Skip to content

Commit ebf42c0

Browse files
InfarhInfarh
committed
Добавлены стресс-тесты устойчивости для IIR-фильтров
Добавлен файл IirCoefficientsStabilityTests.cs с диагностическими стресс-тестами для проверки численной устойчивости IIR-фильтров (Butterworth, Chebyshev, Elliptic). Тесты проверяют конечность коэффициентов, частотной и импульсной характеристик фильтров на жёстких параметрах. Все тесты помечены [Ignore] до устранения проблем с устойчивостью.
1 parent 310a3a6 commit ebf42c0

1 file changed

Lines changed: 131 additions & 0 deletions

File tree

‎Tests/MathCore.DSP.Tests/Filters/IirCoefficientsStabilityTests.cs‎

Lines changed: 131 additions & 0 deletions
Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -0,0 +1,131 @@
1+
using MathCore.DSP.Filters;
2+
3+
namespace MathCore.DSP.Tests.Filters;
4+
5+
[TestClass]
6+
[Ignore("Диагностические стресс-тесты устойчивости; включить после внесения исправлений численной устойчивости")]
7+
public class IirCoefficientsStabilityTests
8+
{
9+
private sealed record StressCase(string Name, double Dt, Func<DSP.Filters.IIR> Factory);
10+
11+
[TestMethod]
12+
public void CalculatedCoefficients_ShouldRemainFinite_OnStressSpecifications() =>
13+
RunStressValidation((case_name, filter, dt) => AssertCoefficientsAreFinite(case_name, filter));
14+
15+
[TestMethod]
16+
public void FrequencyResponse_ShouldRemainFinite_OnStressSpecifications() =>
17+
RunStressValidation(AssertFrequencyResponseIsFinite);
18+
19+
[TestMethod]
20+
public void ImpulseResponse_ShouldRemainFinite_OnStressSpecifications() =>
21+
RunStressValidation((case_name, filter, dt) => AssertImpulseResponseIsFinite(case_name, filter));
22+
23+
private static void RunStressValidation(Action<string, DSP.Filters.IIR, double> Validator)
24+
{
25+
ArgumentNullException.ThrowIfNull(Validator);
26+
27+
var errors = new List<string>();
28+
29+
foreach (var @case in GetStressCases())
30+
{
31+
try
32+
{
33+
var filter = @case.Factory();
34+
Validator(@case.Name, filter, @case.Dt);
35+
}
36+
catch (Exception error)
37+
{
38+
errors.Add($"{@case.Name}: {error.GetType().Name} - {error.Message}");
39+
}
40+
}
41+
42+
if (errors.Count > 0)
43+
Assert.Fail($"Обнаружены проблемы устойчивости:{Environment.NewLine}{string.Join(Environment.NewLine, errors)}");
44+
}
45+
46+
private static IReadOnlyList<StressCase> GetStressCases()
47+
{
48+
const double dt = 1d / 48_000;
49+
const double gp = 0.891250938;
50+
const double gs = 0.01;
51+
52+
return
53+
[
54+
new("Butterworth-LP", dt, () => new DSP.Filters.ButterworthLowPass(dt, 9_000, 9_300, gp, gs)),
55+
new("Butterworth-HP", dt, () => new DSP.Filters.ButterworthHighPass(dt, 6_000, 6_300, gp, gs)),
56+
new("Butterworth-BP", dt, () => new DSP.Filters.ButterworthBandPass(dt, 2_000, 2_300, 5_200, 5_500, gp, gs)),
57+
new("Butterworth-BS", dt, () => new DSP.Filters.ButterworthBandStop(dt, 1_800, 2_200, 4_800, 5_300, gp, gs)),
58+
59+
new("ChebyshevI-LP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevLowPass(dt, 9_000, 9_250, gp, gs, ChebyshevType.I)),
60+
new("ChebyshevII-LP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevLowPass(dt, 9_000, 9_250, gp, gs, ChebyshevType.II)),
61+
new("ChebyshevIIC-LP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevLowPass(dt, 9_000, 9_250, gp, gs, ChebyshevType.IICorrected)),
62+
63+
new("ChebyshevI-HP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevHighPass(dt, 6_000, 6_200, gp, gs, ChebyshevType.I)),
64+
new("ChebyshevII-HP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevHighPass(dt, 6_000, 6_200, gp, gs, ChebyshevType.II)),
65+
new("ChebyshevIIC-HP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevHighPass(dt, 6_000, 6_200, gp, gs, ChebyshevType.IICorrected)),
66+
67+
new("ChebyshevI-BP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandPass(dt, 2_000, 2_300, 5_200, 5_500, gp, gs, ChebyshevType.I)),
68+
new("ChebyshevII-BP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandPass(dt, 2_000, 2_300, 5_200, 5_500, gp, gs, ChebyshevType.II)),
69+
new("ChebyshevIIC-BP", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandPass(dt, 2_000, 2_300, 5_200, 5_500, gp, gs, ChebyshevType.IICorrected)),
70+
71+
new("ChebyshevI-BS", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandStop(dt, 1_800, 2_200, 4_800, 5_300, gp, gs, ChebyshevType.I)),
72+
new("ChebyshevII-BS", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandStop(dt, 1_800, 2_200, 4_800, 5_300, gp, gs, ChebyshevType.II)),
73+
new("ChebyshevIIC-BS", dt, () => new DSP.Filters.ChebyshevBandStop(dt, 1_800, 2_200, 4_800, 5_300, gp, gs, ChebyshevType.IICorrected)),
74+
75+
new("Elliptic-LP", dt, () => new DSP.Filters.EllipticLowPass(dt, 9_000, 9_200, gp, gs)),
76+
new("Elliptic-HP", dt, () => new DSP.Filters.EllipticHighPass(dt, 6_000, 6_200, gp, gs)),
77+
new("Elliptic-BP", dt, () => new DSP.Filters.EllipticBandPass(dt, 2_000, 2_300, 5_200, 5_500, gp, gs)),
78+
new("Elliptic-BS", dt, () => new DSP.Filters.EllipticBandStop(dt, 1_800, 2_200, 4_800, 5_300, gp, gs))
79+
];
80+
}
81+
82+
private static void AssertCoefficientsAreFinite(string CaseName, DSP.Filters.IIR Filter)
83+
{
84+
for (var i = 0; i < Filter.A.Count; i++)
85+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(Filter.A[i]), $"{CaseName}: A[{i}] не является конечным числом");
86+
87+
for (var i = 0; i < Filter.B.Count; i++)
88+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(Filter.B[i]), $"{CaseName}: B[{i}] не является конечным числом");
89+
90+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(Filter.A[0]), $"{CaseName}: A[0] не является конечным числом");
91+
Assert.IsTrue(Math.Abs(Filter.A[0]) > 1e-30, $"{CaseName}: A[0] слишком близок к нулю");
92+
}
93+
94+
private static void AssertFrequencyResponseIsFinite(string CaseName, DSP.Filters.IIR Filter, double Dt)
95+
{
96+
var fd = 1d / Dt;
97+
const int points_count = 256;
98+
99+
for (var i = 0; i <= points_count; i++)
100+
{
101+
var f = fd * i / (2d * points_count);
102+
var h = Filter.FrequencyResponse(f);
103+
104+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(h.Re), $"{CaseName}: Re(H) не является конечным числом на частоте {f}");
105+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(h.Im), $"{CaseName}: Im(H) не является конечным числом на частоте {f}");
106+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(h.Abs), $"{CaseName}: |H| не является конечным числом на частоте {f}");
107+
}
108+
}
109+
110+
private static void AssertImpulseResponseIsFinite(string CaseName, DSP.Filters.IIR Filter)
111+
{
112+
const int samples_count = 2048;
113+
const double max_abs_limit = 1e12;
114+
115+
Filter.Reset();
116+
117+
var max_abs = 0d;
118+
for (var i = 0; i < samples_count; i++)
119+
{
120+
var x = i == 0 ? 1d : 0d;
121+
var y = Filter.Process(x);
122+
123+
Assert.IsTrue(double.IsFinite(y), $"{CaseName}: значение импульсной характеристики не является конечным на отсчёте {i}");
124+
125+
var abs_y = Math.Abs(y);
126+
if (abs_y > max_abs) max_abs = abs_y;
127+
}
128+
129+
Assert.IsTrue(max_abs < max_abs_limit, $"{CaseName}: наблюдается неустойчивый рост импульсной характеристики, max={max_abs}");
130+
}
131+
}

0 commit comments

Comments
 (0)