信号与系统课程第十五次作业参考答案
※ 第一题
已知x[n],h[n]长度分别是10, 25。设:y1[n]=x[n]∗h[n]。
把x[n]和h[n]分别进行25点的离散傅里叶变换后相乘,即:Y[k]=X[k]⋅H[k]。
由Y[k]求出y[n],指出y1[n],y[n]相同的点。
■ 求解:
※ 第二题
如果希望通过DFT获得吉他每个琴弦的频谱特性,要求频谱分析的最大范围是20kHz,频谱分辨率为1Hz。请问需要进行数据采集的频谱和时间长度分别是多少?
■ 求解:
数据采集频率为40kHz
数据采集时间为1秒钟。
※ 第三题
序列x[n]的长度为8192。已知一台计算机 每次的实数乘法和加分的时间分别为20微秒和4微秒,求直接计算DFT{x[n]}和快速傅里 叶变换计算各需要多少时间?
■ 求解:
长度为N,N 恰好是2的整数次幂的数,对应对应的DFT的复数乘法和加分分别是:
N2,N(N−1)
对应的FFT的复数乘法和加分分别是:
2Nlog2N,Nlog2N
那么对应的实数乘法和加法分别是:
DFT : 4N2,4N2−2N
FFT : 2Nlog2N,3Nlog2N
相应的运算时间分别为:
DFT : 20⋅4N2+4⋅(3N2−2N)μs
FFT: 20⋅2Nlog2N+4⋅3Nlog2Nμs
计算得出所需要的是时间分别约为:
DFT:6173.3 (s)
FFT:5.537 (s)
※ 第四题
已知x[n],y[n]均为N点的实序列,且:X[k]=DFT{x[n]},Y[k]=DFT{y[n]}。
设计一个从X[k],Y[k]求出x[n],y[n]的N点的离散傅里叶反变换的算法,为了提高运算效率,要求该运算能够一次完成。
■ 求解:
利用X[k],Y[k]构造数据Z[k]:Z[k]=X[k]+jY[k]。
利用N点的离散傅里叶反变换对Z[k]进行变换。根据DFT的线性性,结果中的实部对应x[n],虚部对应y[n].
※ 第五题
设系统频率特性幅度平方函数的表达式为:
(1)∣H(jΩ)∣2=Ω4+Ω2+11
(2) ∣H(jΩ)∣2=Ω4−3Ω2+21+Ω4
(3) ∣H(jΩ)∣2=Ω4+20Ω2+10100−Ω4
请问哪些系统是物理可实现的?
■ 求解:
给定的三个系统的幅频函数都是有理分式表达式,它们都会满足佩利维纳准则。所以判断系统是否物理可实现,主要根据系统函数模的平方是否可积。
系统(1)的模的平方的积分小于无穷大;所以它是可以物理实现的;
系统(2),(3)的模的平方积分趋于无穷大,这两个系统是物理不可实现的。
※ 第六题
画出以下传递函数的滤波器结构图:
(1) H1(z)=1−az−11
(2) H2(z)=(1−z−1)3
(3) H3(z)=1−az−11−z−1
(4) H4(z)=1−(a1+a2)z−1+a3z−2(1−z−1)2
■ 求解:
将系统传递函数整理成有理分式的形式,然后可以绘制出I型滤波器实现结构:
(1)
(2)
H(z)=1−3z−1+3z−3−z−3
(3)
(4)
H4(z)=1−(a1+a2)z−1+a3z−21−2z−1+z−2
※ 第七题
已知IIR数字滤波器的传递函数为:
H(z)=z3+0.65z2+0.55z+0.030.28z2+0.192z+0.05
给出它的直接II行、级联型、并联型的滤波器结构图。
■ 求解:
H(z)=1+0.65z−1+0.55z−2+0.03z−30.28z−1+0.192z−2+0.05z−3
对应的直接II型滤波器的结构为:
※ 第八题
已知全通系统的传递函数为:
Hap=1−z0z−1z−1−z0∗
z0是实数。
(1)写出该系统的差分方程表达式;
(2)会出直接II型实现的系统框图;
■ 求解:
略。
※ 第九题
已知模拟滤波器的传递函数为:
(1)H(s)=(s+2)(s+3)5
(2) H(s)=2s2+3s+13s+2
设采样周期T=0.5,用以下方法将它们转换为数字滤波器:
(1)脉冲响应不变法;
(2)双线性变换法;
■ 求解:
(1)求解:
使用脉冲响应不变法:
H(z)=1−4.8496z−1+1.6487z−22.0569z−1
双线性方法:
H(z)=1−7.3333z−1+2.3333z−20.8333+1.6667z−1−0.2222z−2
(2)求解:
双线性方法:
H(z)=1−1.3778z−1+0.4667z−20.3111+0.0899z−1−0.2222z−2
※ 第十题
使用窗函数法设计一个线性相位FIR滤波器,要求的技术指标为:
(1) 在Ωp=30πrad/s处的衰减δp≥−3dB;
(2) 在Ωs=46πrad/s处的衰减δs≤−40dB;
(3)采样周期T=0.01s。
■ 求解:
采用海明窗口,其单位样值响应为:
h[n]=π(n−25)sin[0.3π(n−25)][0.54−0.46cos(502π⋅n)],0≤n≤50
※ 第十一题
使用级联结构实现以下传递函数:
(1)X(z)=(1+41z−1)(1+45z−1+83z−2)1−41z−1
(2)X(z)=1+6z−1+11z−2+6z−31+8z−1+14z−2+9z−3
■ 求解:
略。