空时自适应信号处理

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出版者:清华大学出版社
作者:王永良
出品人:
页数:191
译者:
出版时间:2001-1
价格:32.00元
装帧:
isbn号码:9787302038764
丛书系列:
图书标签:
  • 雷达
  • 电气
  • 信号
  • BSS
  • 信号处理
  • 自适应滤波
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  • 通信
  • 雷达
  • 阵列信号处理
  • 优化算法
  • 机器学习
  • 无线通信
  • 信息处理
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具体描述

现代信息技术中的关键要素:信号的获取、分析与应用 图书名称: 现代信息处理技术:理论与实践 图书简介: 在当今高度信息化的时代,从无线通信、雷达探测到医学成像和环境监测,信号无处不在,并且是驱动现代技术进步的核心要素。本书旨在系统、深入地探讨当代信息处理领域中的核心理论、关键算法及其在工程实践中的具体应用。我们聚焦于信号的本质属性、高效的提取、精确的分析以及智能的应用,为读者构建一个坚实而全面的知识体系。 本书涵盖了从基础的信号表示到复杂的自适应系统设计等多个层面,旨在弥合理论研究与工程实践之间的鸿沟。全书结构严谨,内容详实,力求以清晰的数学框架和丰富的工程实例来阐述复杂的概念。 --- 第一部分:信号的数学基础与经典分析方法 本部分为后续高级主题奠定坚实的数学基础,详细剖析了信号的数学模型、特性描述以及频域分析的基石。 第一章:信号与系统的基本概念 信号作为信息载体,其形式多种多样,包括连续时间信号和离散时间信号。本章首先界定了信号的数学描述,探讨了周期性、能量、功率等基本属性。随后,引入了系统对信号的处理模型,区分了线性时不变(LTI)系统和时变系统。LTI系统的核心特性——卷积——被深入探讨,作为理解系统响应和信号变换的桥梁。此外,本章还详细介绍了常用的正交基展开方法,如傅里叶级数和傅里叶变换,为信号在频域的分析做好了铺垫。 第二章:傅里叶分析的深化与应用 傅里叶变换是信号处理的“语言”。本章不再满足于基础的定义,而是着重探讨了傅里叶变换的性质及其在不同类型信号(如随机过程)上的推广应用。我们详细分析了狄拉克函数在频谱分析中的作用,以及如何利用傅里叶分析来理解系统的频率响应特性。本章还将介绍傅里叶分析在系统稳定性判据中的应用,并辅以若干经典的滤波设计实例,如理想低通滤波器的局限性及其替代方案(如巴特沃斯和切比雪夫滤波器)。 第三章:随机信号处理基础 现实世界中的许多信号都带有随机性,如噪声干扰、通信中的衰落信道等。本章引入概率论和随机过程的理论基础,重点讨论了平稳随机过程、各态历经性以及自相关函数和功率谱密度(PSD)。功率谱密度是衡量随机信号频率分布的关键工具,本章详述了如何通过谱估计来揭示信号中隐藏的随机结构。这部分内容对于后续的噪声抑制和通信系统设计至关重要。 --- 第二部分:高效的离散信号处理与算法实现 随着数字技术的发展,将信号转化为离散形式并在计算机上进行处理成为主流。本部分专注于离散信号处理(DSP)的理论和计算效率。 第四章:离散时间信号处理与Z变换 本章将连续时间系统与离散时间系统进行对比,重点阐述了采样定理(奈奎斯特-香农采样定理)及其在信号数字化过程中的指导意义。Z变换作为离散时间系统的核心分析工具,其性质、收敛域以及与傅里叶变换的联系被详细解析。本章还涵盖了数字滤波器的基本结构,包括直接型、并联型和级联型结构,为设计高效的数字滤波器奠定基础。 第五章:快速傅里叶变换(FFT)及其高效实现 傅里叶变换的直接计算复杂度高昂,难以满足实时处理的需求。快速傅里叶变换(FFT)算法的出现极大地提高了频谱分析的效率。本章深入剖析了DIT(按时间抽取)和DIF(按频率抽取)等主流FFT算法的原理、蝶形运算结构及其复杂度分析。此外,本章还讨论了FFT在圆周卷积、线性卷积实现中的应用,以及对输入数据预处理(如加窗)的重要性。 第六章:数字滤波器设计:IIR与FIR的权衡 数字滤波器是信号处理领域的核心技术。本章系统地介绍了无限冲激响应(IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器的设计方法。对于IIR滤波器,重点讲解了模拟滤波器到数字滤波器的双线性变换法和脉冲不变法,并讨论了其潜在的相位非线性问题。对于FIR滤波器,详细介绍了窗函数法(如海明窗、汉宁窗)和频率采样法,并深入分析了FIR滤波器固有的线性相位特性带来的优势。设计实例将侧重于实际应用中对过渡带宽度、通带纹波和群延迟的要求。 --- 第三部分:现代信息获取与智能处理技术 本部分将视角转向更前沿、更依赖于数据驱动和反馈机制的信号处理领域,特别关注如何从复杂环境中准确提取有用信息。 第七章:参数化建模与谱估计 当噪声较大或数据量有限时,经典的周期图法在分辨率和方差上存在不足。本章引入了参数化模型假设,如自回归(AR)、移动平均(MA)和ARMA模型,用于更精确地描述信号的内在结构。重点介绍了子空间分解方法,如Pisarenko法和MUSIC(多重信号分类)算法,这些方法在超分辨率谱估计和DOA(到达方向)估计中展现出优越性能。 第八章:多通道信号处理与波束形成 在雷达、声纳和无线通信等应用中,通常使用多个传感器(阵列)接收信号。本章探讨了多通道信号的联合处理技术。核心内容包括阵列流形、空间滤波的概念,以及传统的延迟相加波束形成。随后,引入了更先进的盲源分离技术(如独立成分分析ICA)和基于子空间的方法,旨在从混合信号中分离出独立的信号源。 第九章:基础的估计理论与卡尔曼滤波 精确估计信号的瞬时状态是许多动态系统的核心需求,例如导航、目标跟踪和机器人控制。本章从最小均方误差(MMSE)估计器的角度出发,介绍了一般线性估计器的性质。随后,将重点放在最著名的线性动态系统最优估计器——卡尔曼滤波上。卡尔曼滤波器的递归性、预测步和更新步的推导过程被详细阐述,并通过实例展示了它在存在过程噪声和测量噪声下的强大性能。本章也简要提及了扩展卡尔曼滤波(EKF)在线性化非线性系统中的应用。 --- 总结与展望: 本书旨在为读者提供一个全面而深入的信号处理知识框架,强调从理论推导到工程实现的完整流程。通过对经典方法和现代技术的系统学习,读者将能够有效应对复杂的信号处理挑战,并在通信、控制、传感和成像等多个领域进行创新性工作。本书的深度和广度确保了它既是专业课程的优秀教材,也是工程技术人员的重要参考手册。

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用户评价

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这本书在算法的推导和实现方面做得非常到位。作者不仅给出了算法的数学推导过程,还详细讲解了算法的实现步骤和注意事项。在某些关键的算法推导中,他使用了清晰的数学语言和符号,并且对每一个推导步骤都进行了细致的解释,使得我能够完全理解公式的由来。此外,书中还提供了部分算法的伪代码,这对于我尝试在实际编程环境中实现这些算法非常有帮助。我尝试按照伪代码实现了一个简单的空时自适应滤波器,并在仿真环境中进行了测试,结果与书中描述的性能表现非常吻合,这极大地增强了我对这本书的信心。作者在讲解算法的数值稳定性和计算复杂度时,也提供了非常实用的建议,这对于在资源受限的嵌入式系统上部署这些算法至关重要。我尤其欣赏他在讨论“鲁棒性”问题时,提出的多种应对策略,并结合实际场景进行了分析,这让我能够更全面地理解算法的适用范围。

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这本书的语言风格十分独特,既有严谨的学术论述,又不乏生动形象的比喻。作者在介绍一些抽象的概念时,常常会用一些贴近生活的例子来解释,比如将空时自适应滤波器比作一个能够根据周围声音环境自动调整音量和音质的智能耳机,或是将复杂的数学公式通过图示和流程图的方式呈现出来,大大降低了理解的难度。我尤其喜欢他在讲解“模型失配”这一概念时所做的类比,他将传感器网络比作一群互相配合的侦察兵,而模型失配则是这些侦察兵对敌情判断出现的偏差,这使得原本枯燥的理论变得鲜活起来。此外,书中大量的图表和公式都经过精心设计,清晰美观,并且都配有详细的文字解释,使得读者能够轻松地理解其含义和作用。我特别注意到作者在推导某些关键公式时,并没有直接给出最终结果,而是详细列出了中间步骤,并且对每一步的逻辑进行了解释,这对于我这样希望深入理解原理的读者来说,无疑是巨大的帮助。他对于不同算法的优缺点分析也十分客观,并指出了它们在特定应用场景下的适用性,这对于我选择合适的算法解决实际问题非常有指导意义。

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在内容方面,这本书涵盖了非常广泛的空时自适应信号处理技术。从早期的基于最小均方误差(LMS)的自适应算法,到更高级的递归最小二乘(RLS)算法,再到各种基于卡尔曼滤波和粒子滤波的空时自适应技术,作者都进行了详尽的阐述。我尤其对书中关于“稀疏自适应滤波”的章节印象深刻,作者深入探讨了如何在信号模型或系统模型存在稀疏性的情况下,设计出更高效、计算复杂度更低的自适应算法。这对于处理大规模传感器网络或高维数据时尤为重要。书中还详细介绍了各种空时自适应算法的性能分析方法,包括收敛速度、稳态误差、鲁棒性等,并且提供了相应的数学工具和仿真技巧。作者在介绍这些算法时,并没有仅仅停留在理论层面,而是结合了大量的仿真实验结果,通过图表直观地展示了不同算法的性能表现,以及参数选择对性能的影响。这使得我对这些算法的理解不再是空中楼阁,而是有了更加具象化的认识,也为我进行实际的仿真验证提供了宝贵的参考。

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这本书的理论深度和实践指导性达到了一个非常好的平衡。作者在阐述复杂的数学理论时,总是能将其与具体的信号处理问题联系起来,使得理论不再是脱离实际的空谈。他对于不同算法的优缺点进行了深入的剖析,并指出了它们各自的应用场景,这对我选择合适的算法来解决实际问题提供了非常清晰的指导。例如,在讨论“联合概率数据关联(JPDA)”算法时,他详细分析了其在多目标跟踪中的应用,并指出了其计算复杂度较高的缺点,同时又提出了改进的方法。书中还包含了一些关于系统参数辨识和模型优化的内容,这对于实际工程应用至关重要。我特别注意到作者在讲解“降秩法”和“投影法”在空时自适应处理中的应用时,不仅给出了数学推导,还用图示清晰地展示了它们的原理,这使得我对这些复杂的概念有了更深刻的理解。

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这本书的结构安排非常合理,它首先从信号处理的基本概念入手,逐步过渡到空时自适应信号处理的理论基础,然后详细介绍各种典型的空时自适应算法,并对它们的性能进行分析和比较,最后还探讨了这些技术在实际应用中的挑战和发展趋势。我特别欣赏作者在介绍“空时联合处理”这一概念时所做的铺垫,他首先阐述了分别进行时间和空间自适应的局限性,然后引出了将时间和空间信息进行联合处理的必要性,这使得我能够清晰地理解为何需要这种更为先进的处理方式。书中也对一些前沿的研究方向进行了展望,例如基于深度学习的空时自适应信号处理,这让我感受到了作者的学术视野和对未来的洞察力。每一章的结尾都配有“本章小结”,能够帮助我及时回顾和巩固所学知识,并且还提供了相关的参考文献,方便我进一步深入研究。这本书不仅适合初学者入门,也能够为有经验的从业人员提供新的视角和灵感。

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这本书的作者在讲解“在线学习”和“增量学习”在空时自适应信号处理中的应用时,给我留下了深刻的印象。他详细阐述了如何在不需要全部数据的情况下,对信号处理系统进行实时更新和优化,这对于处理实时流数据尤为重要。书中还探讨了如何处理“数据丢失”和“数据缺失”等问题,并提供了一系列鲁棒的解决方案。我对作者在讲解“自适应波束形成”时,所做的详细分析非常感兴趣,他不仅介绍了传统的波束形成技术,还详细阐述了基于空时自适应的波束形成方法,以及如何抑制旁瓣和提高信噪比。此外,书中还包含了关于“方向图综合”和“性能优化”的深入讨论,以及如何在实际应用中进行权值设计。我从书中学习到了许多关于如何提高空时自适应信号处理系统性能的实用技巧,并将其应用到我的研究项目中,取得了显著的成效。

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这本书在内容上非常全面,几乎涵盖了空时自适应信号处理的各个方面。从基础的信号模型和噪声模型,到各种自适应算法的原理和实现,再到性能分析和应用实例,作者都进行了详细的阐述。我特别喜欢他在讲解“空间域和频率域联合自适应”时所做的分析,他将时间和空间信息进行耦合,以更有效地处理复杂的信号环境。书中还探讨了如何处理信道变化、干扰和噪声等实际问题,并提供了一系列有效的解决方案。他对“模型辨识”和“参数估计”的讲解也十分透彻,并提供了相应的算法。我从书中学习到了很多关于如何优化自适应算法性能的技巧,例如如何选择合适的步长参数、如何进行权值更新等。作者在分析不同算法的鲁棒性时,通过大量的仿真实验,直观地展示了不同算法在面对各种干扰时的表现,这对于我理解算法的局限性和适用性非常有帮助。

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这本书的作者显然对空时自适应信号处理领域有着极其深刻的理解,并且能够将复杂的概念以一种清晰、易懂的方式传达给读者。他在讲解一些关键的数学推导时,往往会提供多种推导路径,或者给出一些辅助性的说明,这使得即使是初学者也能够循序渐进地掌握这些内容。我尤其欣赏他在介绍“阵列处理”时,所做的详细阐述,他不仅讲解了基本的阵列流形和导向矢量,还深入探讨了各种阵列构型对性能的影响。书中还包含了对实际系统性能评估的详细方法,以及如何进行参数优化以达到最佳性能。作者在描述算法的收敛性和稳定性时,提供了严格的数学证明,这让我能够对其理论基础有更深入的认识。我尝试按照书中提供的参数进行仿真,得到的仿真结果与理论分析非常吻合,这再次证明了本书内容的准确性和可靠性。

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这本书的封面设计非常吸引人,采用了一种深邃的蓝色背景,上面点缀着抽象的光点和流动的线条,似乎在暗示着时空的交织与变幻。拿在手里,纸张的触感细腻而有质感,散发出淡淡的油墨香,让人立刻进入一种沉浸式的阅读状态。翻开第一页,作者的序言便直奔主题,用一种充满激情的语言阐述了信号处理领域中“空时自适应”这一概念的重要性,以及它在现代科技发展中所扮演的关键角色。我特别欣赏作者在序言中提出的观点,即信号处理不再仅仅是对已知信号进行分析和滤波,而是要能够动态地、智能地适应不断变化的环境和信号特性。这一点尤其让我兴奋,因为这正是我们当前在实际应用中所面临的最大挑战之一。从序言中,我能感受到作者深厚的学术功底和对这一领域的深刻洞察。他并没有回避其中的复杂性,而是以一种循序渐进的方式,为读者勾勒出了一个宏大的知识框架,让我对接下来的内容充满了期待。特别是他提到,这本书将不仅仅局限于理论的阐述,还会结合大量的实际案例和算法实现,这对我来说至关重要,因为我更希望能够学以致用,将这些先进的理论应用到我的科研项目中。我对书的整体结构也感到满意,目录的设计清晰明了,从基础概念的引入,到各种空时自适应算法的详解,再到性能分析和优化策略,层层递进,逻辑性极强。

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这本书的排版设计非常精良,无论是字体、字号还是行间距,都显得恰到好处,阅读起来非常舒适。书中的图表和公式也排版得十分清晰、规范,不会出现任何模糊或错位的情况,这保证了读者能够准确地获取信息。我非常欣赏作者在书中大量使用插图和图示来辅助说明概念,这些图示都制作得非常精美,并且准确地反映了所要表达的内容,例如在讲解“空时自适应波束形成”时,他用一系列的示意图清晰地展示了波束的形成过程和旁瓣的抑制效果。此外,书中对参考文献的引用也非常严谨,每一处引用都清晰明确,方便读者追溯原文。我特别喜欢他在讨论“降维技术”时,所配的降维前后数据分布的对比图,这使得我能够直观地看到降维的效果。整体而言,这本书在视觉呈现上也非常出色,进一步提升了阅读体验。

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