本書主要講述數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法,同時(shí)又簡(jiǎn)明地介紹現(xiàn)代信號(hào)處理方法的基本概念和思路(例如時(shí)頻分析和小波分析的概念和方法初步),還給出一些應(yīng)用性較為廣泛的數(shù)字信號(hào)處理方法(例如現(xiàn)代譜分析、維納濾波等),便于學(xué)生在熟悉數(shù)字信號(hào)處理基本理論的基礎(chǔ)上,了解現(xiàn)代信號(hào)處理方法的概念,并能夠?qū)δ承╊I(lǐng)域的應(yīng)用較為深入地了解。本書可作為自動(dòng)化、電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等專業(yè)的研究生及高年級(jí)本科生教材。
數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)成為電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)等本科專業(yè)及信號(hào)與信息處理、電子科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程等研究生學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一,由于該門課程既涉及離散信號(hào)與系統(tǒng)的理論,又涉及信號(hào)處理的重要方法,一直是一門具有較大學(xué)習(xí)難度的課程。對(duì)初次接觸該領(lǐng)域的學(xué)生來(lái)說(shuō),一本合適的教學(xué)參考書對(duì)課程的學(xué)習(xí)具有較大的幫助。
目前出版的數(shù)字信號(hào)處理教材種類繁多,其中很多優(yōu)秀的教材具有鮮明的特色。從層次上來(lái)看,大體可分為適合本科生使用的教材及適合研究生使用的教材。本科生層次的教材多是面向電子信息類專業(yè)編寫的,一般重點(diǎn)介紹離散系統(tǒng)的基本理論與方法、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和快速傅里葉變換的基本方法,對(duì)現(xiàn)代信號(hào)分析與處理的內(nèi)容較少涉及。研究生層次的教材面向?qū)ο筝^廣,多數(shù)教材一般主要介紹現(xiàn)代信號(hào)處理方法的若干內(nèi)容。對(duì)于本科已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法,一般僅做概要介紹。
作者十余年來(lái)一直給檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置、微電子學(xué)、電路與系統(tǒng)、控制理論與控制工程等學(xué)科的研究生及控制工程專業(yè)學(xué)位的研究生講授“數(shù)字信號(hào)處理”課程,很多研究生本科階段沒有學(xué)習(xí)過(guò)信號(hào)處理類的課程,甚至對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念也了解甚少。這些專業(yè)的研究生一般希望在學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)處理基本理論的基礎(chǔ)上,能夠在應(yīng)用層面了解相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)代方法的應(yīng)用,以便盡快進(jìn)入研究領(lǐng)域,這就需要與之配套的教學(xué)參考書。其實(shí),對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)等本科專業(yè)的高年級(jí)學(xué)生,也同樣有一個(gè)如何在掌握數(shù)字信號(hào)處理基本理論框架的基礎(chǔ)上,了解一些現(xiàn)代信號(hào)處理的方法,以適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要的問(wèn)題。編者在講授課程的過(guò)程中,廣泛參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材,編寫了相關(guān)講義,在北京市教學(xué)名師專項(xiàng)資金的資助下,對(duì)如何處理好基本理論、現(xiàn)代方法、工程應(yīng)用的關(guān)系進(jìn)行了探索,形成了自己的特色。在此基礎(chǔ)上形成本書并奉獻(xiàn)給讀者。
本書的特點(diǎn)是自成體系,既嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刂v述數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法,又簡(jiǎn)明地介紹現(xiàn)代信號(hào)處理方法的基本概念和思路(例如時(shí)頻分析和小波分析的概念和方法初步),還給出一些應(yīng)用性較為廣泛的數(shù)字信號(hào)處理方法(例如現(xiàn)代譜分析、維納濾波等),便于學(xué)生在熟悉數(shù)字信號(hào)處理基本理論的基礎(chǔ)上,了解現(xiàn)代信號(hào)處理方法的概念,并能夠?qū)δ承╊I(lǐng)域的應(yīng)用有較為深入的了解,便于在某些研究領(lǐng)域中使用數(shù)字信號(hào)處理方法盡快開展研究工作。
本書對(duì)數(shù)字信號(hào)處理在控制工程中的應(yīng)用給予特別的關(guān)注,這是以往同類教材中不多見的。
為了適合本科生的學(xué)習(xí),本書對(duì)基本理論的某些內(nèi)容適當(dāng)降低了難度,并通過(guò)適當(dāng)?shù)睦訋椭鷮W(xué)生理解某些重要的概念。對(duì)于本科生的學(xué)習(xí),可以在學(xué)習(xí)前6章的基礎(chǔ)上,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)選擇后4章的部分內(nèi)容進(jìn)行介紹,對(duì)于研究生,學(xué)完本書的全部?jī)?nèi)容可以為從事數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)研究工作打下一個(gè)初步的基礎(chǔ)。
本書可作為控制科學(xué)與工程、測(cè)試科學(xué)與技術(shù)、電氣工程等學(xué)科研究生數(shù)字信號(hào)處理課程的參考教材,也可作為電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)等本科專業(yè)數(shù)字信處理課程的教學(xué)參考書,對(duì)高校教師和工程技術(shù)人員,本書也有較好的參考價(jià)值。
本書的出版得到了北京市教學(xué)名師專項(xiàng)資金的資助,在此向北京市教委表示由衷謝意。
在本書的立項(xiàng)、編寫和出版過(guò)程中,得到了機(jī)械工業(yè)出版社的指導(dǎo)和大力支持,在此者表示誠(chéng)摯的感謝。
限于編者水平和能力,書中謬誤之處在所難免,懇請(qǐng)各位專家、學(xué)者、讀者給予批指正。
劉小河
前言
第1章緒論
1.1數(shù)字信號(hào)處理
1.1.1數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成
1.1.2數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)
1.2數(shù)字信號(hào)處理研究的內(nèi)容
1.2.1離散線性系統(tǒng)的基本理論
1.2.2信號(hào)的離散正交變換及
快速算法
1.2.3數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
1.2.4隨機(jī)信號(hào)的處理
1.2.5連續(xù)信號(hào)的采集與重構(gòu)
1.3數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用
1.3.1電子測(cè)量與儀器
1.3.2現(xiàn)代通信
1.3.3語(yǔ)音與圖像處理
1.3.4生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理
1.3.5控制及自動(dòng)化
1.4數(shù)字信號(hào)處理理論發(fā)展的
歷史回顧
第2章離散信號(hào)和離散系統(tǒng)
2.1離散信號(hào)
2.1.1離散信號(hào)的概念
2.1.2典型離散信號(hào)
2.1.3離散信號(hào)的分類
2.1.4離散信號(hào)的運(yùn)算和變換
2.2離散系統(tǒng)
2.2.1 離散系統(tǒng)的輸入一輸出描述 ’
2.2.2離散系統(tǒng)的分類 ’
2.3線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的時(shí)域分析
2.3.1線性差分方程的求解
2.3.2 LTI離散系統(tǒng)的抽樣響應(yīng)
2.3.3 LTI離散系統(tǒng)對(duì)任意輸入的
零狀態(tài)響應(yīng):卷積和
2.3.4 LTI離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
2.4連續(xù)信號(hào)的采樣 ’
2.4.1信號(hào)的采樣過(guò)程 。
2.4.2采樣定理及A-D轉(zhuǎn)換
2.4.3由樣本序列重構(gòu)模擬信號(hào)
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章z變換
3.1 z變換及其性質(zhì)
3.1.1 z變換的定義和收斂域
3.1.2常用z變換
3.1.3 z變換的性質(zhì)
3.2 z逆變換
3.2.1冪級(jí)數(shù)展開法求z逆變換
3.2.2部分分式展開法求z逆變換
3.2.3圍線積分法求z逆變換
3.3 復(fù)卷積定理和帕斯瓦爾定理
3.3.1復(fù)卷積定理
3.3.2帕斯瓦爾定理
本章小結(jié) 。
習(xí)題
第4章線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的變換域
分析
4.1線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的z域分析
4.1.1用z變換求解差分方程
4.1.2系統(tǒng)函數(shù)H(z)
4.1.3離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
4.2 1線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的頻域分析
4.2.1 線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的頻率
特性
4.2.2頻率響應(yīng)的幾何確定
4.2.3理想低通濾波器
4.2.4全通系統(tǒng)
4.3線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
4.3.1 無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)系統(tǒng)的基本
結(jié)構(gòu)
4.3.2有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)系統(tǒng)的基本
結(jié)構(gòu)
4.3.3離散系統(tǒng)的Lattice結(jié)構(gòu)
第5章數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
第6章離散傅里葉變換及快速算法
第7章信號(hào)處理中的其他常用正交變換
第8章隨機(jī)信號(hào)處理
第9章功率譜估計(jì)
第10章非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)頻分析和小波分析初步
參考文獻(xiàn)