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出版者:中國電力

作者:嚮賢兵

出品人:

頁數:182

译者:

出版時間:2007-8

價格:18.80元

裝幀:

isbn號碼:9787508358635

叢書系列:

圖書標籤:

• 自動控製
• 控製理論
• 係統分析
• 反饋控製
• 現代控製
• 經典控製
• 控製係統
• 數學模型
• 工程控製
• 自動控製原理

《數字信號處理導論：從基礎到應用》 作者： 張偉, 李明 齣版社： 科學技術文獻齣版社 ISBN： 978-7-5023-6789-0 --- 圖書簡介 一、 概述與定位 《數字信號處理導論：從基礎到應用》是一本麵嚮電子工程、通信工程、計算機科學、自動化（側重信號處理方嚮）等專業本科生、研究生，以及相關領域工程技術人員的權威性教材與參考手冊。本書旨在係統、深入地闡述數字信號處理（DSP）的核心理論、關鍵算法及其在現代工程實踐中的應用。 本書的編寫秉持“理論嚴謹性”與“工程實用性”並重的原則。我們力求在清晰地構建離散時間信號與係統、Z變換、離散傅裏葉變換（DFT）等基礎理論框架的同時，重點介紹如快速傅裏葉變換（FFT）、濾波器設計（FIR/IIR）、自適應濾波等最常用且高效的工程技術。全書內容組織邏輯清晰，循序漸進，確保讀者能夠紮實掌握DSP的精髓。 二、 核心內容模塊詳解 本書共分為十二章，結構上遵循“基礎理論—變換分析—濾波技術—現代方法”的遞進邏輯： 第一部分：基礎理論與離散時間係統（第1-3章） 第1章：信號與係統的迴顧與展望： 從連續時間信號和係統齣發，引入采樣定理（奈奎斯特-香農定理）和量化誤差，為過渡到離散時間信號奠定基礎。詳細討論瞭信號的分類、能量與功率的定義。 第2章：離散時間信號與係統： 深入分析離散時間信號的錶示、基本運算、周期性與對稱性。重點剖析瞭綫性時不變（LTI）係統的性質（如因果性、穩定性），並詳細推導瞭係統的衝激響應和捲積和。 第3章：Z變換及其應用： Z變換是分析離散時間係統的核心數學工具。本章詳細介紹單邊和雙邊Z變換的定義、收斂域（ROC）的性質、常用函數的Z變換對，以及利用Z變換求解差分方程（係統分析）。 第二部分：頻域分析與變換（第4-6章） 第4章：離散時間傅裏葉變換（DTFT）： 探討瞭DTFT的定義、性質及其與Z變換的關係。特彆關注瞭DTFT頻譜的周期性及其在分析係統頻率響應中的作用。 第5章：離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT）： DFT是連接時域和頻域的橋梁，是所有現代頻譜分析的基礎。本章詳細介紹DFT的性質、周期延拓、綫性捲積的循環捲積實現。隨後，深入講解瞭FFT算法的原理，包括蝶形運算、基-2 FFT的分解方法（如Cooley-Tukey算法），並分析瞭其計算復雜度優勢。 第6章：頻譜分析與功率譜估計： 介紹如何利用DFT/FFT進行信號的頻譜分析。討論瞭窗口函數（如漢寜窗、海明窗）對頻譜泄漏的影響與校正方法，並引入瞭功率譜密度（PSD）的基本概念和周期圖法。 第三部分：數字濾波器設計（第7-9章） 濾波器設計是DSP應用中最核心的部分。本書將FIR和IIR濾波器分開深入講解： 第7章：數字濾波器概述與時域設計： 介紹濾波器的基本性能指標（通帶、阻帶衰減、過渡帶寬度）和綫性相位概念。重點講解瞭窗函數法在FIR濾波器設計中的應用（如矩形窗、漢寜窗、Kaiser窗）。 第8章：IIR濾波器設計： 講解基於模擬濾波器原型（如巴特沃斯、切比雪夫）的數字IIR濾波器設計方法，特彆是雙綫性變換法（BLT），詳細分析瞭頻率預畸變的處理。 第9章：FIR濾波器的頻率采樣設計與等波紋設計： 介紹更高級的FIR設計方法，如頻率采樣法以及Parks-McClellan算法（最小p範優化），以獲得最優的幅度響應特性。 第四部分：先進主題與應用（第10-12章） 第10章：多速率信號處理： 介紹信號的抽取（Downsampling）和插值（Upsampling）技術，並詳細闡述瞭抽取與濾波器的順序對輸齣結果的影響。這對於子帶編碼和變采樣率係統至關重要。 第11章：自適應濾波原理： 引入經典自適應算法，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法。重點分析其收斂性能、步長選擇，並展示其在噪聲消除和迴聲消除中的應用潛力。 第12章：DSP在現代係統中的案例分析： 本章結閤實際應用場景，簡要介紹瞭DSP在通信係統（信道均衡）、語音處理（語音編碼、壓縮）和圖像處理（二維離散餘弦變換DCT）中的基礎應用。 三、 教材特色與優勢 1. 注重推導過程： 所有關鍵公式和算法均提供清晰的數學推導，幫助讀者建立深刻的理解，而非簡單記憶結論。 2. 豐富的習題與案例： 每章末尾配有大量不同難度的理論分析題和實踐設計題，強化知識點的掌握。 3. MATLAB/Python 結閤： 書中穿插瞭大量的算法實現僞代碼和基於MATLAB/Python的仿真示例，指導讀者將理論知識轉化為可運行的代碼，實現濾波器的設計與驗證。 4. 清晰的工程視角： 始終強調量化噪聲、運算復雜度、實時性等工程約束條件對算法選擇的影響。 四、 適用讀者 本書是深入學習數字信號處理的理想教材，尤其適閤： 高等院校電子、通信、控製工程等專業的本科高年級學生和研究生。 從事通信、雷達、聲學、醫療儀器等領域信號處理算法開發和係統實現的工程師。 希望通過自學係統掌握DSP理論的自學者。 通過學習本書，讀者將能夠熟練運用Z變換、FFT等工具對離散係統進行分析，並掌握設計高性能FIR和IIR濾波器的工程能力，為後續深入研究如語音識彆、圖像壓縮、無綫通信等前沿技術打下堅實的基礎。

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這本書的敘述方式真是讓人耳目一新，完全沒有那種傳統教材的枯燥感。作者似乎非常懂得如何將那些抽象的數學概念與實際工程問題巧妙地結閤起來，讀起來一點也不費勁。特彆是對於一些核心的反饋控製原理，書中通過大量的圖示和案例分析，將原本晦澀難懂的傳遞函數、狀態空間錶示法等變得清晰可見。我記得有一章專門講瞭根軌跡分析，書裏不僅詳細推導瞭繪製規則，還配上瞭不同係統參數變化時根軌跡如何移動的動態描述（盡管是靜態的圖，但想象空間很大），這對於我這種更偏嚮直覺理解的讀者來說，簡直是醍醐灌頂。它沒有僅僅停留在理論層麵，而是花瞭大量篇幅去探討如何利用這些工具去設計和優化實際的控製係統，比如PID控製器的參數整定，書中給齣的經驗公式和試錯法對比分析，非常實用，讓我感覺自己手裏握著的不再是一堆公式，而是一把解決實際工程難題的“瑞士軍刀”。這本書的深度和廣度都拿捏得恰到好處，既保證瞭理論的嚴謹性，又兼顧瞭工程應用的直觀性，絕對是工具書中的精品。

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坦率地說，這本書的難度麯綫非常平緩，但其內容的深度卻不容小覷。我特彆喜歡它在“魯棒控製”和“最優控製”這兩部分的處理方式。它沒有將這些前沿概念神秘化，而是將H無窮控製和LQR（綫性二次型調節器）設計過程拆解成瞭幾個可理解的步驟。比如，在介紹LQR時，它沒有直接丟齣代數黎卡提方程，而是通過能量最小化的思想引入二次型性能指標函數，然後引導讀者通過變分法推導齣必要條件，這種由淺入深的邏輯鏈條非常完整。我感覺作者非常注重知識體係的構建，讀完這本書，我不僅學會瞭“如何做”，更重要的是理解瞭“為什麼這麼做”。對於那些希望從“會用”跨越到“精通”的讀者來說，這本書提供的理論基礎是極其紮實的。它就像一位耐心的導師，在你每一步睏惑的地方都提前設置好瞭清晰的指示牌，讓你始終保持探索的信心，而不是在晦澀的公式中迷失方嚮。

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我發現這本書在處理係統建模和辨識這部分內容時，展現齣瞭極高的專業水準和對初學者的友好度。不同於我之前翻閱過的幾本教材，它沒有直接跳到復雜的微分方程，而是從物理係統的基本定律齣發，比如牛頓第二定律、基爾霍夫定律等，一步步引導讀者建立起係統的數學模型。更讓我贊賞的是，它對非綫性係統和不確定性係統的處理方法。書中詳細介紹瞭李雅普諾夫穩定性分析法，用幾何直觀和嚴謹的數學論證，清晰地闡述瞭係統穩定性的判斷準則，這在很多入門教材中常常被簡化或略去。而且，作者在介紹現代控製理論時，非常注重培養讀者的“係統思維”，強調從整體上看待被控對象，而不是孤立地看待各個環節。這本書的排版和圖錶設計也值得稱贊，清晰的層次結構和恰當的留白，使得即使麵對復雜的數學推導，視覺疲勞感也大大減輕瞭，這對於長時間閱讀來說至關重要，可以說是一本可以讓人沉浸其中的學術著作。

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這本書的語言風格和邏輯推進方式，給人一種非常老派但又極其可靠的感覺，像一本經過時間沉澱的經典著作。它的敘述節奏偏慢，但每一步都走得非常紮實，絕不跳躍。我特彆欣賞作者在介紹頻率域分析方法時所采用的視角。波德圖和奈奎斯特圖的引入，不是簡單地作為傳遞函數的圖像錶達，而是深入探討瞭它們在係統穩定裕度和抗乾擾能力評估中的核心地位。作者用大量的文字去解釋圖綫上某個特定點的物理意義，而非僅僅告訴讀者“這裏是180度相位交叉點”。這種細緻入微的解釋，使得初學者也能深刻理解“相角裕度”和“幅值裕度”對係統實際運行安全的重要性。整本書下來，我感覺作者對待讀者的態度是極其尊重的，他似乎預見到瞭讀者在學習過程中可能遇到的每一個認知難點，並提前準備好瞭詳盡的解釋和鋪墊，使得整個學習過程流暢而富有成效，是一本值得反復研讀的深度參考書。

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這本書的案例選取得極其精妙，這大概是我閱讀過程中最大的驚喜之一。它並沒有局限於機械臂或簡單的溫度控製係統，而是引入瞭許多更貼近現代工程挑戰的實例，例如，如何對大型電力係統的動態進行穩定化控製，或者如何設計一套應對風力發電係統間歇性擾動的控製器。這些案例不僅展示瞭理論應用的廣泛性，更重要的是，它們迫使我跳齣單一學科的思維定勢，去思考如何將控製理論與其他領域（如電力電子、流體力學）的知識融會貫通。書中對仿真結果的展示也做得非常到位，用對比圖清晰地說明瞭采用不同控製策略後的性能提升，這極大地增強瞭理論的實證價值。對於一個有誌於從事高級研發工作的工程師而言，這本書提供的不僅是知識點，更是一種解決復雜、多約束問題的思維框架和解決問題的信心，它拓寬瞭我的專業視野，讓我看到瞭控製科學的無限可能性。

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