题目
已知因果系统[1]用下面差分方程描述:y(n)=0.9y(n-1)+x(n)+0.5x(n-1),试求系统的单位脉冲响应 h(n).
已知因果系统[1]用下面差分方程描述:$y(n)=0.9y(n-1)+x(n)+0.5x(n-1)$,试求系统的单位脉冲响应 $h(n)$.
题目解答
答案
根据差分方程 $ y(n) = 0.9y(n-1) + x(n) + 0.5x(n-1) $,令 $ x(n) = \delta(n) $,得:
\[ h(n) = 0.9h(n-1) + \delta(n) + 0.5\delta(n-1) \]
逐项求解:
- $ h(0) = 1 $
- $ h(1) = 1.4 $
- $ h(n) = \frac{14}{9} (0.9)^n $($ n \geq 1 $)
因此,单位脉冲响应为:
\[ h(n) = \delta(n) + \frac{14}{9} (0.9)^n u(n-1) \]
或表示为:
\[ h(n) = \begin{cases}
1 & (n = 0) \\
\frac{14}{9} (0.9)^n & (n \geq 1) \\
0 & (n < 0)
\end{cases} \]
解析
考查要点:本题主要考查离散时间因果系统的单位脉冲响应求解方法,涉及差分方程的递推求解和分段表达。
解题核心思路:
- 代入单位脉冲信号:将输入$x(n)$设为$\delta(n)$,得到关于单位脉冲响应$h(n)$的差分方程。
- 逐项递推计算:利用因果性($h(n)=0$当$n<0$),逐项计算$h(0)$、$h(1)$等初始值。
- 求解齐次方程:当$n \geq 1$时,差分方程变为齐次方程,通过递推关系求通解,并结合初始条件确定系数。
- 分段表达结果:将结果整理为分段函数或利用单位阶跃函数表示。
破题关键点:
- 因果性:系统因果性决定了$h(n)$在$n<0$时为0。
- 递推关系:$n \geq 1$时,方程简化为$h(n)=0.9h(n-1)$,需结合$h(1)=1.4$确定通解系数。
代入单位脉冲信号
令输入$x(n)=\delta(n)$,则差分方程变为:
$h(n) = 0.9h(n-1) + \delta(n) + 0.5\delta(n-1)$
逐项计算初始值
- $n=-1$:因系统因果,$h(-1)=0$。
- $n=0$:
$h(0) = 0.9h(-1) + \delta(0) + 0.5\delta(-1) = 0 + 1 + 0 = 1$ - $n=1$:
$h(1) = 0.9h(0) + \delta(1) + 0.5\delta(0) = 0.9 \cdot 1 + 0 + 0.5 \cdot 1 = 1.4$
求解$n \geq 1$的通解
当$n \geq 1$时,$\delta(n)=0$且$\delta(n-1)=0$,方程简化为齐次方程:
$h(n) = 0.9h(n-1)$
通解形式为:
$h(n) = C \cdot (0.9)^n$
利用$h(1)=1.4$确定常数$C$:
$1.4 = C \cdot 0.9 \implies C = \frac{1.4}{0.9} = \frac{14}{9}$
因此,当$n \geq 1$时:
$h(n) = \frac{14}{9} \cdot (0.9)^n$
整理分段表达式
综合各段结果:
- $n < 0$时,$h(n)=0$;
- $n=0$时,$h(0)=1$;
- $n \geq 1$时,$h(n)=\frac{14}{9}(0.9)^n$。