通信與導航係列規劃教材：數字信號處理 [Digital Signal Processing] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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段艷麗，王敏，林永照，李宏偉 等 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• 通信工程
• 導航技術
• 數學建模
• 算法
• MATLAB
• 濾波
• 頻譜分析
• 信息處理

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121241475

版次：1

商品編碼：11591288

包裝：平裝

叢書名： 通信與導航係列規劃教材

外文名稱：Digital Signal Processing

開本：16開

齣版時間：2015-01-01

用紙：膠版紙

頁數：326

字數：544000

正文語種：中文

內容簡介

　　根據“數字信號處理”課程教學要求，通過對多次再版教學講義內容的整閤修訂，《通信與導航係列規劃教材：數字信號處理》主要介紹數字信號處理的基本概念、理論及方法，適度引入現代信號處理概念。
　　《通信與導航係列規劃教材：數字信號處理》內容包括：離散時間信號和係統的時域描述、離散時間信號和係統的頻域分析、離散傅裏葉變換及其快速算法、無限脈衝響應數字濾波器設計、有限脈衝響應數字濾波器設計、係統網絡結構、其他正交變換、序列的z變換及MATLAB中的濾波器設計工具等。參考課時為60學時。
　　為便於讀者學習，各章均附有主要知識點、實現程序、思考題及練習題，並提供相應的課堂教學課件。
　　《通信與導航係列規劃教材：數字信號處理》可作為普通高等學校電子信息類專業和相近專業的本科教材，也可供從事數字信號處理的工程技術人員參考。

作者簡介

　　段艷麗，主持完成本科“數字信號處理課程教學內容改革”攻關項目和碩士研究生 “語音信號處理”教改示範課程教學改革；持製定“數字信號處理”課程建設方案，主持申報國傢精品課程，負責建設網絡課程。

內頁插圖

目錄

緒論

第1章 離散時間信號和離散時間係統
1.1 離散時間信號
1.1.1 序列的錶示
1.1.2 序列的基本運算
1.1.3 常用典型序列
1.1.4 序列的周期性
1.1.5 序列的對稱性
1.2 離散時間係統
1.2.1 係統的單位取樣響應
1.2.2 綫性時不變離散時間係統
1.2.3 綫性捲積運算
1.2.4 綫性時不變係統的因果性與穩定性
1.2.5 綫性時不變係統的差分方程
1.3 時域連續信號的采樣及恢復
1.3.1 信號采樣
1.3.2 信號恢復
1.3.3* A/D轉換與D/A轉換
1.4 MATLAB實現舉例
思考題
習題

第2章 時域離散信號和係統的頻域分析
2.1 序列的傅裏葉變換
2.1.1 序列傅裏葉變換的定義
2.1.2 傅裏葉反變換
2.1.3* 序列傅裏葉變換的存在條件
2.1.4 序列傅裏葉變換的性質
2.1.5 序列截斷對頻譜的影響
2.2 係統的頻域描述
2.2.1 係統的頻率響應
2.2.2 係統函數
2.2.3 利用係統函數的零極點分析係統特性
2.3 幾種特殊係統
2.3.1 梳狀濾波器
2.3.2 綫性相位係統
2.3.3 全通係統
2.3.4 逆係統
2.3.5 最小相位係統
2.4* 序列的短時傅裏葉變換
2.4.1 STFT的定義
2.4.2 STFT的分辨率
2.4.3 短時傅裏葉變換應用舉例
2.5 MATLAB實現舉例
思考題
習題

第3章 離散傅裏葉變換及其快速算法
3.1 傅裏葉變換的幾種形式
3.2 離散傅裏葉變換
3.2.1 離散傅裏葉變換的定義
3.2.2 離散傅裏葉變換的隱含周期性
3.2.3 離散傅裏葉變換的基本性質
3.3 頻域采樣理論
3.3.1 頻域采樣
3.3.2 頻域采樣定理
3.3.3 頻域恢復
3.4 離散傅裏葉變換應用舉例
3.4.1 計算序列綫性捲積
3.4.2 信號頻譜分析
3.4.3 實現正交頻分復用
3.5 快速傅裏葉變換
3.5.1 減少DFT運算量的途徑
3.5.2 時間抽取基2FFT算法
3.5.3 頻率抽取基2FFT算法
3.5.4 快速傅裏葉反變換（IFFT）
3.5.5 任意基數的FFT算法簡介
3.5.6 實序列的FFT
3.6 MATLAB實現舉例
思考題
習題

第4章 限脈衝響應數字濾波器設計
4.1 濾波器基礎
4.1.1 濾波器基本概念
4.1.2 濾波器指標
4.1.3 數字濾波器常用設計方法
4.2* 模擬濾波器設計
4.2.1 濾波器平方幅度函數到係統函數的轉換
4.2.2 Butterworth型模擬低通濾波器設計
4.2.3 Chebyshev型模擬低通濾波器設計
4.2.4 Cauer型模擬低通濾波器設計
4.2.5 模擬高通、帶通、帶阻濾波器設計
4.3 脈衝響應不變法IIR數字濾波器設計
4.3.1 設計原理
4.3.2 變換前後頻率特性分析
4.3.3 設計步驟
4.4 雙綫性變換法IIR數字濾波器設計
4.4.1 設計原理
4.4.2 雙綫性變換特點分析
4.4.3 設計步驟
4.5 MATLAB實現舉例
思考題
習題

第5章 有限脈衝響應數字濾波器設計
5.1 綫性相位FIR數字濾波器
5.1.1 綫性相位FIR濾波器的四種情況
5.1.2 綫性相位FIR濾波器的零點分布
5.2 窗函數法FIR數字濾波器設計
5.2.1 設計原理
5.2.2 常用窗函數
5.2.3 設計步驟
5.2.4 MATLAB設計舉例
5.3 頻率采樣法FIR數字濾波器設計
5.3.1 設計原理
5.3.2 誤差分析及改進措施
5.3.3 設計步驟
5.3.4 MATLAB設計舉例
5.4* FIR數字濾波器應用實例
5.4.1 滑動平均提取股市行情走勢
5.4.2 一階高通濾波實現語音信號預加重
5.4.3 梳狀濾波器濾除諧波乾擾
5.5 IIR與FIR數字濾波器的比較
5.6 其他MATLAB實現舉例
思考題
習題

第6章 係統網絡結構
6.1 係統的信號流圖錶示
6.2 限脈衝響應係統的基本結構
6.2.1 直接Ⅰ型
6.2.2 直接Ⅱ型
6.2.3 級聯型
6.2.4 並聯型
6.3 有限脈衝響應係統的基本結構
6.3.1 直接型
6.3.2 級聯型
6.3.3 頻率采樣結構
6.3.4 綫性相位結構
6.4 數字濾波器的格型結構
6.4.1 全零點FIR格型結構
6.4.2 IIR係統的全極點格型結構
6.4.3 IIR係統的零-極點格型結構
6.5 MATLAB實現舉例
思考題
習題

第7章* 其他正交變換
7.1 正交函數集
7.1.1 正交函數的定義
7.1.2 離散正交變換
7.2 離散餘弦變換
7.2.1 離散餘弦變換的定義
7.2.2 二維離散餘弦變換
7.2.3 離散餘弦變換的計算
7.3 沃爾什變換
7.3.1 沃爾什函數
7.3.2 沃爾什變換
7.4 Haar變換
7.4.1 Harr函數
7.4.2 Harr函數的性質
7.4.3 Harr變換
7.5 正交變換在圖像壓縮編碼中的應用
7.5.1 圖像壓縮編碼
7.5.2 圖像正交變換編碼
7.6 MATLAB實現舉例
思考題
習題
附錄 Az變換
附錄 BMATLAB中的濾波器設計工具
參考文獻

前言/序言

《通信與導航係列規劃教材：數字信號處理》—— 洞悉信號世界的基石 在信息爆炸的時代，通信與導航技術已滲透到我們生活的方方麵麵，從宏觀的衛星定位到微觀的手機信號，其背後都離不開對“信號”的精準處理與深刻理解。而數字信號處理（Digital Signal Processing, DSP）正是這一領域的核心驅動力，它賦予瞭模擬信號以生命，使其能夠被計算機理解、分析、轉換和操控。本書，作為“通信與導航係列規劃教材”的重要組成部分，旨在為讀者構建一個堅實而係統的數字信號處理知識體係，引領大傢深入探索信號的奧秘，掌握現代通信與導航係統設計與實現的關鍵技術。 本書內容並非對已有的零散知識點進行堆砌，而是遵循嚴謹的學術邏輯和清晰的教學思路，層層遞進，由淺入深，力求讓讀者在掌握基本理論的同時，也能深刻理解其工程應用。我們將從數字信號處理的基本概念與原理入手，為後續內容的學習奠定堅實的基礎。 第一部分：數字信號處理的基礎理論 在這一部分，我們將首先介紹連續時間信號與離散時間信號的概念，闡述信號的采樣定理，理解將連續信號轉化為離散信號的關鍵——采樣率的選擇及其對信息保真度的影響，並討論量化誤差的産生與控製。接著，我們將深入探討離散時間係統的特性，包括綫性、時不變性、因果性、穩定性等，這些特性是分析和設計數字信號處理係統的基石。我們將通過求解差分方程來理解IIR（無限衝激響應）係統的動態行為，並通過捲積運算來刻畫FIR（有限衝激響應）係統的輸齣特性，理解兩類係統的優缺點及適用場景。 理解瞭時域的係統特性後，我們將引入傅裏葉分析這一強大的工具，它是數字信號處理的靈魂。我們將從離散時間傅裏葉變換（DTFT）開始，理解它如何揭示離散時間信號的頻率成分。在此基礎上，我們將引齣離散傅裏葉變換（DFT），這是實際應用中最常用的頻率分析工具，因為它可以在有限的數據點上進行計算。我們將詳細講解DFT的性質，特彆是周期性、綫性、對稱性等，並深入分析快速傅裏葉變換（FFT）算法，理解其高效計算DFT的原理，包括蝶形運算、按時間/頻率抽取的算法等，為後續的頻譜分析打下堅實基礎。 第二部分：數字濾波器的設計與實現 濾波器在信號處理中扮演著至關重要的角色，它們能夠有選擇地允許某些頻率成分通過，而抑製另一些頻率成分。在本書中，我們將投入大量篇幅深入研究數字濾波器的設計與實現。 首先，我們將詳細講解無限衝激響應（IIR）濾波器的設計方法。我們將從經典的模擬濾波器原型（如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）齣發，講解如何通過衝激不變法、雙綫性變換法等經典映射方法將模擬濾波器設計轉換為數字濾波器設計，並分析這些方法的優缺點。我們會詳細介紹如何根據給定的幅頻特性要求，選擇閤適的濾波器類型和參數，並講解常用的設計軟件和工具。 其次，我們將重點介紹有限衝激響應（FIR）濾波器的設計。相比IIR濾波器，FIR濾波器具有綫性相位特性，在通信和導航等對相位失真敏感的領域具有無可比擬的優勢。我們將介紹多種FIR濾波器設計方法，包括窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、黑曼窗等），分析不同窗函數的頻譜泄露特性及對濾波器性能的影響；講解頻率采樣法，它能夠直接根據所需的頻率響應進行設計；並深入介紹最優逼近法，特彆是Parks-McClellan算法（也稱Remez算法），它能夠在給定的幅頻響應容差範圍內設計齣最佳的FIR濾波器，實現最優的設計指標。 在理論設計完成後，我們將討論數字濾波器的實現。我們將詳細介紹直接型、級聯型、並行型等FIR和IIR濾波器的不同結構，分析它們的計算復雜度、量化誤差影響以及穩定性。我們將探討定點與浮點運算對濾波器性能的影響，以及在硬件實現中需要考慮的實際問題。 第三部分：采樣定理與信號變換 采樣定理是數字信號處理的基石，它闡述瞭連續信號離散化的理論基礎。我們將深入探討奈奎斯特-香農采樣定理，理解其內涵，即采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍，纔能無失真地恢復原始信號。我們將詳細分析混疊（Aliasing）現象的産生原因，以及如何通過抗混疊濾波器來避免這一問題。同時，我們也會介紹過采樣（Oversampling）和欠采樣（Undersampling）等采樣技術，以及它們在特定應用中的優勢。 在信號變換方麵，我們還將深入研究Z變換，它是離散時間信號與係統分析的強大數學工具。我們將學習Z變換的定義、收斂域（ROC）的概念，以及Z變換的性質，如綫性、時移、捲積等。我們將看到Z變換如何將差分方程轉化為代數方程，極大地簡化瞭係統的分析。特彆地，我們將講解逆Z變換，以及如何通過部分分式展開等方法求解。 第四部分：通信與導航應用中的數字信號處理 本書的重點之一是將所學的數字信號處理理論與通信和導航領域的實際應用緊密結閤。 在通信係統方麵，我們將重點講解數字調製解調技術。我們將介紹AM、FM、PM等模擬調製技術在數字域的實現，如ASK、FSK、PSK、QAM等。我們將詳細分析不同數字調製方式的原理、星座圖、功率譜密度以及誤碼率性能，並討論匹配濾波器在接收端的作用。此外，我們還將探討信道編碼與解碼，如海明碼、捲積碼、Turbo碼等，以及它們在糾錯中的作用，以及數字下變頻（DDC）和數字上變頻（DUC）等核心數字信號處理模塊在現代通信收發機中的應用。 在導航係統方麵，我們將側重於信號的捕獲、跟蹤與估計算法。對於衛星導航係統（如GPS、北鬥），我們將解析其接收的導航信號特點，講解相關器在信號捕獲中的作用，以及載波與碼的跟蹤環路（如PLL、DLL）的設計與原理，從而實現對導航信號的精準鎖定。我們還將介紹卡爾曼濾波等估計算法在導航定位中的應用，它能夠融閤多源信息，提高定位精度和魯棒性。此外，我們還會涉及慣性導航係統（INS）中的信號處理，以及組閤導航中不同導航係統信息的融閤問題。 第五部分：現代數字信號處理技術 為瞭跟上技術發展的步伐，本書還將介紹一些現代數字信號處理技術。例如，我們將簡要介紹自適應信號處理的概念，如自適應濾波器（LMS、RLS算法），它們能夠根據環境變化自動調整濾波器參數，在噪聲消除、迴聲消除等場景中發揮重要作用。我們還會涉及多速率信號處理，如抽取（Decimation）和插值（Interpolation），它們在信號的帶寬壓縮和擴展、提高采樣率等方麵非常關鍵。此外，對於更加復雜的信號處理任務，我們也會提及小波變換等在信號的時頻分析中具有獨特優勢的技術。 學習方法與建議 本書的編寫力求嚴謹而不失生動，理論與實踐並重。在學習過程中，我們建議讀者： 紮實掌握基本概念： 數字信號處理建立在紮實的數學基礎之上，請務必理解采樣定理、傅裏葉變換、Z變換等核心概念。 動手實踐，多做練習： 每章都配有適量的習題，請務必認真完成，這是檢驗和鞏固知識的最佳途徑。 利用工具輔助學習： 強烈建議讀者在學習過程中，結閤MATLAB、Python等科學計算工具，通過編程實現本書中的算法和濾波器，直觀地觀察信號與係統的變化。 關注工程實際： 始終思考所學知識在通信與導航領域的具體應用，這將有助於加深理解，激發學習興趣。 結語 《通信與導航係列規劃教材：數字信號處理》旨在為有誌於投身通信與導航領域的學生、研究人員和工程師提供一本權威、實用、係統性的參考教材。通過學習本書，讀者將能夠深刻理解數字信號處理的核心原理，熟練掌握各種分析與設計工具，為解決復雜的通信與導航工程問題打下堅實的基礎，並為未來的技術創新和應用開發奠定堅實的基石。我們相信，本書將成為您探索信號世界、引領技術前沿的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本書在通信與導航規劃教材係列中，無疑是一本能夠幫助讀者深入理解數字信號處理核心內容的寶藏。它以一種非常係統和循序漸進的方式，介紹瞭數字信號處理的各個重要概念和技術。在講解瞭離散時間信號和係統的基本理論之後，書中詳細闡述瞭Z變換在係統分析和設計中的作用，以及它如何幫助我們理解係統的穩定性、因果性等重要性質。我非常欣賞書中對數字濾波器設計的深入探討，特彆是對FIR和IIR濾波器在幅度和相位響應方麵的特性比較，以及在實際應用中如何根據具體需求進行選擇。書中對快速傅裏葉變換（FFT）的講解尤為精彩，它不僅介紹瞭FFT算法的原理，還展示瞭它在信號頻譜分析、捲積計算等方麵的巨大優勢，這對於理解現代通信係統中的OFDM技術等至關重要。此外，書中對數字信號的估計和檢測技術也進行瞭詳細的介紹，例如最大似然估計、最小均方誤差估計等，這些技術在導航定位、目標跟蹤等領域都有著廣泛的應用。書中對這些內容的講解，既有紮實的理論基礎，又不乏工程實踐的指導意義，使得讀者在學習過程中能夠融會貫通，真正掌握數字信號處理的精髓。

評分☆☆☆☆☆

對於我而言，這本書的價值遠不止於理論知識的傳授。它更像是一位經驗豐富的導師，在我探索數字信號處理的復雜世界時，提供瞭寶貴的實踐指導。書中大量穿插的實際案例分析，讓我得以將抽象的理論概念與具體的工程問題相結閤。例如，在探討數字調製技術時，作者並沒有僅僅列舉QPSK、16QAM等調製方式，而是深入分析瞭它們在實際通信鏈路中的性能錶現，以及在不同噪聲環境下如何進行優化。這對於我理解不同調製方案的優缺點，以及如何根據實際需求進行選擇，提供瞭非常直觀的認識。書中對信道編碼和解碼技術的講解也同樣齣色，特彆是糾錯碼在提高通信可靠性方麵的作用，通過實例得到瞭充分的展示。我印象深刻的是書中關於自適應均衡器的部分，它解釋瞭如何通過算法動態地補償信道失真，這在高速數據通信中是不可或缺的技術。此外，書中對語音信號和圖像信號的數字處理也進行瞭介紹，這讓我看到瞭數字信號處理技術在更廣泛領域的應用潛力。從最初的信號采集，到後期的特徵提取和信息恢復，書中對每一個環節的處理都進行瞭細緻的闡述，並輔以清晰的流程圖和圖示，大大降低瞭理解的難度。這種理論與實踐相結閤的編寫方式，使得這本書不僅適閤作為教材，也同樣適閤作為工程師的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

作為通信與導航領域的一名學生，我一直在尋找一本能夠真正幫助我理解數字信號處理精髓的教材，而這本書無疑達到瞭我的期望。它的語言風格既嚴謹又不失生動，避免瞭枯燥的技術術語堆砌，而是用一種更加易於接受的方式來闡述復雜的概念。在介紹數字濾波器設計時，書中對幾種經典設計方法的推導過程清晰明瞭，並詳細解釋瞭它們各自的優缺點，例如在通帶紋波、阻帶衰減以及過渡帶寬度等方麵的權衡。這一點對於我們選擇閤適的濾波器類型和設計參數至關重要。書中對循環捲積和綫性捲積的區彆及其計算方法的講解，也為後續的快速傅裏葉變換（FFT）算法打下瞭堅實的基礎。而FFT算法在實際應用中的高效性，通過書中提供的計算實例得到瞭生動體現。另外，書中對相關技術和互相關函數的應用也進行瞭詳細的闡述，這在信號檢測、參數估計以及時延測量等領域都發揮著關鍵作用。我尤其欣賞的是書中關於譜估計方法的介紹，包括周期圖法、Welch法以及多窗法等，並對它們的性能進行瞭比較分析，這為我們在實際應用中選擇閤適的譜估計方法提供瞭重要的參考依據。書中對這些內容的講解，不僅僅停留在錶麵，而是深入到其背後的數學原理和工程意義，使得讀者能夠真正理解“為什麼”和“如何做”。

評分☆☆☆☆☆

這本書在數字信號處理方麵的內容，對於我們理解現代通信和導航係統的內部運作至關重要。它係統地闡述瞭數字信號處理的各個關鍵環節，從信號的采樣、量化，到濾波、變換，再到信息傳輸和估計。書中對離散傅裏葉變換（DFT）的引入以及由此引齣的快速傅裏葉變換（FFT）算法的講解，是本書的一大亮點。作者通過圖文並茂的方式，生動地展示瞭FFT算法如何極大地提高瞭信號頻譜分析的效率，這對於通信係統中的頻率分割多址（FDMA）等技術至關重要。此外，書中對捲積運算的深入分析，以及其在係統響應計算和濾波器設計中的應用，也為讀者提供瞭清晰的認識。我特彆喜歡書中對自適應信號處理的介紹，例如自適應濾波器在噪聲消除和信道均衡方麵的應用。這些技術在實際的通信和導航係統中扮演著至關重要的角色，能夠有效地提高信號的質量和係統的魯棒性。書中對這些算法的原理和實現進行瞭詳細的講解，並提供瞭相應的僞代碼，使得讀者可以輕鬆地將其應用到實際項目中。整本書的知識體係完整，結構邏輯清晰，為讀者提供瞭一個全麵而深入的數字信號處理學習平颱。

評分☆☆☆☆☆

這本書在通信與導航領域規劃教材的係列中，顯得尤為重要，因為它直接觸及瞭現代通信係統和導航技術的核心——數字信號處理。當我翻開它時，首先映入眼簾的是清晰的目錄和引言，它們奠定瞭一種嚴謹而又務實的基調。書中對離散時間信號和係統的基本概念進行瞭深入淺齣的講解，這一點對於初學者來說至關重要，能夠幫助他們建立起堅實的理論基礎。我特彆欣賞作者在介紹傅裏葉變換、Z變換以及拉普拉斯變換等核心工具時，不僅僅停留在數學公式的堆砌，而是巧妙地結閤瞭通信和導航的實際應用場景。例如，在講解傅裏葉變換時，書中就用大量的篇幅闡述瞭如何利用它來分析信號的頻譜特性，這對於理解無綫通信中的調製解調、濾波以及噪聲抑製等關鍵技術非常有幫助。書中對於有限脈衝響應（FIR）和無限脈衝響應（IIR）濾波器的設計方法也進行瞭詳細的介紹，並提供瞭多種設計算法的比較和權衡，這對於工程師在實際項目中選擇閤適的濾波器具有極大的指導意義。此外，書中還涉及瞭信號的采樣和量化問題，這是將模擬信號轉換為數字信號的關鍵步驟，其精度直接影響到後續處理的效果。作者對這些細節的處理非常到位，讓我深刻理解瞭采樣定理的原理以及量化誤差的來源和控製方法。整本書的結構安排閤理，邏輯清晰，每一章都建立在前一章的基礎上，使得學習過程循序漸進，不會讓人感到 overwhelming。