系统函数是信号与系统领域中的核心概念,其特点可归纳如下:
一、数学定义与形式
系统函数是复变量 $s$ 或 $z$ 的有理函数,通常表示为:
$$H(z) = \frac{B(z)}{A(z)}$$
其中,$A(z)$ 和 $B(z)$ 均为多项式,且分母 $A(z)$ 不为零。
二、零极点分布特性
极点与零点的共轭对称性 系统函数的极点(即分母多项式的根)和零点(即分子多项式的根)在复平面上关于虚轴对称。若极点为 $p = a + jb$,则其共轭复数 $\overline{p} = a - jb$ 也是零点。
收敛域特性
对于因果系统(单位脉冲响应 $h(n)$ 是因果序列),其系统函数 $H(z)$ 的收敛域包含单位圆,即 $|z| > 1$。
三、时域与频域关系
时域响应与频率响应
线性时不变离散系统的单位脉冲响应 $h(n)$ 与系统函数的关系为 $Y(z) = X(z)H(z)$。系统函数在单位圆上的值对应频率响应,即 $H(e^{j\omega})$。
四、系统分类与特性
FIR系统
仅包含零点,无极点。
频率响应为窗函数,具有线性相位特性。
IIR系统
同时包含零点和极点。
频率响应可能具有非线性相位特性。
五、实际应用中的注意事项
因果性判断: 通过零极点分布可快速判断系统是否因果。若极点位于右半平面,则系统为非因果系统。 稳定性分析
系统函数作为信号与系统分析的基石,其特性为系统设计、稳定性分析及频域处理提供了重要理论支持。