіпті IIR жүйелерінде де, көбінесе нөлге жақымдап, белгілі бір нүктеден кейін елеусіз болуы мүмкін. Дегенмен, IIR немесе FIR жауаптарын тудыратын физикалық жүйелер өзгеше, және осы айырмашылықтың маңыздылығы зор. Мысалы, резисторлар, конденсаторлар және/немесе индукторлардан (немесе сызықтық күшейткіштерден) құралған аналогтық электрондық сүзгілер көбінесе IIR сүзгілері болып табылады. Ал кері байланысы жоқ, кідірістік желісіне негізделген дискреттік уақыт сүзгілері (әдетте цифрлық сүзгілер) міндетті түрде FIR сүзгілері болып табылады. Аналогтық сүзгідегі конденсаторлар (немесе индукторлар) «жадқа» ие және олардың ішкі күйі импульстен кейін толыққандай қайта орналаспайды (кванттық эффектілер ескерілмейтін конденсаторлар мен индукторлардың классикалық моделі ескерілгенде). Бірақ соңғы жағдайда, импульс созылған кідірістік желісінің соңына жеткеннен кейін, жүйеде бұл импульс туралы ешқандай естелік қалмайды және ол бастапқы күйіне оралады; осы нүктеден кейінгі импульстік жауабы нақты нөлге тең.

Іске асыру және жобалау

Барлық аналогты электронды сүзгілер IIR болғанымен, цифрлық сүзгілер IIR немесе FIR болуы мүмкін. Дискретті уақыт сүзгісінің құрылымында кері байланыс болуы (мысалы, төменде көрсетілген блок-схема) әдетте IIR жауабын тудырады. IIR сүзгісінің z доменіндегі беру функциясы осы кері байланыс мүшелерін сипаттайтын нөлдік емес бөлімді қамтиды. FIR сүзгісінің беру функциясы, керісінше, төменде келтірілген жалпы формада көрсетілгендей, тек бағамдағышты ғана қамтиды. (Кері байланыс мүшелері) бар барлық коэффициенттер нөлге тең, және сүзгіде шекті полюстер жоқ. IIR аналогты электронды сүзгілеріне қатысты беру функциялары олардың амплитудалық және фазалық сипаттамалары үшін кеңінен зерттелді және оңтайландырылды. Бұл үздіксіз уақыт сүзгі функциялары Лаплас доменінде сипатталады. Қажетті шешімдерді дискретті уақыт сүзгілеріне, олардың беру функциялары z доменінде белгілі бір математикалық әдістерді қолдану арқылы, мысалы, билинеарлық түрлендіру, импульстік инварианттық немесе полюс-нөл сәйкестендіру әдісі арқылы көшіруге болады. Осылайша, цифрлық IIR сүзгілері аналогтық сүзгілер үшін белгілі шешімдерге негізделуі мүмкін, мысалы, Чебышев сүзгісі, Баттерворт сүзгісі және эллипстік сүзгі, осы шешімдердің қасиеттерін мұралайды.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Цифрлық IIR сүзгілерінің FIR сүзгілеріне қарағанда басты артықшылығы – беріліс жолағы, тоқтату жолағы, тербеліс және/немесе тік беткейлік сипаттамаларға сәйкес болу үшін тиімді жүзеге асырылуы. Мұндай талаптарды жоғарыда аталған формулалардағы (Q) IIR сүзгісімен, сол талаптарға жауап беретін FIR сүзгісіне қарағанда төменгі ретпен орындауға болады. Егер сигналды өңдегіште іске асырылса, бұл уақыт бірлігіндегі есептеулер санын азайтады; есептеулерді үнемдеу көбінесе айтарлықтай үлкен болады. Екінші жағынан, FIR сүзгілерін, мысалы, нақты жиілік жауабына сәйкес жобалау оңайырақ болуы мүмкін. Бұл талап әдеттегі жағдайлардың бірі болмағанда (жоғары өткізгіш, төмен өткізгіш, кесік және т.б.) ерекше маңызды. Олар зерттелген және аналогтық сүзгілер үшін оңтайландырылған. Сонымен қатар, FIR сүзгілерін сызықтық фазаға (жиілікке қатысты тұрақты топтық кешігу) оңай жасауға болады – бұл қасиет IIR сүзгілерімен оңай қол жеткізілмейді және тек жуықтау ретінде ғана мүмкін (мысалы, Бессель сүзгісімен). Цифрлық IIR сүзгілеріне қатысты тағы бір мәселе – кванттаумен байланысты кері байланыс жүйесі салдарынан жұмыс істемейтін кезде шекті цикл мінез-құлқының пайда болу мүмкіндігі.