MATLAB辅助现代工程数字信号处理 - 中国高校教材图书网
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书名： |
MATLAB辅助现代工程数字信号处理
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| ISBN： | 978 － 7 － 5606 － 2417 － 4 |
责任编辑： | |
| 作者： |
李益华
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥28.00
折扣价：￥26.60
折扣：0.95
节省了1.4元
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字数： |
465千字
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| 出版社： |
西安电子科技大学出版社 |
页数： |
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| 出版日期： |
2010-08-01 |
每包册数： |
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| 国家规划教材： |
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省部级规划教材： |
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| 入选重点出版项目： |
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获奖信息： |
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| 内容简介： |
本书系统地阐述了现代工程数字信号处理的基本原理和实现方法，并使用MATLAB语言结合大量工程实例，剖析了数字信号处理的仿真实现过程。 全书共10章, 内容主要包括确定性信号处理与随机信号处理两大部分。确定性信号处理包括离散时间信号与系统、频域分析方法、数字滤波器的分析与设计以及
多采样率信号处理; 随机信号处理包括平稳随机信号分析、功率谱估计、非平稳随机信号分析与处
理、自适应滤波以及高阶谱分析。
本书可作为高等学校数字信号处理等相关课程的教材或参考书，也可作为从事信号处理及相关领域的工程技术人员的工具书。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
目 录
第1章 数字信号处理与离散时间系统 1
1.1 数字信号处理概述 1
1.1.1 数字信号处理的理论基础 1
1.1.2 数字信号处理的实现 2
1.1.3 数字信号处理的应用 2
1.2 信号与系统 3
1.2.1 连续时间信号和离散时间信号 4
1.2.2 确定性信号与随机信号 4
1.2.3 能量信号与功率信号 5
1.2.4 数字信号处理系统的基本组成 5
1.2.5 模数转换和数模转换 6
1.3 离散时间信号 7
1.3.1 典型离散时间信号 7
1.3.2 离散时间信号的运算 13
1.3.3 MATLAB常用信号生成函数 16
1.4 离散时间系统 18
1.4.1 离散时间系统的基本概念 18
1.4.2 离散时间线性时不变系统的分析 20
1.4.3 离散时间系统的差分方程描述 22
1.4.4 离散时间信号的相关性 24
1.4.5 离散时间系统的MATLAB描述 26
1.5 小结 27
习题 27
第2章 离散时间信号与系统的频域分析 29
2.1 离散时间序列的傅里叶变换(DTFT) 29
2.1.1 DTFT的定义 29
2.1.2 DTFT的性质 30
2.2 离散周期信号的傅里叶级数(DFS) 31
2.2.1 DFS的定义 31
2.2.2 DFS的性质 35
2.3 离散傅里叶变换(DFT) 35
2.3.1 DFT的定义 36
2.3.2 DFT的性质 40
2.3.3 DFT的应用 42
2.4 快速傅里叶变换(FFT) 44
2.4.1 FFT的基本思想 44
2.4.2 FFT算法及其实现 44
2.4.3 FFT的应用 48
2.5 Z变换 51
2.5.1 Z变换的定义 51
2.5.2 Z变换的收敛域 52
2.5.3 Z变换的性质 54
2.5.4 逆Z变换 55
2.5.5 利用Z变换求解差分方程 58
2.6 线性时不变离散系统的频域分析 60
2.6.1 离散系统的系统函数 60
2.6.2 离散系统的频率响应 61
2.7 小结 63
习题 63
第3章 数字滤波器的结构与分析 65
3.1 数字滤波器及其实现 65
3.1.1 数字滤波器概述 65
3.1.2 数字滤波器的分类与实现 66
3.1.3 数字滤波器的运算结构 67
3.1.4 数字滤波器的MATLAB实现 67
3.2 IIR数字滤波器的基本结构 70
3.2.1 直接型结构 70
3.2.2 级联型结构 72
3.2.3 并联型结构 74
3.3 FIR数字滤波器的基本结构 76
3.3.1 直接型结构 76
3.3.2 级联型结构 76
3.3.3 线性相位型结构 77
3.3.4 频率采样型结构 78
3.4 数字滤波器的格型结构 80
3.4.1 全零点滤波器的格型结构 81
3.4.2 全极点滤波器的格型结构 82
3.4.3 零极点滤波器的格型结构 82
3.5 数字滤波器的MATLAB时频分析 84
3.5.1 时域分析 84
3.5.2 频域分析 87
3.6 数字滤波器的量化效应 89
3.6.1 二进制数的表示 89
3.6.2 定点制的量化误差 90
3.6.3 A/D变换的量化效应 91
3.6.4 有限字长运算对数字滤波器的影响 94
3.6.5 舍入效应引起的极限环振荡 97
3.6.6 系数量化对滤波器系数的影响 98
3.7 小结 99
习题 100
第4章 工程数字滤波器设计 101
4.1 数字滤波器的技术指标与设计方法 101
4.1.1 数字滤波器的技术指标 101
4.1.2 数字滤波器的设计方法 102
4.2 无限冲激响应(IIR)数字滤波器的设计 102
4.2.1 IIR滤波器的经典设计 103
4.2.2 IIR滤波器的直接设计 114
4.2.3 最大平滑IIR数字滤波器设计 115
4.3 有限冲激响应(FIR)数字滤波器的设计 116
4.3.1 窗函数法设计FIR滤波器 117
4.3.2 频率采样法设计FIR滤波器 121
4.3.3 最优化法设计FIR滤波器 122
4.3.4 约束最小二乘FIR滤波器 126
4.3.5 任意响应法设计FIR滤波器 128
4.4 小结 130
习题 131
第5章 多采样率数字信号处理 133
5.1 信号的抽取与内插 133
5.1.1 信号的整数倍抽取 133
5.1.2 信号的整数倍内插 135
5.2 有理因子采样率转换 137
5.3 采样率转换的滤波器实现 138
5.3.1 抽取采样率转换的滤波器实现 138
5.3.2 内插采样率转换的滤波器实现 140
5.3.3 有理因子采样率转换的滤波器实现 142
5.4 数字滤波器组 144
5.4.1 均匀滤波器组 144
5.4.2 复用转接器 146
5.4.3 正交镜像滤波器组 147
5.5 小结 147
习题 148
第6章 平稳随机信号处理与分析 149
6.1 随机信号及其处理 149
6.1.1 随机信号处理的发展历程 149
6.1.2 随机信号及其特征描述 150
6.2 平稳随机信号的时域描述 151
6.2.1 平稳随机信号的数字特征 151
6.2.2 相关函数和协方差 153
6.2.3 平稳随机信号的各态遍历性 157
6.3 平稳随机信号的频域描述 158
6.4 线性系统对随机信号的响应 160
6.4.1 自相关函数及自功率谱 161
6.4.2 互相关函数和互功率谱 161
6.5 平稳随机信号的模型 164
6.5.1 ARMA模型 164
6.5.2 MA模型 165
6.5.3 AR模型 165
6.6 小结 166
习题 166
第7章 功率谱估计 167
7.1 功率谱估计及其分析方法 167
7.2 经典谱估计法 168
7.2.1 自相关函数估计法 168
7.2.2 周期图法 170
7.3 改进的非参数化方法 172
7.3.1 分段平均周期图法 173
7.3.2 加窗平均周期图法 175
7.3.3 Welch法 176
7.3.4 多窗口法 180
7.4 模型参数化方法 182
7.4.1 AR模型法 182
7.4.2 最大熵功率谱估计法 186
7.4.3 Levinson－Durbin递推算法 188
7.4.4 Burg递推算法 189
7.5 自相关矩阵的本征分析法 191
7.6 小结 193
习题 194
第8章 非平稳信号分析与处理 195
8.1 短时傅里叶变换 195
8.1.1 时域窗法 196
8.1.2 频域窗法 196
8.1.3 窗函数的选取 197
8.1.4 时频分析的MATLAB实现 199
8.2 维格纳时频分布 204
8.2.1 连续时间维格纳分布 205
8.2.2 离散时间维格纳分布 208
8.2.3 时频分布的MATLAB实现 210
8.3 小波变换 216
8.3.1 连续小波变换 217
8.3.2 离散小波变换 218
8.3.3 小波变换在突变信号检测中的应用 218
8.4 小结 221
习题 222
第9章 线性预测与自适应滤波 223
9.1 维纳滤波器 223
9.1.1 维纳滤波器的时域分析 223
9.1.2 维纳滤波器的频域分析 232
9.1.3 维纳预测器 235
9.2 卡尔曼滤波 237
9.2.1 离散状态方程 237
9.2.2 量测方程 238
9.2.3 卡尔曼滤波的基本递推算法 239
9.3 卡尔曼滤波在信号处理中的应用 242
9.3.1 目标跟踪的卡尔曼滤波 242
9.3.2 机动模型的滤波跟踪 245
9.4 自适应滤波器 253
9.4.1 自适应线性滤波器 253
9.4.2 LMS算法 254
9.4.3 归一化LMS算法 255
9.5 自适应滤波在信号处理中的应用 259
9.5.1 系统辨识 259
9.5.2 自适应噪声抵消器 261
9.5.3 自适应信号分离器 264
9.5.4 自适应陷波器 266
9.6 小结 269
习题 269
第10章 随机信号的高阶谱分析 270
10.1 高阶累积量与高阶谱 270
10.1.1 累积量 270
10.1.2 高阶谱 274
10.2 累积量与双谱的性质 274
10.2.1 累积量的性质 274
10.2.2 双谱及其性质 275
10.3 双谱估计 276
10.3.1 非参数化双谱估计 276
10.3.2 参数化双谱估计 282
10.4 高阶谱分析的应用 291
10.4.1 利用双谱进行时延估计 291
10.4.2 噪声中信号的检测 293
10.5 小结 295
习题 295
附录A 数字信号处理工具箱函数 296
附录B MATLAB常用命令 300
附录C 矩阵运算和傅里叶变换 302
参考文献 306
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| 精彩片段： |
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| 书 评： |
第 一 版 前 言
随着科学技术的发展，人们认识客观世界的技术也在不断的进步与更新，在计算机领域，人们更愿意用形象、直观和具有洞察力的方法去解决工程应用中的各种问题。MATLAB语言正是在这种趋势下进入科学与工程技术领域的。
MATLAB语言作为一种强大的科学计算工具，受到了专业研究人员的广泛重视。无论是在统计、信号处理、人工智能与自动控制，还是在雷达、通信、计算机等领域，越来越多的工程技术人员摆脱了C及C++语言繁琐语法的束缚，将注意力集中在了专业技术研究的核心问题上。
在现代科学技术领域，电子信息系统的应用范围极为广泛，主要有通信、导航、雷达、声纳、地震勘探、医学仪器、振动工程和射电天文等等。在短短几十年的时间里，这些系统几经更新换代，发展极其迅速。系统的发展进程和信息的利用程度是分不开的，而信息的利用程度又和信号与信息处理技术的发展紧密相连。
20世纪40年代，在检测、估计、滤波等方面建立了一系列基础理论和方法，为电子信息系统的发展指明了方向。但是，由于当时技术条件的限制，优化系统难以实现，实际应用的只是一些简单的处理技术。
20世纪60年代以来，随着微电子集成电路技术、工艺的迅猛发展，信号处理的研究不再局限于一般理论和方法的探讨，而是更多地侧重于实现方面，新的实现方法与算法的成果层出不穷。 而在此基础上发展起来的新一代系统，其优化和自适应性能已大大提高。
如今，信号处理又进入了一个新的发展时期，信号处理的一些主要领域，如优化、自适应、高分辨、多维和多通道等，其理论和方法均日趋系统化。对系统的分析已不再限于理想模型，而是考虑各种实际因素，研究其鲁棒性，同时对性能也不再限于定性描述，而是作出统计性能评价，使理论和实际在更高水平上密切结合。
信号处理应用领域的不断扩大，促使人们在理论和方法上向更深层次探索，此前均假设信号及其背景噪声是高斯的、平稳的，而对信号的分析只是基于它的二阶矩特性和功率谱，其对象系统也限于时不变的线性和因果最小相位系统。虽然上述假设及由此而构建的系统在许多场合是适用的，但随着应用领域的扩大，要求人们去研究非平稳、非高斯信号，以及时变、非因果、非最小相位、非线性系统，这些已成为现代信号处理研究热点的一个方面，如用时频分布和子波变换研究非平稳信号、用高阶统计量分析非高斯信号等也属于这类研究。
根据当前该学科理论与实际密切结合的特点，本书突出了基本概念和基本思想的阐明，同时注重了理论的严密性和方法的实用性，使读者易于领会和掌握问题的实质，并能较快地用以解决实际问题。
本书内容简明扼要，包含了大量的MATLAB语言源程序，所有源程序都在计算机上用MATLAB 5.3和MATLAB 6.1进行了验算，对具体工程应用具有较大的参考价值。
本书由李勇、徐震、沈辉、张亮、徐凯等编写； 文字由李飞、刘涛、李凯、王华等录入； 图像由李燕、胡利明、曾飞、刘丽等编辑处理； 全书由沈辉、李勇、林哲辉审校。本书在编写过程中还得到了王德军、赵文峰等人的帮助，毛红兵女士为本书的策划工作付出了大量的心血与汗水, 另外还有很多同志在本书的编辑、排版、校对过程中也付出了大量的劳动，在此一并表示衷心的感谢。
由于时间仓促以及笔者水平有限，书中疏漏与不当之处在所难免，敬请各位专家和广大读者批评指正，不胜感激。
编 者
2002年8月
前 言
MATLAB语言作为一种强大的科学计算工具，受到了专业研究人员的广泛重视，已广泛应用于统计、信号处理、人工智能与自动控制、雷达、通信、计算机等领域。本书结合MATLAB的信号处
理工具箱，详细介绍了现代工程数字信号处理技术。
本书对数字信号及信号处理的基本理论和工程应用中的基本方法作了系统的介绍，并以大量实例说明了利用MATLAB进行信号分析与应用设计的方法。全书共10章, 主要内容如下:
· 第1章介绍了离散时间信号与系统的基本概念和理论;
· 第2章重点阐述了离散时间信号与系统的频域分析方法，包括傅里叶变换和Z变换;
· 第3章阐述了数字滤波器的结构与分析;
· 第4章阐述了工程数字滤波器的设计及其方法;
· 第5章涉及多采样率数字信号处理;
· 第6章为平稳随机信号处理与分析;
· 第7章着重阐述了功率谱估计，包括经典谱估计和现代谱估计;
· 第8章为非平稳随机信号分析与处理;
· 第9章阐述了自适应信号滤波处理及其应用，包括维纳滤波器、 卡尔曼滤波器以及LMS自适应滤波器;
· 第10章阐述了用高阶统计量分析与处理非高斯信号。
全书图文并茂，突出原理与应用，编者结合大量的应用实例，通过MATLAB软件亲自编写了仿真源程序， 给出了仿真结果与分析，对具体工程应用具有较大的参考价值。本书所有程序均在计算机上使用MATLAB 7.x以及MATLAB 2006~2008进行了验算，相关代码可在网站http://www.kylinx.com/books/matlabxh/index.htm免费下载。
本书由长沙理工大学的李益华主编，孟志强（湖南大学）、陈燕东（长沙理工大学）、王同业（株洲职业技术学院）、
杨珏（长沙理工大学）分别修订了本书的各章节，刘景琳、于学祥、 严日村等参与了部分章节的修订。
全书的统稿由孟志强完成。 此外，罗廷芳、张恒、司超、许亮等在本书的修订过程中也付出了大量的劳动，在此一并表示衷心的感谢。
由于时间仓促以及编者学识有限，书中疏漏之处在所难免，敬请各位专家和广大读者批评指正，不胜感激。
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