本書主要介紹信號(hào)分析與處理的基本原理、方法及應(yīng)用，并改變對(duì)應(yīng)課程傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)和講授視角，以“信號(hào)分析”為主題視角，按照“課程整體的認(rèn)識(shí)—信號(hào)的時(shí)域分析—信號(hào)的頻域分析—信號(hào)的復(fù)頻域分析”的線索與順序組織和整合課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生以信號(hào)分析與處理為主線學(xué)習(xí)和理解整個(gè)課程內(nèi)容；并在討論完信號(hào)分析與處理的基本理論之后，再探討信號(hào)在系統(tǒng)分析中的應(yīng)用，以及信號(hào)分析與處理中常用的工具—濾波器；最后講述隨機(jī)信號(hào)處理和信號(hào)分析與處理的仿真實(shí)驗(yàn)。整本教材編寫自然順暢，契合學(xué)生學(xué)習(xí)思維的習(xí)慣，同時(shí)也兼顧內(nèi)容的完整性和課程的工程性。
結(jié)合大量仿真實(shí)驗(yàn)，以全新視角講解基本理論和應(yīng)用。
楊述斌教授，武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院專職教師，在華中科技大學(xué)電子通信專業(yè)取得碩士研究生學(xué)位，十多年來(lái)一直從事信號(hào)處理等課程教學(xué)；主編《數(shù)字信號(hào)處理》等教材兩部；在教學(xué)方面多次獲得教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)、“三育人”先進(jìn)個(gè)人獎(jiǎng)，指導(dǎo)的本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)和研究生畢業(yè)論文獲得優(yōu)秀獎(jiǎng)等。
第1章 緒論 1
1.1 信號(hào)及其分類 1
1.1.1 信號(hào)的描述 1
1.1.2 信號(hào)的分類 1
1.2 信號(hào)分析與處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3
1.3 信號(hào)分析與處理的目的和內(nèi)容 4
1.4 信號(hào)分析與處理的發(fā)展和應(yīng)用 4
第2章 信號(hào)的時(shí)域分析 7
2.1 信號(hào)的描述 7
2.2 信號(hào)的運(yùn)算 8
2.3 信號(hào)的分解 12
習(xí)題 15
第3章 信號(hào)的頻域分析 17
3.1 連續(xù)信號(hào)的頻域分析 17
3.1.1 周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù) 17 第1章 緒論 1
1.1 信號(hào)及其分類 1
1.1.1 信號(hào)的描述 1
1.1.2 信號(hào)的分類 1
1.2 信號(hào)分析與處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3
1.3 信號(hào)分析與處理的目的和內(nèi)容 4
1.4 信號(hào)分析與處理的發(fā)展和應(yīng)用 4
第2章 信號(hào)的時(shí)域分析 7
2.1 信號(hào)的描述 7
2.2 信號(hào)的運(yùn)算 8
2.3 信號(hào)的分解 12
習(xí)題 15
第3章 信號(hào)的頻域分析 17
3.1 連續(xù)信號(hào)的頻域分析 17
3.1.1 周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù) 17
3.1.2 非周期信號(hào)的傅里葉變換 23
3.1.3 傅里葉變換的性質(zhì) 28
3.2 離散信號(hào)的頻域分析 33
3.2.1 序列傅里葉變換（DTFT） 34
3.2.2 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)（DFS） 38
3.2.3 離散傅里葉變換（DFT） 44
3.3 能量譜與功率譜 52
習(xí)題 54
第4章 快速傅里葉變換 57
4.1 FFT的基本思想 57
4.1.1 直接計(jì)算DFT的運(yùn)算量分析 57
4.1.2 改進(jìn)途徑 58
4.2 按時(shí)間抽取（DIT）的基-2FFT算法 59
4.2.1 算法原理 59
4.2.2 蝶形、同址、變址運(yùn)算 63
4.3 按頻率抽取（DIF）的基-2FFT算法 68
4.3.1 算法原理 68
4.3.2 按頻率抽取法的運(yùn)算特點(diǎn) 70
4.4 快速傅里葉反變換 71
4.5 快速傅里葉變換FFT的應(yīng)用 72
4.5.1 利用FFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析 72
4.5.2 線性卷積的FFT算法 78
習(xí)題 79
第5章 信號(hào)的復(fù)頻域分析 81
5.1 連續(xù)信號(hào)的復(fù)頻域分析——拉普拉斯變換 81
5.1.1 拉普拉斯變換 81
5.1.2 拉普拉斯變換的性質(zhì) 82
5.2 離散信號(hào)的復(fù)頻域分析——Z變換 86
5.2.1 Z變換 86
5.2.2 Z變換的基本性質(zhì)和定理 87
5.2.3 Z反變換的方法 91
5.3 Z變換、拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系 93
習(xí)題 94
第6章 抽樣理論 96
6.1 時(shí)域抽樣理論 96
6.1.1 理想抽樣 96
6.1.2 信號(hào)的重建 99
6.1.3 離散時(shí)間信號(hào)的抽樣 100
6.2 抽樣Z變換——頻域抽樣理論 102
習(xí)題 107
第7章 信號(hào)處理基礎(chǔ) 108
7.1 系統(tǒng)及其性質(zhì) 108
7.1.1 系統(tǒng)的概念 108
7.1.2 系統(tǒng)的分類及描述 109
7.2 信號(hào)的線性系統(tǒng)處理 111
7.2.1 時(shí)域分析法 111
7.2.2 頻域分析法 115
7.2.3 復(fù)頻域分析法 116
7.3 有限字長(zhǎng)效應(yīng)及量化誤差 119
7.3.1 有限字長(zhǎng)效應(yīng) 120
7.3.2 信號(hào)的量化誤差 121
7.3.3 A/D變換器中的量化效應(yīng) 123
習(xí)題 124
第8章 濾波器 126
8.1 濾波器概述 126
8.2 模擬濾波器 130
8.2.1 理想低通濾波器的頻率響應(yīng) 130
8.2.2 巴特沃茲低通濾波器 131
8.2.3 切比雪夫?yàn)V波器 133
8.3 數(shù)字濾波器 134
8.3.1 數(shù)字濾波器的基本概念 134
8.3.2 IIR數(shù)字濾波器 134
8.3.3 FIR數(shù)字濾波器 149
習(xí)題 163
第9章 隨機(jī)信號(hào) 165
9.1 隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域描述 165
9.1.1 隨機(jī)信號(hào)的四種形式 165
9.1.2 時(shí)域離散隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)描述 166
9.1.3 隨機(jī)序列的數(shù)字特征 167
9.2 隨機(jī)信號(hào)的頻域分析 168
9.2.1 平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的功率譜密度性質(zhì) 168
9.2.2 白噪聲 168
9.3 典型隨機(jī)信號(hào) 169
9.4 隨機(jī)信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的分析 171
9.4.1 線性系統(tǒng)的基本理論 172
9.4.2 隨機(jī)過(guò)程通過(guò)線性系統(tǒng) 172
9.4.3 白噪聲通過(guò)線性系統(tǒng) 173
習(xí)題 176
第10章 MATLAB仿真實(shí)驗(yàn) 177
10.1 MATLAB簡(jiǎn)介 177
10.2 信號(hào)的產(chǎn)生及運(yùn)算與圖示 178
10.2.1 信號(hào)的產(chǎn)生與圖示 178
10.2.2 信號(hào)的運(yùn)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 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的頻譜分析 192
10.4.1 直接調(diào)用專用函數(shù)法 192
10.4.2 傅里葉變換的數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)法 193
10.5 離散時(shí)間信號(hào)的頻譜分析 195
10.5.1 求取離散系統(tǒng)頻率響應(yīng) 195
10.5.2 離散傅里葉變換和反變換 197
10.6 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的復(fù)頻域分析 199
10.6.1 部分分式展開 199
10.6.2 拉普拉斯變換和反變換 199
10.6.3 求系統(tǒng)零、極點(diǎn)及系統(tǒng)特性 200
10.7 離散系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 201
10.7.1 正/反Z變換 201
10.7.2 離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)：dstep 202
10.8 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 203
10.9 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 206
參考文獻(xiàn) 209
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 信號(hào)及其分類 1
1.1.1 信號(hào)的描述 1
1.1.2 信號(hào)的分類 1
1.2 信號(hào)分析與處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3
1.3 信號(hào)分析與處理的目的和內(nèi)容 4
1.4 信號(hào)分析與處理的發(fā)展和應(yīng)用 4
第2章 信號(hào)的時(shí)域分析 7
2.1 信號(hào)的描述 7
2.2 信號(hào)的運(yùn)算 8
2.3 信號(hào)的分解 12
習(xí)題 15
第3章 信號(hào)的頻域分析 17
3.1 連續(xù)信號(hào)的頻域分析 17
3.1.1 周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù) 17
3.1.2 非周期信號(hào)的傅里葉變換 23
3.1.3 傅里葉變換的性質(zhì) 28
3.2 離散信號(hào)的頻域分析 33
3.2.1 序列傅里葉變換（DTFT） 34
3.2.2 周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)（DFS） 38
3.2.3 離散傅里葉變換（DFT） 44
3.3 能量譜與功率譜 52
習(xí)題 54
第4章 快速傅里葉變換 57
4.1 FFT的基本思想 57
4.1.1 直接計(jì)算DFT的運(yùn)算量分析 57
4.1.2 改進(jìn)途徑 58
4.2 按時(shí)間抽取（DIT）的基-2FFT算法 59
4.2.1 算法原理 59
4.2.2 蝶形、同址、變址運(yùn)算 63
4.3 按頻率抽取（DIF）的基-2FFT算法 68
4.3.1 算法原理 68
4.3.2 按頻率抽取法的運(yùn)算特點(diǎn) 70
4.4 快速傅里葉反變換 71
4.5 快速傅里葉變換FFT的應(yīng)用 72
4.5.1 利用FFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析 72
4.5.2 線性卷積的FFT算法 78
習(xí)題 79
第5章 信號(hào)的復(fù)頻域分析 81
5.1 連續(xù)信號(hào)的復(fù)頻域分析——拉普拉斯變換 81
5.1.1 拉普拉斯變換 81
5.1.2 拉普拉斯變換的性質(zhì) 82
5.2 離散信號(hào)的復(fù)頻域分析——Z變換 86
5.2.1 Z變換 86
5.2.2 Z變換的基本性質(zhì)和定理 87
5.2.3 Z反變換的方法 91
5.3 Z變換、拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系 93
習(xí)題 94
第6章 抽樣理論 96
6.1 時(shí)域抽樣理論 96
6.1.1 理想抽樣 96
6.1.2 信號(hào)的重建 99
6.1.3 離散時(shí)間信號(hào)的抽樣 100
6.2 抽樣Z變換——頻域抽樣理論 102
習(xí)題 107
第7章 信號(hào)處理基礎(chǔ) 108
7.1 系統(tǒng)及其性質(zhì) 108
7.1.1 系統(tǒng)的概念 108
7.1.2 系統(tǒng)的分類及描述 109
7.2 信號(hào)的線性系統(tǒng)處理 111
7.2.1 時(shí)域分析法 111
7.2.2 頻域分析法 115
7.2.3 復(fù)頻域分析法 116
7.3 有限字長(zhǎng)效應(yīng)及量化誤差 119
7.3.1 有限字長(zhǎng)效應(yīng) 120
7.3.2 信號(hào)的量化誤差 121
7.3.3 A/D變換器中的量化效應(yīng) 123
習(xí)題 124
第8章 濾波器 126
8.1 濾波器概述 126
8.2 模擬濾波器 130
8.2.1 理想低通濾波器的頻率響應(yīng) 130
8.2.2 巴特沃茲低通濾波器 131
8.2.3 切比雪夫?yàn)V波器 133
8.3 數(shù)字濾波器 134
8.3.1 數(shù)字濾波器的基本概念 134
8.3.2 IIR數(shù)字濾波器 134
8.3.3 FIR數(shù)字濾波器 149
習(xí)題 163
第9章 隨機(jī)信號(hào) 165
9.1 隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域描述 165
9.1.1 隨機(jī)信號(hào)的四種形式 165
9.1.2 時(shí)域離散隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)描述 166
9.1.3 隨機(jī)序列的數(shù)字特征 167
9.2 隨機(jī)信號(hào)的頻域分析 168
9.2.1 平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的功率譜密度性質(zhì) 168
9.2.2 白噪聲 168
9.3 典型隨機(jī)信號(hào) 169
9.4 隨機(jī)信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的分析 171
9.4.1 線性系統(tǒng)的基本理論 172
9.4.2 隨機(jī)過(guò)程通過(guò)線性系統(tǒng) 172
9.4.3 白噪聲通過(guò)線性系統(tǒng) 173
習(xí)題 176
第10章 MATLAB仿真實(shí)驗(yàn) 177
10.1 MATLAB簡(jiǎn)介 177
10.2 信號(hào)的產(chǎn)生及運(yùn)算與圖示 178
10.2.1 信號(hào)的產(chǎn)生與圖示 178
10.2.2 信號(hào)的運(yùn)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 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的頻譜分析 192
10.4.1 直接調(diào)用專用函數(shù)法 192
10.4.2 傅里葉變換的數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)法 193
10.5 離散時(shí)間信號(hào)的頻譜分析 195
10.5.1 求取離散系統(tǒng)頻率響應(yīng) 195
10.5.2 離散傅里葉變換和反變換 197
10.6 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的復(fù)頻域分析 199
10.6.1 部分分式展開 199
10.6.2 拉普拉斯變換和反變換 199
10.6.3 求系統(tǒng)零、極點(diǎn)及系統(tǒng)特性 200
10.7 離散系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 201
10.7.1 正/反Z變換 201
10.7.2 離散系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)：dstep 202
10.8 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 203
10.9 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 206
參考文獻(xiàn) 209
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