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電子電信技術 電子電信技術 通信與無線電學應用
 
 
 
 
離散時間信號處理與MATLAB仿真
 作  者: 王芳/陳勇/何成兵
 出版單位: 電子工業
 出版日期: 2019.07
 進貨日期: 2019/8/7
 ISBN: 9787121365416
 開  本: 16 開    
 定  價: 368
 售  價: 294
  會 員 價: 270
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內容簡介:

本書以全新的編排方式,由淺入深、循序漸進,並引入MATLAB現代模擬方法,介紹離散時間信號處理的基本內容,包括離散時間信號與系統的基本概念;離散時間信號的頻域分析;離散傅裡葉變換;數位濾波器的基本結構;IIR與FIR濾波器設計方法;MATLAB基礎;序列及離散系統模擬;傅裡葉變換模擬;IIR與FIR濾波器設計模擬。


作者簡介:

王芳,2008年至今,江西師範大學物理與通信電子學院,從事信號處理方面的課程教學與研究,獲江西師範大學教學成果獎二等獎;承擔國家自然科學基金項目1項,江西省自然科學基金項目1項,江西省教育廳科技項目1項。


圖書目錄:

第1章 離散時間信號與系統 1
1.1 離散時間信號 1
1.1.1 典型序列 2
1.1.2 序列的運算及應用 6
1.2 線性移不變系統 8
1.2.1 離散時間系統舉例 8
1.2.2 離散時間系統分類 9
1.3 離散時間系統的輸入/輸出關係 13
1.3.1 常係數線性差分方程 13
1.3.2 線性卷積 15
1.4 連續時間信號的採樣 18
1.4.1 時域採樣定理 18
1.4.2 時域信號的恢復 21
習題1 23
第2章 離散時間信號的頻域分析 26
2.1 z變換的定義與收斂域 26
2.2 逆z變換 28
2.3 z變換的基本性質和定理 33
2.4 離散時間傅裡葉變換 42
2.5 離散時間傅裡葉變換的性質 44
2.6 週期序列的離散傅裡葉級數 50
2.7 離散系統的頻域分析 54
2.7.1 系統函數 54
2.7.2 系統的因果性與穩定性 55
2.7.3 頻率回應 56
2.7.4 零極點與頻率回應的關係 57
習題2 64
第3章 離散傅裡葉變換 67
3.1 離散傅裡葉變換的定義 67
3.1.1 離散傅裡葉變換的定義 67
3.1.2 DFT變換與DTFT變換及z變換的聯繫 72
3.2 離散傅裡葉變換的矩陣表示 73
3.2.1 正交序列與正交空間 73
3.2.2 DFT變換的矩陣形式解釋 76
3.3 離散傅裡葉變換的性質 78
3.4 離散傅裡葉變換的應用 85
3.4.1 線性卷積的計算 85
3.4.2 信號譜分析 88
3.5 快速傅裡葉變換 94
習題3 99
第4章 數位濾波器的基本結構 101
4.1 數字濾波器的分類及表示方法 101
4.2 IIR濾波器的基本結構 104
4.2.1 直接I型 104
4.2.2 直接II型 105
4.2.3 級聯型 105
4.2.4 並聯型 106
4.3 FIR濾波器的基本結構 110
4.3.1 直接型 110
4.3.2 級聯型 110
4.3.3 頻率採樣型 111
4.3.4 線性相位型 113
習題4 119
第5章 IIR濾波器設計方法 121
5.1 數位濾波器的基本概念 121
5.2 類比濾波器的設計 122
5.2.1 巴特沃斯模擬濾波器設計原理 122
5.2.2 切比雪夫模擬濾波器設計原理 125
5.3 衝激回應不變法 126
5.4 雙線性變換法 131
5.5 IIR數位濾波器的譜變換 135
習題5 138
第6章 FIR濾波器設計方法 140
6.1 線性相位 140
6.1.1 線性相位的基本概念 140
6.1.2 線性相位的實現條件 143
6.2 窗函數設計法 146
習題6 152
第7章 MATLAB基礎 154
7.1 MATLAB概述 154
7.1.1 MATLAB發展史 154
7.1.2 MATLAB主要功能 154
7.2 MATLAB工作介面 155
7.2.1 命令列視窗 155
7.2.2 MATLAB?明系統 156
7.2.3 圖形視窗 157
7.2.4 M檔編輯視窗 158
7.2.5 目前的目錄視窗 159
7.2.6 MATLAB搜索路徑 160
7.2.7 工作區視窗 160
7.3 數值、變數與運算式 162
7.3.1 數值 162
7.3.2 變數 163
7.3.3 運算式 164
7.4 陣列和矩陣運算 165
7.4.1 陣列的創建與尋訪 165
7.4.2 陣列運算 169
7.4.3 矩陣的創建、尋訪及運算 173
7.5 圖形繪製 178
7.5.1 繪製二維圖形 178
7.5.2 繪製三維圖形 189
習題7 194
第8章 序列及離散系統的MATLAB模擬 195
8.1 離散時間信號及採樣定理的MATLAB模擬 195
8.1.1 離散時間信號 195
8.1.2 採樣定理 196
8.2 典型離散序列的MATLAB模擬 197
8.2.1 單位脈衝序列 197
8.2.2 單位階躍序列 198
8.2.3 斜坡序列 199
8.2.4 正弦和余弦序列 200
8.2.5 指數序列 201
8.2.6 週期序列 203
8.3 序列運算的MATLAB模擬 204
8.3.1 序列的加法和乘法 204
8.3.2 序列的尺度變換 207
8.3.3 序列的翻轉及移位 208
8.3.4 序列的奇偶性 209
8.3.5 序列的卷積和 211
8.4 離散時間系統的MATLAB模擬 212
8.4.1 離散時間系統的零狀態回應 212
8.4.2 離散時間系統的單位脈衝回應 213
8.4.3 離散時間系統的單位階躍回應 214
8.5 z變換及逆z變換的MATLAB模擬 215
8.5.1 z變換 215
8.5.2 逆z變換 216
8.6 離散系統z域描述的MATLAB模擬 217
8.6.1 離散系統的頻域分析 217
8.6.2 離散系統的零極點與幅頻回應分析 219
8.6.3 離散系統的全回應 222
習題8 225
第9章 傅裡葉變換的MATLAB模擬 226
9.1 離散時間傅裡葉變換的MATLAB模擬 226
9.2 週期序列的離散傅裡葉級數的MATLAB模擬 227
9.3 離散傅裡葉變換的MATLAB模擬 228
9.3.1 離散傅裡葉變換的定義及其物理意義 228
9.3.2 DFT的應用 231
9.4 快速傅裡葉變換的MATLAB模擬 238
習題9 244
第10章 IIR濾波器設計的MATLAB模擬 246
10.1 模擬濾波器的設計的MATLAB模擬 246
10.1.1 巴特沃斯濾波器的設計 246
10.1.2 切比雪夫I型濾波器的設計 251
10.1.3 切比雪夫II型濾波器的設計 256
10.1.4 橢圓濾波器的設計 257
10.2 數位濾波器設計的MATLAB模擬 259
10.2.1 衝激回應不變法 259
10.2.2 雙線性變換法 260
10.3 IIR數位濾波器應用的MATLAB模擬 263
習題10 268
第11章 FIR濾波器設計的MATLAB模擬 270
11.1 窗函數法設計的MATLAB模擬 270
11.1.1 典型窗函數 270
11.1.2 窗函數的應用 277
11.2 FIR濾波器應用的MATLAB模擬 282
習題11 287
參考文獻 289


章節試讀:

離散時間信號處理是指把信號用數位或符號表示的序列,通過電腦或通用(專用)信號處理設備,用數位的數值計算方法進行處理(如濾波、變換、壓縮、增強、估計、識別等),以達到提取有用資訊便於應用的目的。
信號是資訊的物理表現形式,或者是傳遞資訊的函數,而資訊則是信號的具體內容。同一種信號,如電信號,可以從不同角度進行分類。按照信號的變數進行分類,可將信號分為一維信號、二維信號、多維信號等。其中,若信號是一個變數(如時間)的函數,則稱為一維信號;若信號是兩個變數(如空間座標 , )的函數,則稱為二維信號;推而廣之,若信號是多個變數的函數,則稱為多維信號。本書僅討論一維信號。
變數的取值方式有連續與離散兩種,若變數(一般都看成時間)是連續的,則稱為連續時間信號;若變數是離散數值,則稱為離散時間信號。信號幅值的取值方式又分為連續和離散兩種方式(幅值的離散稱之為量化),因此組合起來應該有以下4種情況。(1)連續時間信號:時間是連續的,幅值可以是連續的也可以是離散(量化)的;(2)類比信號:時間是連續的,幅值是連續的;(3)離散時間信號(或稱為序列):時間是離散的,幅值是連續的;(4)數位信號:時間是離散的,幅值是量化的。由於幅值是量化的,故數位信號可用一串數來表示,而每個數又可表示為二進位碼的形式。本書僅討論離散時間信號的分析和處理。
系統一般指處理(或變換)信號的物理設備,或者進一步說,凡是能將信號加以變換以達到人們要求的各種設備都稱為系統。實際上,因為系統是完成某種運算或操作的,因而我們還可把軟體程式設計也看成一種系統的實現方法,按所處理的信號種類的不同可將系統分為四類。(1)類比系統:處理類比信號,系統輸入、輸出均為連續時間連續幅度的類比信號;(2)連續時間系統:處理連續時間信號,系統輸入、輸出均為連續時間信號。(3)離散時間系統:處理離散時間信號(序列),系統輸入、輸出均為離散時間信號;(4)數位系統:處理數位信號,系統輸入、輸出均為數位信號。
離散時間信號處理的實現方法基本上可以分為兩種,即軟體實現方法和硬體實現方法。軟體實現方法是指按照原理和演算法編寫電腦程式在通用電腦上實現;硬體實現是指按照具體的要求和演算法,設計硬體結構圖,用乘法器、加法器、延遲器、控制器、記憶體以及輸入/輸出介面等基本部件實現的一種方法。兩者比較起來,軟體實現方法更加靈活,只需更改程式中的有關參數即可調整系統的功能,但軟體實現方法的運算速度較慢,一般達不到即時處理要求;而硬體實現方法的運算速度快,可以達到即時處理要求,但是不靈活。採用專用的數位信號處理晶片(DSP晶片)實現的方法屬於軟硬體結合的方法。DSP晶片結合了離散時間信號處理的特點,內部配有乘法器和累加器,結構上採用了流水線工作方式以及並行結構、多匯流排結構,且配有適合離散時間信號處理的指令,是一類可實現高速運算的微處理器。使用DSP晶片實現離散時間信號處理已經變成工程技術領域中的主要實現方法。
在實際中,離散時間信號處理通常通過數位系統來實現,因而具有數位系統的諸多優點。例如,離散時間信號處理具有精度高、可靠性強的特點。類比系統的精度由元器件決定,而模擬元器件的精度很難達到 以上,而數位系統只要14位字長就可達到 的精度。又因為數位系統只有兩個信號電平“0”和“1”,因而受周圍環境的溫度及雜訊的影響較小。而類比系統的各元器件易受到溫度、雜訊、電磁感應等的影響。另外,離散時間信號處理還具有靈活性高、容易大規模集成的特點。數位系統中乘法器的係數等是存放在記憶體中的,因而只需要改變存儲的係數就可得到不同的系統,比改變類比系統方便。而且由於數位部件具有高度規範性,便於大規模集成、大規模生產,而對電路參數要求不嚴,故產品成品率高。此外,離散時間信號處理還便於實現時分複用、獲得高性能指標,以及實現二維與多維處理等。
由於離散時間信號處理的突出優點,使得它在通信、語音、雷達、地震探測、聲?、遙感、生物醫學、電視、儀器中得到越來越廣泛的應用。離散時間信號處理在濾波和變換方面的應用包括數位濾波、卷積、相關、快速傅裡葉變換、希爾伯特變換、自我調整濾波等;在通信方面的應用包括自我調整差分脈衝調製、自我調整均衡、糾錯編碼、通道複用、行動電話、數據機、資料或數位信號的加密、擴頻技術、回波抵消、軟體無線電等;在語音方面的應用包括聲碼器、語音壓縮、數位錄音系統、語音辨識、語音合成、語音增強、文本語音變換、神經網路等;在圖形圖像方面的應用包括圖像壓縮、圖像增強、圖像復原、圖像重建、圖像變換、圖像分割、電腦視覺等;在軍事方面的應用包括雷達處理、聲?處理、導航、射頻數據機、偵察衛星、航空航太測試、自我調整波束形成、陣列天線信號處理、水聽器陣列信號處理等。
本書內容主要分為兩部分,其中,第1章至第6章主要介紹離散時間信號處理的基本概念和相關理論知識,第7章至第11章主要介紹離散時間信號處理的MATLAB模擬方法。
第1章介紹了離散時間信號與系統,包括離散時間信號、線性移不變(LTI)系統、離散時間系統的輸入/輸出關係、連續時間信號的採樣等。
第2章介紹了離散時間信號的頻域分析,包括z變換的定義與收斂域、逆z變換、z變換的基本性質和定理、離散時間傅裡葉變換、離散時間傅裡葉變換的性質、週期序列的離散傅裡葉級數、離散系統的頻域分析等。
第3章介紹了離散傅裡葉變換,包括離散傅裡葉變換的定義、離散傅裡葉變換的矩陣表示、離散傅裡葉變換的性質、離散傅裡葉變換的應用、快速傅裡葉變換等。
第4章介紹了數位濾波器的基本結構,包括數位濾波器的分類及表示方法、IIR濾波器的基本結構、FIR濾波器的基本結構等。
第5章介紹了IIR濾波器設計方法,包括數位濾波器的基本概念、模擬濾波器的設計、衝激回應不變法、雙線性變換法、數位IIR濾波器的譜變換等。
第6章介紹了FIR濾波器設計方法,包括線性相位、窗函數設計法等。
第7章介紹了MATLAB的基礎知識,包括MATLAB概述,MATLAB工作介面,數值、變數及運算式,陣列和矩陣運算,圖形繪製等。
第8章介紹了序列及離散系統的MATLAB模擬,包括離散時間信號及採樣定理、典型的離散序列、序列的運算、離散時間系統、z變換和逆z變換、離散系統的z域描述等內容的MATLAB模擬。
第9章介紹了傅裡葉變換的MATLAB模擬,包括離散時間傅裡葉變換、週期序列的離散傅裡葉級數、離散傅裡葉變換、快速傅裡葉變換等內容的MATLAB模擬。
第10章介紹了IIR濾波器設計的MATLAB模擬,包括模擬濾波器的設計、IIR數位濾波器的設計、IIR數位濾波器的應用等內容的MATLAB模擬。
第11章介紹了FIR濾波器設計的MATLAB模擬,包括FIR濾波器的窗函數設計、FIR濾波器的應用等內容的MATLAB模擬。
本書由江西師範大學的王芳、陳勇,以及西北工業大學的何成兵等合作編寫完成,本書的編寫得到了國家自然科學基金(61601209),江西省自然科學基金(20171BAB202003),以及江西省教育廳科學技術研究項目(GJJ160338)等的支持。限於編者水準,難免有錯誤或不完善之處,懇請廣大讀者予以批評指正。

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