全国高等院校仪器仪表及自动化类"十二五"规划教材:信号分析与处理.pdf

全国高等院校仪器仪表及自动化类
 

书籍描述

编辑推荐
结合大量仿真实验,以全新视角讲解基本理论和应用。

作者简介
杨述斌教授,武汉工程大学电气信息学院专职教师,在华中科技大学电子通信专业取得硕士研究生学位,十多年来一直从事信号处理等课程教学;主编《数字信号处理》等教材两部;在教学方面多次获得教学优秀奖、“三育人”先进个人奖,指导的本科生毕业设计和研究生毕业论文获得优秀奖等。

目录
第1章绪论1
1.1信号及其分类1
1.1.1信号的描述1
1.1.2信号的分类1
1.2信号分析与处理系统简介3
1.3信号分析与处理的目的和内容4
1.4信号分析与处理的发展和应用4
第2章信号的时域分析7
2.1信号的描述7
2.2信号的运算8
2.3信号的分解12
习题15
第3章信号的频域分析17
3.1连续信号的频域分析17
3.1.1周期信号的傅里叶级数17
3.1.2非周期信号的傅里叶变换23
3.1.3傅里叶变换的性质28
3.2离散信号的频域分析33
3.2.1序列傅里叶变换(DTFT)34
3.2.2周期序列的离散傅里叶级数(DFS)38
3.2.3离散傅里叶变换(DFT)44
3.3能量谱与功率谱52
习题54
第4章快速傅里叶变换57
4.1FFT的基本思想57
4.1.1直接计算DFT的运算量分析57
4.1.2改进途径58
4.2按时间抽取(DIT)的基—2FFT算法59
4.2.1算法原理59
4.2.2蝶形、同址、变址运算63
4.3按频率抽取(DIF)的基—2FFT算法68
4.3.1算法原理68
4.3.2按频率抽取法的运算特点70
4.4快速傅里叶反变换71
4.5快速傅里叶变换FFT的应用72
4.5.1利用FFT对信号进行谱分析72
4.5.2线性卷积的FFT算法78
习题79
第5章信号的复频域分析81
5.1连续信号的复频域分析——拉普拉斯变换81
5.1.1拉普拉斯变换81
5.1.2拉普拉斯变换的性质82
5.2离散信号的复频域分析——Z变换86
5.2.1Z变换86
5.2.2Z变换的基本性质和定理87
5.2.3Z反变换的方法91
5.3Z变换、拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系93
习题94
第6章抽样理论96
6.1时域抽样理论96
6.1.1理想抽样96
6.1.2信号的重建99
6.1.3离散时间信号的抽样100
6.2抽样Z变换——频域抽样理论102
习题107
第7章信号处理基础108
7.1系统及其性质108
7.1.1系统的概念108
7.1.2系统的分类及描述109
7.2信号的线性系统处理111
7.2.1时域分析法111
7.2.2频域分析法115
7.2.3复频域分析法116
7.3有限字长效应及量化误差119
7.3.1有限字长效应120
7.3.2信号的量化误差121
7.3.3A/D变换器中的量化效应123
习题124
第8章滤波器126
8.1滤波器概述126
8.2模拟滤波器130
8.2.1理想低通滤波器的频率响应130
8.2.2巴特沃兹低通滤波器131
8.2.3切比雪夫滤波器133
8.3数字滤波器134
8.3.1数字滤波器的基本概念134
8.3.2IIR数字滤波器134
8.3.3FIR数字滤波器149
习题163
第9章随机信号165
9.1随机信号的时域描述165
9.1.1随机信号的四种形式165
9.1.2时域离散随机信号的统计描述166
9.1.3随机序列的数字特征167
9.2随机信号的频域分析168
9.2.1平稳随机过程的功率谱密度性质168
9.2.2白噪声168
9.3典型随机信号169
9.4随机信号通过线性系统的分析171
9.4.1线性系统的基本理论172
9.4.2随机过程通过线性系统172
9.4.3白噪声通过线性系统173
习题176
第10章MATLAB仿真实验177
10.1MATLAB简介177
10.2信号的产生及运算与图示178
10.2.1信号的产生与图示178
10.2.2信号的运算188
10.3微分和差分方程的求解189
10.3.1微分方程的求解189
10.3.2差分方程的求解191
10.4连续时间信号的频谱分析192
10.4.1直接调用专用函数法192
10.4.2傅里叶变换的数值计算实现法193
10.5离散时间信号的频谱分析195
10.5.1求取离散系统频率响应195
10.5.2离散傅里叶变换和反变换197
10.6连续时间信号的复频域分析199
10.6.1部分分式展开199
10.6.2拉普拉斯变换和反变换199
10.6.3求系统零、极点及系统特性200
10.7离散系统的复频域分析201
10.7.1正/反Z变换201
10.7.2离散系统的单位阶跃响应函数:dstep202
10.8IIR数字滤波器的设计203
10.9FIR数字滤波器的设计206
参考文献209

序言
目 录
第1章 绪论 1
1.1 信号及其分类 1
1.1.1 信号的描述 1
1.1.2 信号的分类 1
1.2 信号分析与处理系统简介 3
1.3 信号分析与处理的目的和内容 4
1.4 信号分析与处理的发展和应用 4
第2章 信号的时域分析 7
2.1 信号的描述 7
2.2 信号的运算 8
2.3 信号的分解 12
习题 15
第3章 信号的频域分析 17
3.1 连续信号的频域分析 17
3.1.1 周期信号的傅里叶级数 17
3.1.2 非周期信号的傅里叶变换 23
3.1.3 傅里叶变换的性质 28
3.2 离散信号的频域分析 33
3.2.1 序列傅里叶变换(DTFT) 34
3.2.2 周期序列的离散傅里叶级数(DFS) 38
3.2.3 离散傅里叶变换(DFT) 44
3.3 能量谱与功率谱 52
习题 54
第4章 快速傅里叶变换 57
4.1 FFT的基本思想 57
4.1.1 直接计算DFT的运算量分析 57
4.1.2 改进途径 58
4.2 按时间抽取(DIT)的基-2FFT算法 59
4.2.1 算法原理 59
4.2.2 蝶形、同址、变址运算 63
4.3 按频率抽取(DIF)的基-2FFT算法 68
4.3.1 算法原理 68
4.3.2 按频率抽取法的运算特点 70
4.4 快速傅里叶反变换 71
4.5 快速傅里叶变换FFT的应用 72
4.5.1 利用FFT对信号进行谱分析 72
4.5.2 线性卷积的FFT算法 78
习题 79
第5章 信号的复频域分析 81
5.1 连续信号的复频域分析——拉普拉斯变换 81
5.1.1 拉普拉斯变换 81
5.1.2 拉普拉斯变换的性质 82
5.2 离散信号的复频域分析——Z变换 86
5.2.1 Z变换 86
5.2.2 Z变换的基本性质和定理 87
5.2.3 Z反变换的方法 91
5.3 Z变换、拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 93
习题 94
第6章 抽样理论 96
6.1 时域抽样理论 96
6.1.1 理想抽样 96
6.1.2 信号的重建 99
6.1.3 离散时间信号的抽样 100
6.2 抽样Z变换——频域抽样理论 102
习题 107
第7章 信号处理基础 108
7.1 系统及其性质 108
7.1.1 系统的概念 108
7.1.2 系统的分类及描述 109
7.2 信号的线性系统处理 111
7.2.1 时域分析法 111
7.2.2 频域分析法 115
7.2.3 复频域分析法 116
7.3 有限字长效应及量化误差 119
7.3.1 有限字长效应 120
7.3.2 信号的量化误差 121
7.3.3 A/D变换器中的量化效应 123
习题 124
第8章 滤波器 126
8.1 滤波器概述 126
8.2 模拟滤波器 130
8.2.1 理想低通滤波器的频率响应 130
8.2.2 巴特沃兹低通滤波器 131
8.2.3 切比雪夫滤波器 133
8.3 数字滤波器 134
8.3.1 数字滤波器的基本概念 134
8.3.2 IIR数字滤波器 134
8.3.3 FIR数字滤波器 149
习题 163
第9章 随机信号 165
9.1 随机信号的时域描述 165
9.1.1 随机信号的四种形式 165
9.1.2 时域离散随机信号的统计描述 166
9.1.3 随机序列的数字特征 167
9.2 随机信号的频域分析 168
9.2.1 平稳随机过程的功率谱密度性质 168
9.2.2 白噪声 168
9.3 典型随机信号 169
9.4 随机信号通过线性系统的分析 171
9.4.1 线性系统的基本理论 172
9.4.2 随机过程通过线性系统 172
9.4.3 白噪声通过线性系统 173
习题 176
第10章 MATLAB仿真实验 177
10.1 MATLAB简介 177
10.2 信号的产生及运算与图示 178
10.2.1 信号的产生与图示 178
10.2.2 信号的运算 188
10.3 微分和差分方程的求解 189
10.3.1 微分方程的求解 189
10.3.2 差分方程的求解 191
10.4 连续时间信号的频谱分析 192
10.4.1 直接调用专用函数法 192
10.4.2 傅里叶变换的数值计算实现法 193
10.5 离散时间信号的频谱分析 195
10.5.1 求取离散系统频率响应 195
10.5.2 离散傅里叶变换和反变换 197
10.6 连续时间信号的复频域分析 199
10.6.1 部分分式展开 199
10.6.2 拉普拉斯变换和反变换 199
10.6.3 求系统零、极点及系统特性 200
10.7 离散系统的复频域分析 201
10.7.1 正/反Z变换 201
10.7.2 离散系统的单位阶跃响应函数:dstep 202
10.8 IIR数字滤波器的设计 203
10.9 FIR数字滤波器的设计 206
参考文献 209


文摘
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插图:



信号可以表示为一个或多个变量的函数,例如,一个语音信号就可以表示为声压随时间变化的函数,如图2—3所示;一张黑白照片就可以用亮度随二维空间变量变化的函数I(x,y)来表示,如图2—5所示;彩色照片可表示为亮度既与二维空间变量有关,又与红绿蓝三色相关的函数I={IR(x,y),IG(x,y),IB(x,y)},如图2—4所示。本书的讨论范围仅限于单一变量的函数。
信号除了用时间来表示白变量之外,还可以在频域内对它描述,这就是我们通常所说的信号的频率特性,即信号的自变量是频率。信号的频率表示与信号的时间表示一样,也含有信号的全部信息,这就有了对信号进行时域分析和频域分析。本章是对信号进行时域分析,信号的频域分析将在第3章中进行。
2.2 信号的运算
在实际工程应用时,常需要分析信号的组成,将其分解为基本的时问信号,同时也需要将某些信号变换成便于应用的形式,或构成其他形式的信号,这就需要对信号进行处理或运算。本节将主要讨论信号处理中的一些基本运算。
对于连续时间信号,信号的基本运算有信号相加、信号相乘、信号的微分与积分、信号的平移、信号的反转、信号的尺度变换;对于离散时问信号,信号的基本运算有信号相加、信号相乘、信号的累加、信号的差分、信号的平移、信号的反转、信号的时间尺度变换、信号的卷积和。其中时间信号的平移、信号的反转、信号的尺度变换也叫信号的自变量变换。总体来说,不管是连续信号还是离散信号,都有信号相加、信号相乘、信号的平移、信号的反转、信号的尺度变换等基本运算。连续时间信号的微分与积分对应离散时间信号的累加和差分。

内容简介
本书主要介绍信号分析与处理的基本原理、方法及应用,并改变对应课程传统的学习和讲授视角,以“信号分析”为主题视角,按照“课程整体的认识—信号的时域分析—信号的频域分析—信号的复频域分析”的线索与顺序组织和整合课程内容和结构,让学生以信号分析与处理为主线学习和理解整个课程内容;并在讨论完信号分析与处理的基本理论之后,再探讨信号在系统分析中的应用,以及信号分析与处理中常用的工具—滤波器;最后讲述随机信号处理和信号分析与处理的仿真实验。整本教材编写自然顺畅,契合学生学习思维的习惯,同时也兼顾内容的完整性和课程的工程性。

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