数字信号处理原理及应用(第2版)

本书系统地介绍数字信号处理的基本概念、基本原理与分析、设计方法，以及数字信号处理理论的工程应用。全书共8章，第1~3章作为数字信号处理的基础，介绍离散时间信号与系统的时域分析方法、频域分析方法及z域分析方法等；第4章介绍离散傅里叶变换及其在谱分析领域和通信系统中的应用；第5章介绍离散傅里叶变换的快速计算方法及信号处理中常用的快速算法；第6~7章介绍数字滤波器的基本概念及工程设计、实现方法；第8章介绍数字信号处理在汽轮机振动信号在线监测与故障诊断系统中的应用，并对经典谱估计技术进行简要分析。除第0章和第8章外，本书其他章节均安排了丰富的例题与习题，并利用MATLAB对常用算法和典型问题进行了算法仿真和设计求解。全书条理清楚、概念清晰、内容精炼、注重工程应用，形成“理论、仿真、设计、应用”相统一的立体化内容体系，适合作为高等学校电子信息工程、通信工程、自动控制等电子信息类专业和相近专业的教材，也可作为相关专业科技人员的参考书。

第0章绪论（1）
0.1数字信号处理的基本概念（1）
0.2数字信号处理技术的应用（2）
0.3数字信号处理的实现方法（3）
0.4经典数字信号处理理论的研究内容（3）
第1章离散时间信号与系统（5）
1.1引言（5）
1.2离散时间信号（6）
1.2.1离散时间信号的表示（7）
1.2.2基本序列（7）
1.2.3序列的基本运算（11）
1.3离散时间系统（12）
1.3.1理想延迟系统（12）
1.3.2滑动平均系统（13）
1.3.3无记忆系统（13）
1.3.4线性系统（13）
1.3.5时不变(移不变)系统（14）
1.3.6线性时不变(移不变)系统（14）
1.3.7卷积和的计算方法（15）
1.3.8卷积和的MATLAB求解（18）
1.3.9卷积的运算规律（19）
1.4离散时间系统的稳定性和因果性（20）
1.4.1离散时间系统的稳定性（20）
1.4.2离散时间系统的因果性（21）
1.5离散时间信号的相关分析（22）
1.5.1离散时间信号的互相关（22）
1.5.2离散时间信号的自相关（23）
第2章离散时间信号和系统的频域表示（25）
2.1引言（25）
2.2离散时间信号和系统的傅里叶变换分析（25）
2.2.1特殊的复指数序列（25）
2.2.2LTI离散系统对复指数序列的响应（26）
2.2.3LTI离散系统的频率响应（26）
2.2.4序列的傅里叶变换和反变换（28）
2.2.5离散时间傅里叶变换的卷积定理（30）
2.2.6离散时间傅里叶变换的MATLAB计算（31）
2.3离散时间傅里叶变换的对称性（33）
2.3.1共轭对称与共轭反对称（33）
2.3.2离散时间傅里叶变换的共轭对称性（33）
2.3.3离散时间傅里叶变换的时频对称性（34）
2.4连续时间信号的采样与恢复（35）
2.4.1周期采样（35）
2.4.2周期采样信号的频谱分析（36）
2.4.3时域采样定理（37）
2.4.4信号的恢复和采样内插公式（40）
2.4.5正弦信号的采样（42）
2.4.6窄带信号的采样（43）
2.5希尔伯特变换（44）
2.5.1连续时间信号的希尔伯特变换（45）
2.5.2离散时间信号的希尔伯特变换（46）
2.5.3希尔伯特变换的主要性质（46）
第3章离散时间信号与系统的z域分析（48）
3.1引言（48）
3.2离散时间信号的z变换（48）
3.2.1z变换的定义（48）
3.2.2z变换的收敛域（49）
3.2.3序列的性质和其z变换收敛域的关系（51）
3.2.4z变换的性质和定理（54）
3.2.5z变换的MATLAB计算（59）
3.3z反变换（60）
3.3.1z反变换公式（61）
3.3.2z反变换计算方法（61）
3.4系统函数（67）
3.4.1LTI离散系统的系统函数与系统特性（67）
3.4.2系统函数与差分方程的关系（68）
3.4.3系统函数与系统频率响应（68）
3.4.4系统函数与系统分类（70）
3.4.5全通系统与最小相位系统（70）
3.4.6利用MATLAB分析系统的性能（72）
3.5离散时间系统的信号流图（74）
3.5.1网络的信号流图表示（74）
3.5.2信号流图的转置定理（75）
3.5.3IIR系统的网络结构（76）
3.5.4FIR系统的网络结构（78）
第4章离散傅里叶变换（81）
4.1引言（81）
4.2周期序列（83）
4.3离散傅里叶级数（85）
4.3.1离散傅里叶级数的定义（85）
4.3.2离散傅里叶级数的主要性质（85）
4.4离散傅里叶变换（87）
4.4.1DFT的基本概念（87）
4.4.2DFT的MATLAB实现（88）
4.4.3DFT的主要性质（89）
4.4.4有限长序列的线性卷积和圆周卷积（93）
4.4.5DFT与DTFT、ZT之间的关系（94）
4.5频率采样理论（96）
4.5.1频域采样定理（96）
4.5.2频域采样恢复的内插公式（97）
4.6DFT应用于信号频谱分析（99）
4.6.1DFT应用于信号频谱分析的具体方法（99）
4.6.2DFT应用于信号频谱分析相关参数的确定（102）
4.6.3DFT应用于信号频谱分析的误差问题（102）
4.7DFT在OFDM中的应用（104）
4.7.1OFDM的基本概念（104）
4.7.2DFT应用于OFDM实现的基本原理（104）
4.7.3OFDM传输系统的基本组成（105）
4.7.4DFT的对称性在OFDM载波映射中的应用（106）
第5章快速傅里叶变换及其应用（107）
5.1引言（107）
5.2基-2FFT算法原理（107）
5.2.1DFT运算量分析（107）
5.2.2基-2时间抽取FFT算法（108）
5.2.3基-2频率抽取FFT算法（111）
5.3基-2FFT算法特点及程序实现（113）
5.3.1基-2FFT算法特点及规律（113）
5.3.2基-2FFT算法的程序实现（114）
5.4离散傅里叶反变换的快速算法（115）
5.5其他常用的FFT算法（117）
5.5.1任意基数的FFT算法（117）
5.5.2基-4FFT算法（118）
5.5.3分裂基FFT算法（118）
5.6FFT应用于线性卷积的快速计算（119）
5.6.1基本算法（119）
5.6.2重叠相加法（120）
5.6.3重叠保留法（121）
5.7Chirp-z变换及其FFT实现（123）
5.7.1Chirp-z变换原理（123）
5.7.2Chirp-z变换的FFT实现（124）
5.8离散余弦变换及其FFT实现（125）
5.8.1离散余弦变换（125）
5.8.2离散余弦变换的FFT实现（125）
5.9FFT应用于线性相关的快速计算（127）
5.10MATLAB环境下各种算法的实现（127）
5.10.1FFT及IFFT算法的MATLAB实现（127）
5.10.2快速卷积基本算法的MATLAB实现（128）
5.10.3Chirp-z变换的MATLAB实现及应用（129）
5.10.4离散余弦变换的MATLAB实现（130）
5.10.5快速相关算法的MATLAB实现（131）
第6章IIR数字滤波器的设计（133）
6.1数字滤波器的基本概念（133）
6.2模拟滤波器的设计（134）
6.2.1巴特沃什模拟滤波器（134）
6.2.2切比雪夫模拟滤波器（137）
6.2.3椭圆模拟滤波器（140）
6.2.4模拟滤波器的频率变换（142）
6.2.5模拟滤波器的MATLAB设计（143）
6.3通过模拟滤波器设计IIR数字滤波器（146）
6.3.1冲激响应不变法（147）
6.3.2双线性映射法（150）
6.3.3冲激响应不变法和双线性映射法的MATLAB实现（153）
6.3.4频率变换法设计IIR数字滤波器（154）
6.4IIR数字滤波器的计算机辅助设计方法（158）
6.4.1IIR数字滤波器的频域最小均方误差设计（159）
6.4.2IIR数字滤波器的最小平方逆设计（160）
6.4.3IIR数字滤波器的时域设计（161）
6.5IIR数字滤波器的实现方法与性能特点（164）
6.5.1IIR数字滤波器的一般实现方法（164）
6.5.2IIR数字滤波器的特点（165）
第7章FIR数字滤波器的设计（166）
7.1引言（166）
7.2FIR数字滤波器的线性相位特性（166）
7.2.1线性相位系统对信号进行处理的优点（167）
7.2.2FIR系统为线性相位系统需满足的条件（168）
7.2.3FIR线性相位系统的零点分布特征（170）
7.3FIR数字滤波器的加窗设计方法（171）
7.3.1加窗法设计FIR数字滤波器的思路（171）
7.3.2吉布斯(Gibbs)效应（172）
7.3.3各种窗函数的特性（174）
7.3.4加窗法设计FIR数字滤波器的具体步骤（177）
7.3.5加窗法设计FIR数字滤波器的MATLAB实现（178）
7.3.6其他各型FIR数字滤波器的加窗设计（180）
7.4FIR数字滤波器的计算机辅助设计方法（182）
7.4.1频率取样法设计FIR数字滤波器（182）
7.4.2FIR数字滤波器的等波纹逼近设计（184）
7.5FIR数字滤波器的实现方法与性能特点（192）
第8章数字信号处理工程应用实例（193）
8.1引言（193）
8.2汽轮机振动信号在线监测与故障诊断系统简介（193）
8.2.1系统整体结构（193）
8.2.2数据采集与分析设备（194）
8.2.3数据采集与分析设备处理器选择（195）
8.3汽轮机振动信号特点（197）
8.3.1振动信号的表示（197）
8.3.2键相信号（198）
8.3.3振动信号的获取（198）
8.4汽轮机振动信号的采样（199）
8.4.1固定频率采样（199）
8.4.2倍频采样（199）
8.5汽轮机振动信号处理（201）
8.5.1时域处理方法（201）
8.5.2频域处理方法（202）
8.5.3时频处理方法（203）
8.6汽轮机振动信号的经典功率谱估计（204）
8.6.1功率谱估计的概念（204）
8.6.2估计质量的评定（206）
8.6.3经典功率谱估计的基本方法（206）
8.6.4汽轮机振动信号的经典功率谱估计（208）
8.6.5经典谱估计算法的改进（209）
附录A模拟滤波器设计的部分参数表（213）
附录BFFT算法C语言程序（215）
B.1基-2FFT算法程序（215）
B.2分裂基FFT算法程序（216）
参考文献（220）