【 MATLAB 】使用 impz 函数计算并画出脉冲响应
这篇博文在于讨论 impz 函数的使用。
MATLAB帮助文档对impz的介绍:【 MATLAB 】impz函数介绍(数字滤波器的脉冲响应)
我在 MATLAB 中查看 impz 的帮助文档时,始终看的不是太明白这个函数的使用,于是我根据一个例子,对这个函数做了一点分析,解决了一些我的疑惑,记录于此。
帮助文档上对这个函数的概括是数字滤波器的脉冲响应。
所谓的数字滤波器不就是一个线性时不变系统而已,根据脉冲响应的分子分母系数,可以得到该系统的脉冲响应。这个脉冲响应可以用下面的有理传递函数给出:
或者由差分方程给出:
上面的系数用系数向量表示为:
分母系数为:
分子系数为:
因此,impz函数的语法格式有这么一条:
[h,t] = impz(b,a)
这里的b和a向量就是分子和分母系数的向量。
得到的h就是该系统的脉冲响应,而 t 是脉冲响应值对应的位置。
对于这个函数的使用,可以直接使用右边的部分,而不出现左边的部分,即 impz(b,a),而文档对其解释如下:
impz(...)
with no output arguments plots the impulse response of the filter.
意思是直接画出该系统的脉冲响应。
我们举个例子来理解:
这个系统使用差分方程来描述如下:
y(n) - y(n-1) + 0.9y(n-2) = x(n)
要求计算并画出它的脉冲响应。
题解:
跟上上述对impz函数地简单介绍,其实我们可以直接画出它的脉冲响应了。
b = [1];
a = [1,-1,0.9];
[h,t] = impz(b,a)
stem(t,h);
title('Impulse Response');
xlabel('n');ylabel('h(n)');
也可以:
clc
clear
close allb = [1];
a = [1,-1,0.9];impz(b,a);
ylim([-1.2,1.2]);
上面两种方法画出的脉冲响应其实是一样的。
上面这个简单的用法也就告一段落,下面我们再看一条变体语法:
[h,t] = impz(...,n) computes n samples of the impulse response when n is an integer (t = [0:n-1]'). If n is a vector of integers, impz computes the impulse response at those integer locations, starting the response computation from 0 (and t = n or t = [0 n]). If, instead of n, you include the empty vector, [], for the second argument, the number of samples is computed automatically.
只看语法格式,那么一大串英文介绍暂时不管,后面我会慢慢解释。
[h,t] = impz(...,n)
后面的这个n是什么玩意?
它的用意我用自己的语言叙述下就是如果我要求的脉冲响应不是从0开始,那么我就可以使用这个n向量来指定脉冲响应的位置范围。
同样使用一个实例来说明,同样是上面的那个差分方程表示的系统,我们求它的脉冲响应。
这个系统使用差分方程来描述如下:
y(n) - y(n-1) + 0.9y(n-2) = x(n)
要求计算并画出在 的脉冲响应h(n)。
脚本程序如下:
clc
clear
close allb = [1];
a = [1,-1,0.9];
n = [-20:120]';impz(b,a,n);
ylim([-1.2,1.2]);
这里的n是一个行向量或者一个列向量,无关紧要。
也可以使用下面的方法来产生:
clc
clear
close allb = [1];
a = [1,-1,0.9];
n = [-20:120]';[h,t] = impz(b,a,n)
stem(t,h);
title('Impulse Response');
xlabel('n');ylabel('h(n)');
上面画图的函数stem(t,h),也可以改成stem(n,h)。
这间接说明了t和n是一样的,函数产生的t是一个列向量,如果n也是一个列向量的话,那么二者一致。
可以使用这条语句进行验证:
n == h
可以得到一个和n同维度的向量,元素全为1.(可自行验证。)
最后,需要说明的是由于是同一个系统,所以指定与不指定n产生的脉冲响应都是一样的,只不过这里指定了显示脉冲响应的位置在-20,...,100.
再给出一个例子:
首先使用ellip函数产生一个满足如下要求的滤波器,关于ellip函数介绍如下:
【 MATLAB 】ellip 函数介绍(椭圆滤波器设计)
设计具有归一化通带频率0.4的四阶低通椭圆滤波器。 指定0.5 dB的通带纹波和20 dB的阻带衰减。 绘制脉冲响应的前50个样本。
clc
clear
close all
%
% Impulse Response of an Elliptic Lowpass Filter
% Design a fourth-order lowpass elliptic filter with normalized passband frequency 0.4.
% Specify a passband ripple of 0.5 dB and a stopband attenuation of 20 dB.
% Plot the first 50 samples of the impulse response.
[b,a] = ellip(4,0.5,20,0.4);
impz(b,a,50)
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