Filtering and System Identification pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Verhaegen, michel/ Verdult, Vincent

出品人:

页数:422

译者:

出版时间:2007-6

价格:$ 158.20

装帧:HRD

isbn号码:9780521875127

丛书系列:

图书标签:

系统辨识
滤波
控制理论
信号处理
自适应滤波
卡尔曼滤波
状态空间模型
优化算法
估计理论
时序分析

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具体描述

Filtering and system identification are powerful techniques for building models of complex systems. This 2007 book discusses the design of reliable numerical methods to retrieve missing information in models derived using these techniques. Emphasis is on the least squares approach as applied to the linear state-space model, and problems of increasing complexity are analyzed and solved within this framework, starting with the Kalman filter and concluding with the estimation of a full model, noise statistics and state estimator directly from the data. Key background topics, including linear matrix algebra and linear system theory, are covered, followed by different estimation and identification methods in the state-space model. With end-of-chapter exercises, MATLAB simulations and numerous illustrations, this book will appeal to graduate students and researchers in electrical, mechanical and aerospace engineering. It is also useful for practitioners. Additional resources for this title, including solutions for instructors, are available online at www.cambridge.org/9780521875127.

《信号处理基础与数字系统设计》内容提要本书旨在为读者提供一个全面而深入的信号处理理论基础，并将其与现代数字系统设计实践紧密结合。全书从最基本的信号表示和变换入手，逐步深入到滤波器的设计、随机信号分析以及现代通信系统中的关键技术。本书不仅涵盖了经典理论，更注重于实际应用中的工程实现，特别是在硬件描述语言（如 VHDL 或 Verilog）下的数字滤波器实现和系统级仿真。第一部分：信号与系统基础第1章：信号的数学表示与分析本章首先介绍了连续时间和离散时间信号的数学模型，包括周期信号、非周期信号、能量信号和功率信号的定义。重点阐述了傅里叶级数和傅里叶变换（FT）在信号频域分析中的核心地位。我们详细讨论了信号的频谱特性，如何通过频谱分析理解信号的频率内容和带宽限制。此外，本章还引入了拉普拉斯变换和 Z 变换，作为分析线性时不变（LTI）系统响应的强大工具，强调了它们在连续系统和离散系统分析中的对应关系。第2章：线性时不变（LTI）系统的分析本章深入探讨了 LTI 系统的基本性质，如因果性、稳定性、线性、时不变性。通过系统的冲激响应 $h(t)$ 或 $h[n]$，系统对任意输入信号的响应可以通过卷积运算精确计算。本章详细分析了连续时间 LTI 系统和离散时间 LTI 系统在时域和频域下的行为。稳定性判据（如 BIBO 稳定性）是本章的重点内容之一，这对于任何实际工程系统的设计至关重要。第3章：离散时间信号处理基础本章专注于离散时间信号和系统的理论。引入了离散时间傅里叶变换（DTFT）及其在频谱分析中的应用。更重要的是，本章详细介绍了离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）算法。FFT 作为高效计算 DFT 的核心算法，其原理、复杂度分析及其在实际应用中的意义被详尽阐述。本章还讨论了采样定理（奈奎斯特-香农定理）及其在模/数转换（A/D）过程中的重要性，解释了混叠现象的成因及避免方法。第二部分：数字滤波器设计与实现第4章：IIR 与 FIR 滤波器理论本章系统地介绍了数字滤波器的两大主要类型：无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。对于 IIR 滤波器，详细分析了双线性变换法和脉冲不变法，如何将连续时间滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）映射到离散时间域。对于 FIR 滤波器，重点讲解了窗函数法和频率采样法，分析了 FIR 滤波器天然具有线性相位响应的优势。本章对两种滤波器的优缺点进行了对比，指导读者根据具体需求选择合适的滤波器结构。第5章：优化设计与实现技术本章关注滤波器的优化设计，特别是FIR滤波器的最小均方误差设计（如Parks-McClellan算法的基础思想）。在系统实现方面，本章详细讨论了直接型、级联型和并行型等不同结构对运算量、延迟和量化误差的影响。重点分析了定点运算下的量化噪声和溢出问题，这是将理论设计转化为实际硬件或嵌入式软件时的关键挑战。第6章：基于硬件描述语言的滤波器实现本章将理论设计与硬件实现相结合。读者将学习如何使用 VHDL 或 Verilog 语言描述数字滤波器结构。我们以一个二阶 IIR 滤波器为例，展示其差分方程到硬件数据通路的设计流程，包括乘法器、加法器和延迟单元（寄存器）的实例化。本章还讨论了流水线技术在提高滤波器处理速度方面的应用，以及在FPGA或ASIC上实现高吞吐量滤波器的设计考量。第三部分：随机信号处理与应用第7章：随机过程基础本章将信号处理扩展到随机信号领域。介绍了随机过程的基本概念，如均值函数、自相关函数和功率谱密度（PSD）。重点分析了平稳随机过程，特别是宽平稳过程，其自相关函数仅依赖于时间差。本章详述了维纳-辛钦定理，它揭示了随机过程的功率谱密度与其自相关函数之间的深刻关系。对高斯过程、白噪声过程等典型随机过程进行了深入分析。第8章：随机过程的线性系统响应与估计当随机信号通过 LTI 系统时，系统的输出也是一个随机过程。本章分析了系统对随机输入的响应的自相关函数和功率谱密度如何变化。核心内容是维纳滤波器的原理，该滤波器用于在噪声干扰下最佳地估计一个已知信号，是现代通信和雷达系统中的基础算法。本章推导了维纳滤波器的 Wiener-Hopf 方程，并讨论了其实际求解方法。第9章：现代数字系统中的应用案例本章将前述理论应用于几个具体的工程领域： 1. 语音处理中的预加重与去噪：讨论如何利用高通滤波和谱减法技术来增强语音信号的可懂度。 2. 通信系统中的均衡器设计：解释了在多径信道中，如何设计一个FIR滤波器作为均衡器来消除码间串扰（ISI）。 3. 谱分析的实用技巧：总结了周期图法、Welch法等多种PSD估计方法在实际频谱分析中的精度、偏差与方差权衡。全书结构严谨，理论推导详尽，并辅以大量的实例和仿真验证，旨在培养读者从理论推导到系统级实现的完整工程能力。本书适合于电子信息工程、通信工程、自动化以及计算机科学等专业的高年级本科生和研究生，也是相关领域工程师提升专业技能的参考用书。