數(shù)字信號(hào)處理及應(yīng)用
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本書系工業(yè)和信息化部十四五規(guī)劃教材,注重理論普適性與應(yīng)用特殊性相結(jié)合,過程推導(dǎo)與仿真驗(yàn)證相結(jié)合,能力培養(yǎng)與價(jià)值塑造相結(jié)合。全書共8 章,主要分三個(gè)部分。部分為數(shù)字信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法,內(nèi)容包括:離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換。第二部分為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),內(nèi)容包括:濾波器的實(shí)現(xiàn)方法、IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。第三部分為相關(guān)理論知識(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。編者在改版本書的過程中,特意對(duì)本書進(jìn)行了信息化建設(shè),尤為注重對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入淺出的詮釋和喜聞樂見的立體化呈現(xiàn)。本書可作為高等院校電子類、通信類、自動(dòng)化類等相關(guān)專業(yè)的教材,也可用于碩士研究生相關(guān)課程的教學(xué)過程,還可作為廣大科技工作者的參考書。
1.清晰化搭建體系結(jié)構(gòu)編者精心梳理了全書脈絡(luò),并采用新形態(tài)合理重構(gòu)了全書內(nèi)容,補(bǔ)充了部分?jǐn)?shù)學(xué)推導(dǎo),重新繪制了部分插圖,增加了各章內(nèi)容的思維導(dǎo)圖,充實(shí)了各章的小結(jié),使得本書的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)更加清晰、完善。2.多元化呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容編者與時(shí)俱進(jìn)地借助微課視頻增加了紙質(zhì)書的內(nèi)容呈現(xiàn)維度,擴(kuò)大了其信息承載空間。讀者可以通過掃描微課視頻等方式獲取重難知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Flash動(dòng)畫講解視頻,這提高了本書內(nèi)容的形象化和易懂性;還可以通過通信特色案例及課程思政案例,提升自己對(duì)專業(yè)知識(shí)與應(yīng)用技巧的融通能力。3.創(chuàng)新性融入特色案例編者修訂、更新和改進(jìn)了體現(xiàn)通信特色的案例,增加了以通信應(yīng)用為例的綜合性習(xí)題,有利于提高讀者綜合運(yùn)用信號(hào)處理基礎(chǔ)理論知識(shí),分析和解決特定工程領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題的能力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)典理論知識(shí)的活化。4.立體化打造教輔資源本書配套打造了豐富且優(yōu)質(zhì)的教輔資源,包括全書PPT、教案、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、特色案例及源代碼、課后習(xí)題及答案、Flash動(dòng)畫、拓展閱讀、電子附錄等。讀者可以通過人郵教育社區(qū)(www.ryjiaoyu.com)搜索本書并下載相關(guān)資源。需要說明的是,支持交互的Flash動(dòng)畫文件亦可通過該社區(qū)進(jìn)行下載。
盧光躍:西安電子科技大學(xué)信號(hào)與信息處理專業(yè)博士,西安郵電大學(xué)教授、副校長(zhǎng);主持完成國(guó)家863、國(guó)家重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、陜西省自然科學(xué)基金、陜西省國(guó)際合作計(jì)劃等各類縱橫向項(xiàng)目20余項(xiàng),在國(guó)內(nèi)外期刊和國(guó)內(nèi)外會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇,合作出版教材3部,申請(qǐng)獲批國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng);獲 陜西高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、三等獎(jiǎng)一項(xiàng)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子信息科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)一項(xiàng)、西安市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng),獲陜西省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)。
【章名目錄】第 1章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)第 2章 離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析第3章 離散傅里葉變換第4章 快速傅里葉變換第5章 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法第6章 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)第7章 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)第8章 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)【具體目錄】第 1章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)1. 1 離散時(shí)間信號(hào) …………………………… 21. 1. 1 常用典型序列 ………………… 31. 1. 2 序列的運(yùn)算 …………………… 61. 2 離散時(shí)間系統(tǒng) …………………………… 71. 2. 1 線性系統(tǒng) ……………………… 81. 2. 2 時(shí)不變系統(tǒng) …………………… 81. 2. 3 系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性 ……… 91. 3 離散時(shí)間系統(tǒng)的描述 ………………… 101. 3. 1 用單位脈沖響應(yīng)與卷積表示線性時(shí)不變系統(tǒng) ……………… 101. 3. 2 用線性常系數(shù)差分方程表示 線性時(shí)不變系統(tǒng) ……………… 151. 3. 3 線性常系數(shù)差分方程的求解 … 151. 3. 4 線性卷積與相關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系 …………………………… 181. 4 模擬信號(hào)的數(shù)字處理方法 …………… 181. 4. 1 采樣定理 ……………………… 191. 4. 2 時(shí)域采樣恢復(fù) ………………… 221. 5 本章小結(jié) ……………………………… 25習(xí)題 1 ………………………………………… 25第 2章 離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的頻域分析2. 1 序列的傅里葉分析 …………………… 292. 1. 1 序列傅里葉變換 ……………… 292. 1. 2 序列傅里葉變換的性質(zhì)與 定理 …………………………… 312. 1. 3 離散傅里葉級(jí)數(shù) ……………… 402. 1. 4 離散傅里葉級(jí)數(shù)的性質(zhì) ……… 412. 1. 5 周期序列的傅里葉變換 ……… 432. 1. 6 離散時(shí)間信號(hào)傅里葉變換與模擬信號(hào)傅里葉變換的關(guān)系 … 462. 2 序列的 Z 變換 ………………………… 492. 2. 1 定義 …………………………… 492. 2. 2 收斂域 ………………………… 492. 2. 3 逆變換 ………………………… 522. 2. 4 Z 變換與拉普拉斯變換、序列傅里葉變換的關(guān)系 ……… 582. 2. 5 Z 變換的性質(zhì)與定理 ………… 592. 2. 6 利用 Z 變換求解差分方程 …… 632. 3 系統(tǒng)的頻域分析 ……………………… 652. 3. 1 傳輸函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù) ………… 652. 3. 2 用系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的因果性與穩(wěn)定性 ……… 662. 3. 3 用系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)分布分析系統(tǒng)的頻率特性 ………… 672. 4 本章小結(jié) ……………………………… 72習(xí)題 2 ………………………………………… 73第3章 離散傅里葉變換3. 1 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù) ………… 773. 2 離散傅里葉變換的定義 ……………… 793. 2. 1 周期延拓與取主值運(yùn)算 ……… 803. 2. 2 離散傅里葉變換定義 ………… 813. 2. 3 DFT 的矩陣表示 ……………… 843. 3 離散傅里葉變換的基本性質(zhì) ………… 863. 3. 1 線性性質(zhì) ……………………… 863. 3. 2 序列循環(huán)移位性質(zhì) …………… 863. 3. 3 循環(huán)卷積 ……………………… 903. 3. 4 頻域循環(huán)卷積定理 …………… 943. 3. 5 復(fù)共軛序列和翻轉(zhuǎn)序列的 DFT …………………………… 943. 3. 6 DFT 的共軛對(duì)稱性 …………… 953. 3. 7 帕斯瓦爾定理 ………………… 983. 3. 8 DFT 性質(zhì)小結(jié) ………………… 993. 4 DFT、ZT 及 DTFT 之間的關(guān)系 ……… 993. 4. 1 已知有限長(zhǎng)度序列的 ZT、DTFT,確定其 DFT ………………… 1003. 4. 2 已知有限長(zhǎng)度序列的 DFT,確定其 ZT、DTFT …………… 1023. 5 頻率采樣定理 ………………………… 1033. 6 離散傅里葉變換在信號(hào)頻譜分析方面的應(yīng)用 ………………………………… 1073. 6. 1 四種傅里葉分析方法小結(jié) … 1073. 6. 2 利用 DFT 對(duì)非周期時(shí)間連續(xù)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析 ………… 1093. 6. 3 用 DFT 對(duì)序列進(jìn)行頻譜分析 ………………………… 1153. 7 DFT在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用 … 1163. 7. 1 OFDM 的基本原理…………… 1183. 7. 2 循環(huán)卷積應(yīng)用克服 OFDM 符號(hào)之間的干擾 …………… 1203. 7. 3 旋轉(zhuǎn)因子正交性頻率不同步對(duì) OFDM 系統(tǒng)的影響 … 1223. 7. 4 DFT 性質(zhì)的應(yīng)用OFDM 信號(hào)的峰均值比問題 ……… 1223. 7. 5 奈奎斯特采樣定理的應(yīng)用 導(dǎo)頻插入間隔以及導(dǎo) 頻圖樣 ……………………… 1243. 8 本章小結(jié) ……………………………… 126習(xí)題 3 ……………………………………… 127第4章 快速傅里葉變換4. 1 DFT 運(yùn)算量 …………………………… 1334. 1. 1 直接計(jì)算 DFT 運(yùn)算量的考慮 ………………………… 1334. 1. 2 影響運(yùn)算量的因素及解決方案 ……………………… 1334. 2 基 2 按時(shí)間抽取的快速傅里葉變換 …………………………………… 1344. 2. 1 基 2 DIT-FFT 的基本原理 … 1354. 2. 2 DIT-FFT 的運(yùn)算量、運(yùn)算特點(diǎn) ………………………… 1394. 3 基 2 按頻率抽取的快速傅里葉變換 …………………………………… 1414. 4 IDFT 的快速算法 …………………… 1454. 4. 1 稍微變動(dòng) FFT 程序和參數(shù)的 IFFT 實(shí)現(xiàn)方法 ……………… 1454. 4. 2 直接利用 FFT 的 IFFT 實(shí)現(xiàn)方法 ………………………… 1464. 5 實(shí)序列的 FFT ………………………… 1484. 6 快速傅里葉變換的應(yīng)用快速卷積 …………………………………… 1494. 6. 1 快速卷積計(jì)算原理 ………… 1494. 6. 2 塊卷積 ……………………… 1544. 7 Chirp-Z 變換 ………………………… 1574. 7. 1 CZT 的基本原理 …………… 1584. 7. 2 CZT 的實(shí)現(xiàn)步驟 …………… 1614. 7. 3 CZT 的優(yōu)點(diǎn) ………………… 1624. 8 雙音多頻信號(hào)的檢測(cè) ………………… 1634. 9 本章小結(jié) ……………………………… 167習(xí)題 4 ……………………………………… 167第5章 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法5. 1 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)表示方法 ………… 1715. 2 無限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) …………………………………… 1725. 2. 1 直接型 ……………………… 1725. 2. 2 級(jí)聯(lián)型 ……………………… 1755. 2. 3 并聯(lián)型 ……………………… 1775. 3 有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) …………………………………… 1805. 3. 1 直接型 ……………………… 1815. 3. 2 級(jí)聯(lián)型 ……………………… 1815. 3. 3 頻率采樣型 ………………… 1825. 4 本章小結(jié) ……………………………… 188習(xí)題 5 ……………………………………… 189第6章 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)6. 1 數(shù)字濾波器的基本概念 ……………… 1936. 1. 1 數(shù)字濾波器的分類 ………… 1936. 1. 2 數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo) …… 1946. 1. 3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 …… 1956. 2 模擬濾波器的設(shè)計(jì) …………………… 1966. 2. 1 物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的幅頻特性 ………………………… 1976. 2. 2 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)和逼近方法 …………… 1986. 2. 3 巴特沃斯模擬低通濾波器 … 1986. 2. 4 切比雪夫?yàn)V波器 …………… 2056. 3 用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字低通濾波器 …………………………… 2136. 4 用雙線性變換法設(shè)計(jì) IIR 數(shù)字低通濾波器 ……………………………… 2246. 5 數(shù)字低通、高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計(jì) ………………………… 2306. 6 IIR 數(shù)字濾波器的直接設(shè)計(jì)法 ……… 2416. 6. 1 零極點(diǎn)累試法 ……………… 2416. 6. 2 時(shí)域直接設(shè)計(jì)法 …………… 2426. 6. 3 頻域直接設(shè)計(jì)法 …………… 2436. 7 本章小結(jié) ……………………………… 247習(xí)題 6 ……………………………………… 248第7章 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)7. 1 FIR 數(shù)字濾波器的特點(diǎn) ……………… 2527. 2 線性相位 FIR 數(shù)字濾波器 …………… 2527. 2. 1 線性相位條件 ……………… 2527. 2. 2 線性相位 FIR 數(shù)字濾波器幅度特性 …………………… 2547. 2. 3 零點(diǎn)分布特點(diǎn) ……………… 2587. 2. 4 線性相位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ………… 2587. 3 利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 …… 2607. 3. 1 窗函數(shù)法 …………………… 2607. 3. 2 常用窗函數(shù) ………………… 2647. 3. 3 設(shè)計(jì)步驟 …………………… 2687. 4 利用頻率采樣法設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器 …………………………………… 2757. 4. 1 頻率采樣法 ………………… 2757. 4. 2 頻域采樣法的線性相位條件 ………………………… 2767. 4. 3 逼近誤差分析與改進(jìn)措施 … 2777. 5 IIR 和 FIR 數(shù)字濾波器的比較 ……… 2827. 6 其他類型的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) ………… 2827. 6. 1 全通濾波器 ………………… 2837. 6. 2 梳狀濾波器 ………………… 2847. 6. 3 小相位系統(tǒng) ……………… 2857. 7 本章小結(jié) ……………………………… 287習(xí)題 7 ……………………………………… 288第8章 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)8. 1 實(shí)驗(yàn)一:信號(hào)的表示 ………………… 2928. 1. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 2928. 1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 2928. 1. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 2928. 1. 4 參考實(shí)例 …………………… 2928. 1. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 2978. 2 實(shí)驗(yàn)二:FFT 頻譜分析及應(yīng)用 ……… 2978. 2. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 2978. 2. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 2978. 2. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 2978. 2. 4 參考實(shí)例 …………………… 2988. 2. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 3018. 2 實(shí)驗(yàn)三:信號(hào)的運(yùn)算卷積 ……… 3028. 3. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 3028. 3. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 3028. 3. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 3028. 3. 4 參考實(shí)例 …………………… 3028. 3. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 3048. 4 實(shí)驗(yàn)四:線性卷積的快速處理方法重疊相加法 ……………………… 3048. 4. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 3048. 4. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 3058. 4. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 3058. 4. 4 參考實(shí)例 …………………… 3058. 4. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 3068. 5 實(shí)驗(yàn)五:線性卷積的快速處理方法重疊保留法 ……………………… 3078. 5. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 3078. 5. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 3078. 5. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 3078. 5. 4 參考實(shí)例 …………………… 3078. 5. 4 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 3088. 6 實(shí)驗(yàn)六:IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) …… 3088. 6. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 3088. 6. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 3088. 6. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 3098. 6. 4 參考實(shí)例 …………………… 3098. 6. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 3178. 7 實(shí)驗(yàn)七:FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) …… 3178. 7. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?…………………… 3178. 7. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …………………… 3178. 7. 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 …………………… 3178. 7. 4 參考實(shí)例 …………………… 3178. 7. 5 思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ………… 320參考文獻(xiàn) …………………………………… 322