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信號處理原理與應(yīng)用(第2版)
本書簡明扼要地介紹了信號處理與線性系統(tǒng)的理論和分析方法。全書共分9章,內(nèi)容包括信號分析的基本概念、傅里葉變換、序列及其Z變換、離散時間系統(tǒng)、離散傅里葉變換、濾波器原理與設(shè)計、數(shù)字信號處理器(DSP)原理、數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用及MATLAB在信號處理中的應(yīng)用等內(nèi)容。書中第1~6章配有習(xí)題,第9章配有上機練習(xí)題,書末附有部分參考答案。
本書可作為電氣工程及其自動化專業(yè)的本科教材,也可作為電子信息工程、自動控制、計算機應(yīng)用等專業(yè)的教材或參考書,同時也可供有關(guān)科技與工程技術(shù)人員自學(xué)參考。 第1章信號分析的基本概念 1.1引言 1.2信號的概念及分類 1.2.1信號的概念 1.2.2信號的描述與分類 1.3典型信號與奇異信號 1.3.1正弦、余弦信號(sine and cosine signals) 1.3.2指數(shù)信號(exponential signal) 1.3.3復(fù)指數(shù)信號(complexexponential signal) 1.3.4抽樣信號(sampling signal) 1.3.5奇異信號(singularity signal) 1.4信號的分解 1.4.1直流分量與交流分量(direct and alternating components) 1.4.2偶分量與奇分量(even and odd components) 1.4.3實部分量與虛部分量(realand imaginary components) 1.4.4脈沖分量(pulse component) 1.4.5正交函數(shù)分量(orthogonal function component) 1.5信號的基本運算 1.5.1信號的疊加與相乘(additivity and multiplication of signal) 1.5.2信號的反褶(reversal of signal) 1.5.3信號的時間平移(timeshifting of signal) 1.5.4信號的時間展縮(尺度變換) (scaling of signal) 1.5.5卷積運算(convolution computation) 1.5.6信號相關(guān)分析與運算 習(xí)題 第2章傅里葉變換 2.1周期信號的頻譜分析——傅里葉級數(shù) 2.1.1三角形式的傅里葉級數(shù) 2.1.2復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級數(shù) 2.1.3函數(shù)的對稱性與傅里葉系數(shù)的關(guān)系 2.2周期矩形脈沖信號的頻譜 2.2.1展開成三角形式的傅里葉級數(shù) 2.2.2展開成復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級數(shù) 2.2.3頻譜的特點 2.2.4傅里葉有限項級數(shù) 2.2.5周期信號的功率分配 2.3非周期信號的頻譜分析——傅里葉變換 2.3.1傅里葉變換的定義 2.3.2典型非周期信號的傅里葉變換 ◆信號處理原理與應(yīng)用(第2版) 目錄◆ 2.4傅里葉變換的基本性質(zhì) 2.4.1線性(linear property) 2.4.2奇偶虛實性 2.4.3對偶(對稱)性 2.4.4尺度變換特性 2.4.5時域平移性 2.4.6頻域平移(頻移)性 2.4.7微分性 2.4.8積分性(integral property) 2.5卷積定理 2.5.1時域卷積定理 2.5.2頻域卷積定理 2.6周期信號的傅里葉變換 2.6.1正、余弦信號的傅里葉變換 2.6.2一般周期信號的傅里葉變換 2.7抽樣信號的傅里葉變換 2.7.1抽樣信號的頻譜 2.7.2抽樣定理 習(xí)題 第3章序列及其Z變換 3.1離散時間信號——序列 3.1.1序列的定義 3.1.2常用序列介紹 3.1.3序列的運算 3.2序列的Z變換 3.2.1Z變換的定義 3.2.2Z變換的收斂域 3.2.3Z變換的收斂域與零、極點關(guān)系 3.2.4常用單邊序列的Z變換 3.3Z變換的性質(zhì)和定理 3.3.1線性性質(zhì) 3.3.2位移性質(zhì) 3.3.3z域微分性(序列線性加權(quán)) 3.3.4z域尺度變換(序列指數(shù)加權(quán)) 3.3.5時域卷積定理 3.3.6z域卷積定理(序列相乘) *3.3.7帕塞瓦爾定理 3.4Z反變換 3.4.1部分分式展開法(partial fraction expansion method) 3.4.2長除法(冪級數(shù)法)(power series expansion method) 3.4.3圍線積分法(留數(shù)法)(contour integral method) 3.5Z變換與拉普拉斯變換 3.5.1z平面與s平面的映射關(guān)系 3.5.2Z變換與拉普拉斯變換關(guān)系 習(xí)題 第4章離散時間系統(tǒng) 4.1線性時(移)不變離散系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型 4.1.1離散時間系統(tǒng)及分類 4.1.2差分方程數(shù)學(xué)表示法 4.2離散系統(tǒng)時域分析 4.2.1差分方程的遞推解法 4.2.2離散卷積法 4.3離散系統(tǒng)z域分析 4.3.1利用Z變換解差分方程 4.3.2離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù) 4.4離散系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性 4.4.1因果系統(tǒng)與穩(wěn)定系統(tǒng) 4.4.2系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性 4.5離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 4.5.1序列的傅里葉變換 4.5.2頻率響應(yīng)特性 4.5.3頻率特性的幾何表示法 習(xí)題 第5章離散傅里葉變換 5.1離散傅里葉級數(shù)(DFS) 5.2離散傅里葉變換(DFT)的基本概念 5.2.1主值序列 5.2.2離散傅里葉變換(DFT)定義 5.3離散傅里葉變換的性質(zhì) 5.3.1線性性質(zhì) 5.3.2位移性質(zhì) 5.3.3頻移性質(zhì) 5.3.4時域圓周卷積(圓卷積) 5.3.5頻域圓卷積 5.3.6奇偶虛實性 *5.3.7相關(guān)特性 5.4離散傅里葉變換與Z變換的關(guān)系 5.4.1X(z)的抽樣 5.4.2X(z)的恢復(fù) 5.4.3以X(k)表示的頻率響應(yīng)特性 5.5快速傅里葉變換(FFT) 5.5.1減少DFT運算次數(shù)的途徑 5.5.2W矩陣因子化 5.5.3基2時間抽取FFT算法基本原理 *5.6FFT的應(yīng)用 5.6.1快速卷積(fast convolution) 5.6.2快速相關(guān)(功率譜計算) 習(xí)題 第6章濾波器原理與設(shè)計 6.1模擬濾波器原理 6.1.1模擬濾波器概述 6.1.2信號不失真?zhèn)鬏敆l件 6.1.3濾波器的理想特性與實際特性 6.2模擬濾波器設(shè)計 6.2.1幅度平方函數(shù) 6.2.2由幅度平方函數(shù)求系統(tǒng)函數(shù) 6.3巴特沃思濾波器 6.3.1巴特沃思濾波器的幅頻特性 6.3.2巴特沃思濾波器系統(tǒng)函數(shù)與極點分布關(guān)系 6.4切比雪夫濾波器 6.4.1切比雪夫多項式 6.4.2切比雪夫濾波器的幅頻特性 6.4.3切比雪夫濾波器系統(tǒng)函數(shù)與極點分布 6.5模擬濾波器的頻率變換 6.6數(shù)字濾波器概述 6.6.1數(shù)字濾波器基本工作原理 6.6.2數(shù)字濾波器分類 6.6.3數(shù)字濾波器特點及功能 6.7IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 6.7.1沖激響應(yīng)不變法 6.7.2雙線性變換法 6.7.3IIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu) 6.8FIR數(shù)字濾波器設(shè)計 6.8.1FIR數(shù)字濾波器特點 6.8.2FIR濾波器設(shè)計的窗函數(shù)法 6.8.3FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu) 6.9有限字長效應(yīng)的影響 6.9.1A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差 6.9.2濾波系數(shù)量化的影響 6.9.3數(shù)字運算過程中有限字長效應(yīng)的影響 6.10數(shù)字濾波器的實現(xiàn) 6.10.1軟件實現(xiàn)與硬件實現(xiàn) 6.10.2數(shù)字濾波器類型的選擇 習(xí)題 第7章數(shù)字信號處理器(DSP)原理 7.1概述 7.2TMS320F240 DSP總體結(jié)構(gòu) 7.2.1基本結(jié)構(gòu)和主要特征 7.2.2DSP的總線結(jié)構(gòu) 7.2.3中央處理單元 7.2.4存儲器 7.2.5程序控制 7.3片內(nèi)外設(shè) 7.3.1事件管理模塊 7.3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 7.3.3SCI串行通信模塊 7.3.4SPI串行外設(shè)接口模塊 7.3.5數(shù)字I/O端口 7.3.6中斷系統(tǒng) 7.4指令系統(tǒng) 7.4.1尋址方式 7.4.2DSP指令集 第8章數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用 8.1DSP在電氣工程中的應(yīng)用 8.1.1DSP在電機控制方面的應(yīng)用 8.1.2DSP在繼電保護方面的應(yīng)用 8.1.3DSP在變電站自動化方面的應(yīng)用 8.1.4DSP在電氣工程其他方面的應(yīng)用 8.2DSP應(yīng)用實例 8.2.1DSP在有源電力濾波器中的應(yīng)用 8.2.2信號調(diào)理、采樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換 8.2.3數(shù)字濾波器的設(shè)計 8.2.4濾波前后的電流波形比較 8.2.5三相高功率因數(shù)變流器[25~27] 第9章MATLAB在信號處理中的應(yīng)用 9.1MATLAB使用初步及信號描述與變換 9.1.1實驗?zāi)康?br />9.1.2實驗原理 9.1.3仿真實驗參考程序 9.1.4實驗要求 9.1.5實驗準(zhǔn)備 9.1.6實驗步驟 9.1.7實驗報告要求 9.2連續(xù)時間信號卷積運算的MATLAB實現(xiàn) 9.2.1實驗?zāi)康?br />9.2.2實驗原理 9.2.3實驗參考程序 9.2.4實驗要求 9.2.5實驗準(zhǔn)備 9.2.6實驗步驟 9.2.7實驗報告要求 9.3離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和輸出響應(yīng) 9.3.1實驗?zāi)康?br />9.3.2實驗原理 9.3.3實驗參考程序 9.3.4實驗要求 9.3.5實驗準(zhǔn)備 9.3.6實驗步驟 9.3.7實驗報告要求 9.4用FFT實現(xiàn)信號譜分析 9.4.1實驗?zāi)康?br />9.4.2實驗原理 9.4.3實驗舉例 9.4.4實驗參考程序 9.4.5實驗準(zhǔn)備 9.4.6實驗步驟 9.4.7實驗報告要求 9.4.8思考題 9.5循環(huán)卷積與線性卷積的實現(xiàn) 9.5.1實驗?zāi)康?br />9.5.2實驗原理 9.5.3實驗參考程序 9.5.4實驗要求 9.5.5實驗準(zhǔn)備 9.5.6實驗步驟 9.5.7實驗報告要求 9.6IIR數(shù)字巴特沃思濾波器的設(shè)計 9.6.1實驗?zāi)康?br />9.6.2實驗原理 9.6.3實驗例題與實驗參考程序 9.6.4實驗前準(zhǔn)備及要求 9.6.5實驗步驟 9.6.6實驗報告要求 9.6.7思考題 9.6.8上機練習(xí)例題 上機練習(xí)題 附錄 A卷積表 B常用周期信號的傅里葉級數(shù)表 C常用信號的傅里葉變換表 D幾何級數(shù)的求值公式表 E序列的Z變換表 FTMS320F240芯片管腳 GTMS320F240芯片內(nèi)部模塊 習(xí)題答案 參考文獻(xiàn) 第1章信號分析的基本概念 1.1引言 1.2信號的概念及分類 1.2.1信號的概念 1.2.2信號的描述與分類 1.3典型信號與奇異信號 1.3.1正弦、余弦信號(sine and cosine signals) 1.3.2指數(shù)信號(exponential signal) 1.3.3復(fù)指數(shù)信號(complexexponential signal) 1.3.4抽樣信號(sampling signal) 1.3.5奇異信號(singularity signal) 1.4信號的分解 1.4.1直流分量與交流分量(direct and alternating components) 1.4.2偶分量與奇分量(even and odd components) 1.4.3實部分量與虛部分量(realand imaginary components) 1.4.4脈沖分量(pulse component) 1.4.5正交函數(shù)分量(orthogonal function component) 1.5信號的基本運算 1.5.1信號的疊加與相乘(additivity and multiplication of signal) 1.5.2信號的反褶(reversal of signal) 1.5.3信號的時間平移(timeshifting of signal) 1.5.4信號的時間展縮(尺度變換) (scaling of signal) 1.5.5卷積運算(convolution computation) 1.5.6信號相關(guān)分析與運算 習(xí)題 第2章傅里葉變換 2.1周期信號的頻譜分析——傅里葉級數(shù) 2.1.1三角形式的傅里葉級數(shù) 2.1.2復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級數(shù) 2.1.3函數(shù)的對稱性與傅里葉系數(shù)的關(guān)系 2.2周期矩形脈沖信號的頻譜 2.2.1展開成三角形式的傅里葉級數(shù) 2.2.2展開成復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級數(shù) 2.2.3頻譜的特點 2.2.4傅里葉有限項級數(shù) 2.2.5周期信號的功率分配 2.3非周期信號的頻譜分析——傅里葉變換 2.3.1傅里葉變換的定義 2.3.2典型非周期信號的傅里葉變換 ◆信號處理原理與應(yīng)用(第2版) 目錄◆ 2.4傅里葉變換的基本性質(zhì) 2.4.1線性(linear property) 2.4.2奇偶虛實性 2.4.3對偶(對稱)性 2.4.4尺度變換特性 2.4.5時域平移性 2.4.6頻域平移(頻移)性 2.4.7微分性 2.4.8積分性(integral property) 2.5卷積定理 2.5.1時域卷積定理 2.5.2頻域卷積定理 2.6周期信號的傅里葉變換 2.6.1正、余弦信號的傅里葉變換 2.6.2一般周期信號的傅里葉變換 2.7抽樣信號的傅里葉變換 2.7.1抽樣信號的頻譜 2.7.2抽樣定理 習(xí)題 第3章序列及其Z變換 3.1離散時間信號——序列 3.1.1序列的定義 3.1.2常用序列介紹 3.1.3序列的運算 3.2序列的Z變換 3.2.1Z變換的定義 3.2.2Z變換的收斂域 3.2.3Z變換的收斂域與零、極點關(guān)系 3.2.4常用單邊序列的Z變換 3.3Z變換的性質(zhì)和定理 3.3.1線性性質(zhì) 3.3.2位移性質(zhì) 3.3.3z域微分性(序列線性加權(quán)) 3.3.4z域尺度變換(序列指數(shù)加權(quán)) 3.3.5時域卷積定理 3.3.6z域卷積定理(序列相乘) *3.3.7帕塞瓦爾定理 3.4Z反變換 3.4.1部分分式展開法(partial fraction expansion method) 3.4.2長除法(冪級數(shù)法)(power series expansion method) 3.4.3圍線積分法(留數(shù)法)(contour integral method) 3.5Z變換與拉普拉斯變換 3.5.1z平面與s平面的映射關(guān)系 3.5.2Z變換與拉普拉斯變換關(guān)系 習(xí)題 第4章離散時間系統(tǒng) 4.1線性時(移)不變離散系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型 4.1.1離散時間系統(tǒng)及分類 4.1.2差分方程數(shù)學(xué)表示法 4.2離散系統(tǒng)時域分析 4.2.1差分方程的遞推解法 4.2.2離散卷積法 4.3離散系統(tǒng)z域分析 4.3.1利用Z變換解差分方程 4.3.2離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù) 4.4離散系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性 4.4.1因果系統(tǒng)與穩(wěn)定系統(tǒng) 4.4.2系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)的因果性、穩(wěn)定性 4.5離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng) 4.5.1序列的傅里葉變換 4.5.2頻率響應(yīng)特性 4.5.3頻率特性的幾何表示法 習(xí)題 第5章離散傅里葉變換 5.1離散傅里葉級數(shù)(DFS) 5.2離散傅里葉變換(DFT)的基本概念 5.2.1主值序列 5.2.2離散傅里葉變換(DFT)定義 5.3離散傅里葉變換的性質(zhì) 5.3.1線性性質(zhì) 5.3.2位移性質(zhì) 5.3.3頻移性質(zhì) 5.3.4時域圓周卷積(圓卷積) 5.3.5頻域圓卷積 5.3.6奇偶虛實性 *5.3.7相關(guān)特性 5.4離散傅里葉變換與Z變換的關(guān)系 5.4.1X(z)的抽樣 5.4.2X(z)的恢復(fù) 5.4.3以X(k)表示的頻率響應(yīng)特性 5.5快速傅里葉變換(FFT) 5.5.1減少DFT運算次數(shù)的途徑 5.5.2W矩陣因子化 5.5.3基2時間抽取FFT算法基本原理 *5.6FFT的應(yīng)用 5.6.1快速卷積(fast convolution) 5.6.2快速相關(guān)(功率譜計算) 習(xí)題 第6章濾波器原理與設(shè)計 6.1模擬濾波器原理 6.1.1模擬濾波器概述 6.1.2信號不失真?zhèn)鬏敆l件 6.1.3濾波器的理想特性與實際特性 6.2模擬濾波器設(shè)計 6.2.1幅度平方函數(shù) 6.2.2由幅度平方函數(shù)求系統(tǒng)函數(shù) 6.3巴特沃思濾波器 6.3.1巴特沃思濾波器的幅頻特性 6.3.2巴特沃思濾波器系統(tǒng)函數(shù)與極點分布關(guān)系 6.4切比雪夫濾波器 6.4.1切比雪夫多項式 6.4.2切比雪夫濾波器的幅頻特性 6.4.3切比雪夫濾波器系統(tǒng)函數(shù)與極點分布 6.5模擬濾波器的頻率變換 6.6數(shù)字濾波器概述 6.6.1數(shù)字濾波器基本工作原理 6.6.2數(shù)字濾波器分類 6.6.3數(shù)字濾波器特點及功能 6.7IIR數(shù)字濾波器設(shè)計 6.7.1沖激響應(yīng)不變法 6.7.2雙線性變換法 6.7.3IIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu) 6.8FIR數(shù)字濾波器設(shè)計 6.8.1FIR數(shù)字濾波器特點 6.8.2FIR濾波器設(shè)計的窗函數(shù)法 6.8.3FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu) 6.9有限字長效應(yīng)的影響 6.9.1A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差 6.9.2濾波系數(shù)量化的影響 6.9.3數(shù)字運算過程中有限字長效應(yīng)的影響 6.10數(shù)字濾波器的實現(xiàn) 6.10.1軟件實現(xiàn)與硬件實現(xiàn) 6.10.2數(shù)字濾波器類型的選擇 習(xí)題 第7章數(shù)字信號處理器(DSP)原理 7.1概述 7.2TMS320F240 DSP總體結(jié)構(gòu) 7.2.1基本結(jié)構(gòu)和主要特征 7.2.2DSP的總線結(jié)構(gòu) 7.2.3中央處理單元 7.2.4存儲器 7.2.5程序控制 7.3片內(nèi)外設(shè) 7.3.1事件管理模塊 7.3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 7.3.3SCI串行通信模塊 7.3.4SPI串行外設(shè)接口模塊 7.3.5數(shù)字I/O端口 7.3.6中斷系統(tǒng) 7.4指令系統(tǒng) 7.4.1尋址方式 7.4.2DSP指令集 第8章數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用 8.1DSP在電氣工程中的應(yīng)用 8.1.1DSP在電機控制方面的應(yīng)用 8.1.2DSP在繼電保護方面的應(yīng)用 8.1.3DSP在變電站自動化方面的應(yīng)用 8.1.4DSP在電氣工程其他方面的應(yīng)用 8.2DSP應(yīng)用實例 8.2.1DSP在有源電力濾波器中的應(yīng)用 8.2.2信號調(diào)理、采樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換 8.2.3數(shù)字濾波器的設(shè)計 8.2.4濾波前后的電流波形比較 8.2.5三相高功率因數(shù)變流器[25~27] 第9章MATLAB在信號處理中的應(yīng)用 9.1MATLAB使用初步及信號描述與變換 9.1.1實驗?zāi)康?br />9.1.2實驗原理 9.1.3仿真實驗參考程序 9.1.4實驗要求 9.1.5實驗準(zhǔn)備 9.1.6實驗步驟 9.1.7實驗報告要求 9.2連續(xù)時間信號卷積運算的MATLAB實現(xiàn) 9.2.1實驗?zāi)康?br />9.2.2實驗原理 9.2.3實驗參考程序 9.2.4實驗要求 9.2.5實驗準(zhǔn)備 9.2.6實驗步驟 9.2.7實驗報告要求 9.3離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和輸出響應(yīng) 9.3.1實驗?zāi)康?br />9.3.2實驗原理 9.3.3實驗參考程序 9.3.4實驗要求 9.3.5實驗準(zhǔn)備 9.3.6實驗步驟 9.3.7實驗報告要求 9.4用FFT實現(xiàn)信號譜分析 9.4.1實驗?zāi)康?br />9.4.2實驗原理 9.4.3實驗舉例 9.4.4實驗參考程序 9.4.5實驗準(zhǔn)備 9.4.6實驗步驟 9.4.7實驗報告要求 9.4.8思考題 9.5循環(huán)卷積與線性卷積的實現(xiàn) 9.5.1實驗?zāi)康?br />9.5.2實驗原理 9.5.3實驗參考程序 9.5.4實驗要求 9.5.5實驗準(zhǔn)備 9.5.6實驗步驟 9.5.7實驗報告要求 9.6IIR數(shù)字巴特沃思濾波器的設(shè)計 9.6.1實驗?zāi)康?br />9.6.2實驗原理 9.6.3實驗例題與實驗參考程序 9.6.4實驗前準(zhǔn)備及要求 9.6.5實驗步驟 9.6.6實驗報告要求 9.6.7思考題 9.6.8上機練習(xí)例題 上機練習(xí)題 附錄 A卷積表 B常用周期信號的傅里葉級數(shù)表 C常用信號的傅里葉變換表 D幾何級數(shù)的求值公式表 E序列的Z變換表 FTMS320F240芯片管腳 GTMS320F240芯片內(nèi)部模塊 習(xí)題答案 參考文獻(xiàn)
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