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信号处理原理及应用


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谢平 王娜 林洪彬
7-111-25131-6
26.00
211
2008年10月23日

通信 > 通信技术理论与基础

4884
简体中文
16开

教材
21世纪高等院校电子信息与电气学科系列规划教材







本书以信号处理的基本原理和应用技术为主线,将“离散时间信号与系统”和“连续时间信号与系统”融为一体,注重知识结构的对称性和统一性,注重理论和实际的有机结合。

本书特点
  ◎系统性和对称性:将“离散时间信号与系统”和“连续时间信号与系统”并行论述,帮助读者加深理解两种信号和系统分析的基本理论和方法。
  ◎理论性与实践性:结合学科的发展和应用领域的变革,通过课后习题、应用举例和实验设计来体现知识在工程中的应用方法,实现知识到能力的迁移。
  ◎灵活性与可剪裁性:在选材上注重各章节的独立与统一,内容衔接的梯度小,将知识的系统性和教材的可剪裁性统一起来,适合不同专业不同层次教学与读者的需要。
随着科学技术的发展,信号处理理论和分析方法已应用于许多领域和学科中。信号处理方面的课程,如“信号与系统”、“数字信号处理”等不仅是无线电、通信、电子工程等专业的主干课程,也成为相关工科专业非常实用的课程。
  21世纪的高等教学改革要求加强素质教育,拓宽专业基础,促进不同专业领域知识的交叉渗透。如何适应新的课程体系改革,既注重将信号处理的知识体系贯穿衔接,又做到理论基础和实践应用并举,是本书编写的出发点。
  本书以离散时间信号与系统的分析与设计为主线,适当补充连续时间信号与系统的相关知识,在内容编排上注意两者的对称性和统一性;同时注重补充有关数字信号处理系统实现和工程应用方面的内容,将理论方法和应用习题及实验指导相配合,增强理论和实际的有机结合。全书共分4部分,第1部分包括第1、2章,介绍信号处理的基本概念及连续时间信号与系统分析基础;第2部分包括第3、4章,介绍时域离散信号与系统的时域和频域分析方法,如离散时间信号和系统的描述方法、线性常系数差分方程、模拟信号数字处理方法及信号和系统的各种频域分析方法(FT、ZT、DFT 、FFT);第3部分包括第5、6章,介绍数字滤波器的基本概念、网络结构及设计方法,重点讲述IIR数字滤波器设计和FIR数字滤波器的基本理论和设计方法;第4部分包括第7、8、9章,介绍数字信号处理系统的软、硬件实现技术和应用方法,包括机械工程信号、语音信号和心电信号处理等相关领域的应用实例,以及基于MATLAB应用软件设计的全部实验内容。
  本书编写的特色有如下几点。
  1系统性与对称性:在内容选取上注重反映信号处理学科理论框架的系统性和对称性,将连续时间信号与系统和离散时间信号与系统并行,充分体现两种信号处理分析过程和手段的异同点和共通性,通过连续和离散信号与系统分析方法的对比和衔接,帮助读者加深理解两种信号和系统分析的基本理论和方法。
  2理论性与实践性:结合学科的发展和应用领域的变革,注重理论联系实践,通过课后习题、应用举例和实验设计来体现知识在工程中的应用方法,培养学生浓厚的学习兴趣和科学的思维方式,实现知识到能力的提升。
  3灵活性与可剪裁性:在选材上注重各部分章节的独立与统一,内容衔接的梯度小,从章节的排列、例题习题选取、章节呼应、实验设计几方面,将知识的系统性和教材的可裁减性统一起来,适合不同专业不同层次教学与读者的需要。
  本书适合电气工程类及相关工程技术专业的本科生和科研人员在缺少信号与系统先修知识的情况下,学习数字信号处理的基本概念和分析方法,同时了解信号处理系统设计和应用技术的相关知识。
  本书的参考学时数为60学时,如学时不够,建议只讲授前六章,即利用少量学时适当补充连续信号与系统的基本知识(第2章),再着重学习数字信号处理的理论方法和体系(第3、4、5、6章),并与连续信号处理方法有机统一与呼应,最后利用少量学时或配合教学实践环节了解和掌握信号处理的实现和应用方法(第7、8、9章)。
  本书由谢平主编。第5、6章由王娜编写,第8、9章由林洪彬编写,其余各章由谢平编写。
  本书初稿承燕山大学杨鼎才副教授的精心审阅,并提出了许多宝贵意见,作者在此表示衷心的感谢。
  限于水平和工作中的疏忽,书中难免有错误与不妥之处,诚恳地欢迎读者批评指正。

  作者
  于燕山大学
  2008年1月
前言

第1章绪论1
11 信号1
111信号的定义1
112信号的描述1
113信号的分类2
12信号处理系统简介4
121信号处理的目的4
122信号处理系统的分类4
13本书的主要内容体系5
小结6
习题6第2章连续时间信号与系统
分析基础721连续时间信号的基本知识7
211典型连续信号7
212连续信号的运算11
22连续时间信号与系统的时域分析14
221连续信号的分解14
222连续系统的数学模型——
微分方程16
223连续系统的响应形式18
23连续时间信号与系统的频域分析18
231周期信号的傅里叶级数分析18
232非周期信号的傅里叶变换22
233傅里叶变换的性质24
234连续系统的频域分析方法27
24连续时间信号与系统的复频域
分析28
241从傅里叶变换到拉普拉斯
变换28
242拉普拉斯变换的收敛域和
基本性质29
243连续系统的复频域分析方法31
小结32
习题32第3章离散时间信号与系统的
时域分析3431连续信号离散化与时域采样定理34
32离散时间信号与系统的基本知识40
321离散时间信号的常用形式与
基本运算40
322离散时间系统的定义与分类45
33线性时不变系统的卷积关系47
331单位取样响应与线性卷积的
定义及计算47
332线性卷积的性质和作用48
34离散时间系统的数学模型——
差分方程49
341线性常系数差分方程49
342差分方程的求解50
小结52
习题52第4章离散时间信号与系统的
频域分析5441序列的傅里叶变换54
411周期序列的离散傅里叶级数54
412非周期序列的傅里叶变换56
413序列傅里叶变换的性质61
42序列的Z变换65
421Z变换的引出和定义65
422Z变换的收敛域66
423逆Z变换及其求法71
424Z变换的性质和定理73
425利用Z变换求解差分方程76
426利用Z变换分析信号与系统的
频率特性78
43离散傅里叶变换及其快速算法80
431离散傅里叶变换的引出和定义…80
432离散傅里叶变换的性质82
433DFT的应用88
434离散傅里叶变换的快速算法95
44各种频域变换间的关系109
441不同形式傅里叶变换的对比…109
442Z变换与拉氏变换的关系112
443序列的Z变换与傅氏变换的
关系113
444序列的Z变换与离散傅里叶
变换的关系114
45频域取样定理115
小结116
习题116
第5章滤波器基础120
51模拟滤波器的基本概念及设计
方法120
511模拟滤波器的基本概念120
512模拟滤波器的设计方法121
52数字滤波器的基本概念及网络
结构132
521数字滤波器的信号流图表示…132
522数字滤波器的基本网络结构…134
小结139
习题139
第6章数字滤波器设计141
61数字滤波器基础141
62IIR滤波器的设计142
621脉冲响应不变法143
622双线性变换法149
623IIR数字低通滤波器的设计
步骤155
624IIR数字滤波器的频率变换159
63FIR滤波器设计164
631线性相位FIR滤波器的条件与
特点164
632利用窗函数法设计FIR
滤波器170
小结179
习题179第7章数字信号处理的实现技术18271数字信号处理系统的组成182
72数字信号处理系统的实现184
721数字信号处理的软件实现184
722数字信号处理的硬件实现186
小结186
习题188
第8章数字信号处理的应用实例190
81语音信号的时域和频域分析190
811语音信号的时域分析方法191
812语音信号的频域分析方法193
82医学分析诊断中的信号处理196
821智能血压计的硬件结构196
822心电信号的时域分析197
823心电信号的频域分析197
83机械工程测试中的信号处理198
831结构物自振频率分析198
832结构与设备的振动监视和故障
诊断199
小结201
习题201
第9章上机实验202
91引言202
92实验一离散时间信号与系统的
时域分析202
93实验二离散时间系统的
频域分析205
94实验三IIR数字滤波器的设计206
95实验四FIR数字滤波器的
设计207
小结209
参考文献210
读者书评
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