數(shù)字信號(hào)處理原理及應(yīng)用

前言

　　數(shù)字信號(hào)處理是利用數(shù)學(xué)的方法和數(shù)字系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理與分析的，隨著信息科學(xué)與計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)理論及實(shí)現(xiàn)方法日益成熟完善，已成為信息處理領(lǐng)域一門(mén)非常重要的學(xué)科。目前數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用涉及語(yǔ)音信號(hào)處理、雷達(dá)、聲吶、地震、圖像處理、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、模式識(shí)別、生物醫(yī)學(xué)工程、機(jī)械振動(dòng)、遙感遙測(cè)、航空航天、電力系統(tǒng)、故障檢測(cè)及自動(dòng)化儀表等眾多領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)處理課程已成為高等學(xué)校電子信息、通信、計(jì)算機(jī)科學(xué)及自動(dòng)控制等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。　　本書(shū)是在西安工業(yè)大學(xué)張學(xué)智教授主編的、由兵器工業(yè)出版社出版的《數(shù)字信號(hào)處理》教材基礎(chǔ)上，根據(jù)作者近幾年的教學(xué)使用情況，并收集廣大師生的反饋意見(jiàn)，為更好地適應(yīng)本課程的教學(xué)需要，重新組織編寫(xiě)的，是西安工業(yè)大學(xué)的“十二五”規(guī)劃教材。編寫(xiě)指導(dǎo)思想體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：　　（1）在內(nèi)容的組織上盡量做到少而精，以基本原理、基本概念和基本方法為主線，重點(diǎn)分析；新內(nèi)容和新方法作為補(bǔ)充與拓展，簡(jiǎn)明介紹?！　。?）注重理論和應(yīng)用的結(jié)合。為使讀者能更好地應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理的理論解決實(shí)際工程問(wèn)題，對(duì)常用的典型算法均給出實(shí)際應(yīng)用的內(nèi)容。同時(shí)，在最后一章，還以具體的工程項(xiàng)目為背景，系統(tǒng)地分析了數(shù)字信號(hào)處理理論的工程應(yīng)用方法?！　。?）適當(dāng)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，突出概念與分析思路。在編寫(xiě)過(guò)程中，對(duì)于重要的算法，公式推導(dǎo)的同時(shí)盡可能做到講清楚物理概念、分析方法和公式推導(dǎo)的思路。對(duì)于過(guò)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與計(jì)算，則盡可能簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，重點(diǎn)闡明清楚分析思路和結(jié)論?！　。?）將理論分析與仿真工具適當(dāng)結(jié)合。適當(dāng)引入了一些利用MATLAB對(duì)常用算法進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，以便幫助讀者對(duì)理論及算法實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用的理解?！　∪珪?shū)共分8章，包括離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域表示、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析、離散傅里葉變換DFT、快速傅里葉變換FFT及應(yīng)用、IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用等內(nèi)容。每章都精選了豐富的例題和習(xí)題，讀者可通過(guò)例題的示范和習(xí)題的演練加深對(duì)理論內(nèi)容的理解與掌握。書(shū)中給出的所有MATLAB仿真程序及C語(yǔ)言算法程序都經(jīng)過(guò)了作者的實(shí)際調(diào)試和驗(yàn)證，讀者可以直接引用。　　本書(shū)可作為高等院校電子信息、通信、計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制相關(guān)專業(yè)的教材，建議理論教學(xué)40～56學(xué)時(shí)，并安排8～16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。書(shū)中標(biāo)注*的內(nèi)容可選擇性講授。　　本書(shū)緒論、第2～6章由張峰編寫(xiě)，第1、7、8章及附錄由石現(xiàn)峰編寫(xiě)，全書(shū)由張峰統(tǒng)稿。張學(xué)智教授對(duì)全書(shū)進(jìn)行了仔細(xì)審閱。本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中參閱了許多兄弟院校相關(guān)的教材，并得到了很多同行們的支持與幫助，同時(shí)還得到電子工業(yè)出版社韓同平編輯的大力支持，作者在此一并表示衷心的感謝。　　由于作者水平有限，書(shū)中難免有不足與錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。　　編著者

內(nèi)容概要

　　《電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材：數(shù)字信號(hào)處理原理及應(yīng)用》系統(tǒng)地介紹數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本原理及分析方法，以及數(shù)字信號(hào)處理理論的工程應(yīng)用。全書(shū)共8章，第1～3章作為數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)，介紹離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析方法、頻域分析方法及z域分析方法等；第4～5章介紹離散傅里葉變換及其快速算法；第6～7章介紹數(shù)字濾波器的基本概念及設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法；第8章介紹數(shù)字信號(hào)處理在汽輪機(jī)故障監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用?！峨娮有畔⒖茖W(xué)與工程類專業(yè)規(guī)劃教材：數(shù)字信號(hào)處理原理及應(yīng)用》各章均安排了豐富的例題與習(xí)題，并對(duì)常用算法和典型問(wèn)題給出了利用MATLAB進(jìn)行算法仿真和設(shè)計(jì)求解的內(nèi)容?！　∪珪?shū)概念清晰、內(nèi)容精煉、注重應(yīng)用，適合作為高等學(xué)校電子信息類專業(yè)和相近專業(yè)的教材，也可作為相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第0章 緒論0.1 數(shù)字信號(hào)處理的基本概念0.2 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用0.3 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法0.4 經(jīng)典數(shù)字信號(hào)處理理論的研究?jī)?nèi)容第1章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)1.1 引言1.2 離散時(shí)間信號(hào)1.2.1 離散時(shí)間信號(hào)的表示1.2.2 基本序列1.2.3 序列的基本運(yùn)算1.3 離散時(shí)間系統(tǒng)1.3.1 理想延遲系統(tǒng)1.3.2 滑動(dòng)平均系統(tǒng)1.3.3 無(wú)記憶系統(tǒng)1.3.4 線性系統(tǒng)1.3.5 時(shí)不變移不變系統(tǒng)1.3.6 線性時(shí)不變移不變系統(tǒng)1.3.7 離散卷積的計(jì)算方法1.3.8 離散卷積的MATLAB求解1.3.9 卷積的運(yùn)算規(guī)律1.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性1.4.1 離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性1.4.2 離散時(shí)間系統(tǒng)的因果性1.5 離散時(shí)間信號(hào)的相關(guān)分析1.5.1 離散時(shí)間信號(hào)的互相關(guān)1.5.2 離散時(shí)間信號(hào)的自相關(guān)習(xí)題一第2章 離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的頻域表示2.1 引言2.2 離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的傅里葉變換分析2.2.1 特殊的復(fù)指數(shù)序列ejn2.2.2 LTI系統(tǒng)對(duì)復(fù)指數(shù)序列ejn的響應(yīng)2.2.3 LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)2.2.4 序列的傅里葉變換和反變換2.2.5 信號(hào)通過(guò)線性時(shí)不變穩(wěn)定系統(tǒng)的頻域表示法2.2.6 離散時(shí)間傅里葉變換的MATLAB計(jì)算2.3 傅里葉變換的對(duì)稱性2.3.1 共軛對(duì)稱與共軛反對(duì)稱2.3.2 離散時(shí)間傅里葉變換的對(duì)稱性2.3.3 離散時(shí)間傅里葉變換的時(shí)頻對(duì)稱性2.4 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣與恢復(fù)2.4.1 周期采樣2.4.2 周期采樣信號(hào)的頻譜分析2.4.3 時(shí)域采樣定理2.4.4 信號(hào)的恢復(fù)和采樣內(nèi)插公式2.4.5 正弦信號(hào)的采樣習(xí)題二第3章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析3.1 引言3.2 離散時(shí)間信號(hào)的z變換3.2.1 z變換的定義3.2.2 z變換的收斂域3.2.3 序列的性質(zhì)和其z變換收斂域的關(guān)系3.2.4 z變換的性質(zhì)和定理3.3 z反變換3.3.1 z反變換公式3.3.2 z反變換計(jì)算方法3.4 系統(tǒng)函數(shù)3.4.1 LTI系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性3.4.2 系統(tǒng)函數(shù)與差分方程的關(guān)系3.4.3 系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻率響應(yīng)3.4.4 系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)分類3.4.5 全通系統(tǒng)與最小相位系統(tǒng)3.4.6 利用MATLAB分析系統(tǒng)的性能3.5 離散時(shí)間系統(tǒng)的信號(hào)流圖3.5.1 網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)流圖表示3.5.2 信號(hào)流圖的轉(zhuǎn)置定理3.5.3 IIR系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.5.4 FIR系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)習(xí)題三第4章 離散傅里葉變換4.1 引言4.2 周期序列4.3 離散傅里葉級(jí)數(shù)4.3.1 離散傅里葉級(jí)數(shù)的定義4.3.2 離散傅里葉級(jí)數(shù)的主要性質(zhì)4.4 離散傅里葉變換4.4.1 DFT的基本概念4.4.2 DFT的MATLAB實(shí)現(xiàn)4.4.3 DFT的主要性質(zhì)4.4.4 有限長(zhǎng)序列的線性卷積和圓周卷積4.4.5 DFT與DTFT、ZT之間的關(guān)系4.5 頻率采樣理論4.5.1 頻域采樣定理4.5.2 頻域采樣恢復(fù)的內(nèi)插公式4.6 DFT應(yīng)用于信號(hào)頻譜分析4.6.1 DFT應(yīng)用于信號(hào)頻譜分析的具體方法4.6.2 DFT應(yīng)用于信號(hào)頻譜分析相關(guān)參數(shù)的確定4.6.3 DFT應(yīng)用于信號(hào)頻譜分析的誤差問(wèn)題習(xí)題四第5章 快速傅里葉變換及其應(yīng)用5.1 引言5.2 基-2FFT算法原理5.2.1 DFT運(yùn)算量分析5.2.2 基-2時(shí)間抽取FFT算法5.2.3 基-2頻率抽取FFT算法5.3 基-2FFT算法特點(diǎn)及程序?qū)崿F(xiàn)5.3.1 基-2FFT算法特點(diǎn)及規(guī)律5.3.2 基-2FFT算法的程序?qū)崿F(xiàn)5.4 離散傅里葉反變換的快速算法5.5 其他常用的FFT算法5.5.1 任意基數(shù)的FFT算法5.5.2 基-4 FFT算法5.5.3 分裂基FFT算法5.6 FFT應(yīng)用于線性卷積的快速計(jì)算5.6.1 基本算法5.6.2 重疊相加法5.6.3 重疊保留法5.7 Chirp-z變換及其FFT實(shí)現(xiàn)5.7.1 Chirp-z變換原理5.7.2 Chirp-z變換的FFT實(shí)現(xiàn)5.8 離散余弦變換及其FFT實(shí)現(xiàn)5.9 MATLAB環(huán)境下各種算法的實(shí)現(xiàn)5.9.1 FFT及IFFT算法的MATLAB實(shí)現(xiàn)5.9.2 快速卷積基本算法的MATLAB實(shí)現(xiàn)5.9.3 Chirp-z變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用5.9.4 離散余弦變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)習(xí)題五第6章 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)6.1 數(shù)字濾波器的基本概念6.2 模擬濾波器的設(shè)計(jì)6.2.1 巴特沃什模擬濾波器6.2.2 切比雪夫模擬濾波器6.2.3 橢圓濾波器6.2.4 模擬濾波器的頻率變換6.2.5 模擬濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)6.3 通過(guò)模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器6.3.1 沖激響應(yīng)不變法6.3.2 雙線性映射法6.3.3 沖激響應(yīng)不變法和雙線性映射法的MATLAB實(shí)現(xiàn)6.3.4 頻率變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器6.4 IIR數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法6.4.1 IIR數(shù)字濾波器的頻域最小均方誤差設(shè)計(jì)6.4.2 IIR數(shù)字濾波器的最小平方逆設(shè)計(jì)6.4.3 IIR數(shù)字濾波器的時(shí)域設(shè)計(jì)6.5 IIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)習(xí)題六第7章 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)7.1 引言7.2 FIR數(shù)字濾波器的線性相位特性7.2.1 線性相位系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)7.2.2 FIR系統(tǒng)為線性相位系統(tǒng)需滿足的條件7.2.3 FIR線性相位系統(tǒng)的零點(diǎn)分布特征7.3 FIR數(shù)字濾波器的加窗設(shè)計(jì)方法7.3.1 加窗法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的思路7.3.2 吉布斯效應(yīng)7.3.3 各種窗函數(shù)的特性7.3.4 加窗法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的具體步驟7.3.5 加窗法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn)7.3.6 其他各型FIR數(shù)字濾波器的加窗設(shè)計(jì)7.4 FIR數(shù)字濾波器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法7.4.1 頻率取樣法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器7.4.2 FIR數(shù)字濾波器的等波紋逼近設(shè)計(jì)7.5 FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)習(xí)題七第8章 數(shù)字信號(hào)處理工程應(yīng)用實(shí)例8.1 引言8.2 汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介8.2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)8.2.2 數(shù)據(jù)采集與分析設(shè)備8.2.3 數(shù)據(jù)采集與分析設(shè)備處理器選擇8.3 汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)8.3.1 振動(dòng)信號(hào)的表示8.3.2 鍵相信號(hào)8.3.3 振動(dòng)信號(hào)的獲取8.4 汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)的采樣8.4.1 固定頻率采樣8.4.2 倍頻采樣8.5 汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)處理8.5.1 時(shí)域處理方法8.5.2 頻域處理方法8.5.3 時(shí)頻處理方法附錄A 模擬濾波器設(shè)計(jì)的部分參數(shù)表附錄B FFT算法C語(yǔ)言程序B.1 基-2FFT算法程序B.2 分裂基FFT算法程序參考文獻(xiàn)

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