具体描述
《全国高职高专教育精品规划教材·自动控制原理及应用》由北京交通大学出版社出版。
现代信号处理与数字滤波技术 第一章：信号与系统基础 本章旨在为深入理解现代信号处理和数字滤波技术打下坚实的理论基础。我们将从最基本的信号概念入手，系统地阐述连续时间信号和离散时间信号的表示方法、性质以及它们在时域和频域中的描述。 1.1 信号的分类与表示 信号是信息载体，其形式多种多样。本节详细区分了模拟信号与数字信号、确定性信号与随机信号，以及周期信号与非周期信号。重点探讨了信号在不同域的数学表示，包括连续时间信号的傅里叶级数和傅里叶变换，以及离散时间信号的Z变换和离散时间傅里叶变换（DTFT）。特别强调了理想采样定理（奈奎斯特-香农采样定理）在连接连续世界与离散世界中的核心地位，并分析了欠采样和过采样的影响。 1.2 线性时不变（LTI）系统理论 系统是对输入信号进行变换产生输出信号的实体。LTI系统因其优良的数学特性——叠加性和时移不变性——成为分析的基础。本节深入研究了LTI系统的基本性质，如因果性、稳定性。核心内容集中于卷积积分（对于连续系统）和卷积和（对于离散系统）的推导和应用，阐明了系统冲激响应如何完全刻画一个LTI系统的动态特性。此外，还利用系统的频域表示（频率响应函数）来分析信号通过系统后的失真情况。 1.3 系统函数与框图表示 在Z域中，系统的特性由系统函数 $H(z)$ 唯一确定。本节详细介绍了如何利用Z变换的性质，将复杂的系统结构转化为代数表达式，并利用部分分式展开法求解系统的单位阶跃响应和零输入响应。同时，系统框图是可视化系统结构的关键工具。本章详细介绍了反馈、前馈结构，以及如何通过变换来简化复杂的信号流图，为后续滤波器设计中的级联、并行和反馈结构打下基础。 第二章：离散时间信号处理 本章聚焦于在计算机和数字设备中实际处理的离散时间信号的特性和分析工具。 2.1 离散时间信号的特性与变换 区别于连续信号，离散信号仅在整数时间点上取值。本节详细分析了离散时间信号的周期性、能量和功率的概念。重点回顾并深化了Z变换的收敛域（ROC）概念，强调ROC对于判断系统稳定性和因果性的决定性作用。此外，系统地讲解了离散傅里叶变换（DFT）的定义、性质及其在周期性信号分析中的重要性。 2.2 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） DFT是将离散时间信号从时域转换到频率域的关键工具。本章详细推导了DFT的性质，包括线性、周期性和帕塞瓦尔定理。由于直接计算DFT的计算复杂度较高，本章将大量篇幅用于介绍快速傅里叶变换（FFT）算法。重点分析了蝶形运算、数据重排（如按位反序）的原理，并比较了基-2 FFT的优越性，包括其在频谱分析、相关和卷积计算中的高效应用。 2.3 随机信号的描述与统计特性 在许多实际应用中（如通信、雷达），信号具有随机性。本章引入了随机过程的概念，定义了均值、自相关函数（ACF）和互相关函数（CCF）。详细讨论了平稳随机过程和广义平稳过程的特点，特别是对于白噪声信号，阐明了其功率谱密度（PSD）的均匀分布特性，并研究了LTI系统对随机信号输出的功率谱的调制效应。 第三章：数字滤波器设计理论 数字滤波器是信号处理的核心组件，用于有选择性地通过或抑制信号的特定频率成分。本章系统地介绍了数字滤波器的基本类型和设计方法。 3.1 数字滤波器的基本结构与性能指标 本节区分了无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。重点讨论了滤波器的关键性能指标：幅度响应、相位响应、群延迟、过渡带宽、通带和阻带的衰减量。同时，介绍了滤波器实现的两种基本结构：直接型、级联型和并联型，以及它们在量化误差和计算复杂度上的权衡。 3.2 有限冲激响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其线性相位特性（恒定群延迟）而备受青睐。本章主要基于理想滤波器频率响应的截断和窗函数法进行设计。详细分析了各种窗函数（矩形窗、汉宁窗、海明窗、黑曼窗）的特性，特别是它们在主瓣宽度和旁瓣衰减之间的折衷关系，并给出了根据所需带宽确定窗函数类型的实用准则。此外，还介绍了频率采样法和最优等波纹FIR滤波器设计（如Parks-McClellan算法的基本原理）。 3.3 无限冲激响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器通常能用较低阶数实现与FIR滤波器相似的性能，但在相位特性上不如FIR线性。本章的核心是双线性变换法（Bilinear Transformation）。详细推导了如何利用双线性变换将连续时间系统的S域传递函数映射到离散时间系统的Z域传递函数，并讨论了预畸变（Pre-warping）技术以补偿频率轴的非线性映射。我们还将介绍模拟原型滤波器（如巴特沃斯和切比雪夫滤波器）的特性和选择标准，并详细展示从模拟到数字的完整设计流程。 第四章：滤波器实现与应用 本章关注数字滤波器的实际工程实现问题，包括量化效应和高级应用。 4.1 有限精度效应与量化误差 在实际数字系统中，系数和信号值都是有限位宽表示的，这引入了误差。本节深入分析了量化噪声的来源，包括系数量化误差和信号截断/舍入误差。重点讨论了二阶段（Biquad）结构对量化噪声的抑制作用，以及位宽对滤波器稳定性和性能的具体影响。 4.2 滤波器组与多速率信号处理 在现代通信和音频处理中，需要对信号在不同频率子带进行处理。本章介绍了滤波器组的基本概念，特别是完美重建滤波器组（PRFB）的构造原理，如交错采样和下采样/上采样操作。详细讨论了抽取滤波器（Decimator）和插值滤波器（Interpolator）的设计，以及它们在信道滤波和信号过采样/欠采样系统中的应用。 4.3 谱分析与应用 本章将理论知识应用于实际的频谱分析场景。结合FFT和数字滤波器，讲解了如何设计合适的窗口和采样率，以精确测量信号的功率谱密度。探讨了频谱泄漏、栅瓣效应等实际问题，并介绍了谱线细化的方法，例如使用零填充技术。最终，通过具体的案例分析，如音频信号的均衡器设计和雷达脉冲的匹配滤波实现，展示了数字滤波技术在现代工程实践中的广泛威力。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈图书下载中心 版权所有