信號分析與處理（第3版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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趙光宙 著

圖書標籤:

• 信號處理
• 信號分析
• 傅裏葉變換
• 數字信號處理
• 通信工程
• 電子工程
• MATLAB
• 係統分析
• 濾波
• 隨機信號

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111534150

版次：3

商品編碼：11997928

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： “十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2016-07-01

用紙：膠版紙

頁數：416

內容簡介

　　本教材以係統介紹信號分析、處理的基本概念、原理、技術、方法為主綫，與《自動控製理論》有明確的分工和很好的銜接，使二者相輔相成，共同構成關於信號與係統的完整的工程科學基礎。本教材還兼顧電氣工程與自動化類專業的特點，介紹有關的信號領域知識以及隨機信號分析與處理的基礎知識和有關新技術。全書分為六章，內容包括：緒論、連續信號分析(時域、頻域、復頻域)、離散信號分析(時域、頻域、復頻域)、信號處理基礎、模擬和數字濾波器、隨機信號分析與處理基礎。附錄還介紹瞭基於MATLAB的信號分析與處理基礎。

目錄

序
前言
緒論1
一、信號的概念1
二、信號的分類1
三、信號分析與處理概述4
四、信號處理係統4
五、自動化類專業開設信號類課程的特點5
習題7
第一章連續信號的分析8
第一節連續信號的時域描述和分析8
一、連續信號的時域描述8
二、連續信號的時域運算12
三、連續信號的時域分解20
第二節連續信號的頻域分析23
一、周期信號的頻譜分析24
二、非周期信號的頻譜分析33
三、傅裏葉變換的性質44
第三節連續信號的復頻域分析59
一、信號的拉普拉斯變換59
二、信號的復頻域分析67
第四節信號的相關分析72
一、相關係數72
二、相關函數74
三、相關定理77
第五節應用MATLAB的連續信號分析80
一、連續時間信號描述80
二、MATLAB捲積運算84
三、MATLAB的傅裏葉變換86
四、MATLAB的拉普拉斯變換94
五、MATLAB求相關函數97
本章要點98
習題99
上機練習題107
第二章離散信號的分析109
第一節離散信號的時域描述和分析109
一、信號的采樣和恢復109
二、時域采樣定理110
三、頻域采樣定理113
信號分析與處理第3版目錄四、離散信號的描述115
五、離散信號的時域運算119
第二節離散信號的頻域分析125
一、周期信號的頻域分析125
二、非周期信號的頻域分析133
三、離散傅裏葉變換(DFT)140
第三節快速傅裏葉變換(FFT)148
一、快速傅裏葉變換的基本思路148
二、基2FFT算法150
三、FFT的應用154
第四節離散信號的z域分析159
一、離散信號的Z變換159
二、Z變換與其他變換之間的關係172
第五節應用MATLAB的離散信號分析175
一、利用MATLAB進行離散信號描述175
二、離散捲積的計算179
三、離散信號的頻域分析180
四、快速傅裏葉變換181
五、離散信號Z變換184
本章要點185
習題186
上機練習題188
第三章信號處理基礎190
第一節係統及其性質190
一、係統的描述190
二、係統的性質191
第二節信號的綫性係統處理195
一、時域法分析195
二、頻域法分析203
三、復頻域分析210
第三節解捲積(逆濾波與係統辨識)217
一、係統辨識問題218
二、逆濾波問題222
三、同態係統解捲積225
第四節數字信號處理技術227
一、數字信號處理的特點228
二、數字信號處理的實現228
三、有限字長對實現數字信號處理的影響230
第五節應用MATLAB的信號處理237
一、利用MATLAB的時域分析237
二、利用MATLAB的頻域分析242
三、利用MATLAB的復頻域分析246
四、利用MATLAB的係統辨識253
本章要點255
習題256
上機練習題259
第四章濾波器261
第一節濾波器概述261
一、濾波及濾波器的基本原理261
二、濾波器的分類262
三、濾波器的技術要求263
第二節模擬濾波器265
一、概述265
二、巴特沃思(Butterwoth)低通濾波器266
三、切比雪夫(Chebyshev)低通濾波器270
四、模擬濾波器的頻率變換276
五、RC有源濾波器280
第三節數字濾波器282
一、概述282
二、無限衝激響應(IIR)數字濾波器283
三、有限衝激響應(FIR)數字濾波器293
第四節應用MATLAB的濾波器設計299
一、模擬濾波器設計299
二、數字濾波器設計308
本章要點317
習題318
上機練習題320
第五章隨機信號分析與處理基礎321
第一節隨機信號的描述與分析321
一、隨機信號及其概率結構321
二、隨機信號在時域的數字特徵323
三、隨機信號的頻域描述與分析330
第二節隨機信號通過綫性係統的分析336
一、平穩隨機信號通過連續係統336
二、平穩隨機信號通過離散係統339
三、過渡過程分析342
第三節最優綫性濾波345
一、維納濾波345
二、卡爾曼濾波349
三、自適應濾波357
第四節非平穩隨機信號的分析366
一、時�財滌蚍治�366
二、小波變換分析369
三、希爾伯特�不票浠環治�376
第五節應用MATLAB的隨機信號分析、處理379
一、隨機信號的描述379
二、隨機信號的頻譜分析380
三、隨機信號通過綫性係統分析382
四、利用MATLAB的卡爾曼濾波387
五、利用MATLAB的小波分析390
六、利用MATLAB進行維格納變換391
七、利用MATLAB進行希爾伯特�不票浠�393
本章要點396
習題397
上機練習題399
附錄MATLAB信號分析處理工具箱簡介401
參考文獻416

前言/序言

　　被列入“普通高等教育‘十五’國傢級規劃教材”的本書第2版從2006年齣版至今，已經過11次印刷，發行45000餘冊，被許多學校相關專業采用，受到廣大師生和科研工作者的歡迎。本書又被列入“‘十二五’普通高等教育本科國傢級規劃教材”齣版計劃，為適應高等工程教育的新發展，這次修訂工作按照“十二五”國傢級規劃教材齣版計劃進行。
　　2012年教育部頒布的新本科專業目錄中，將原電氣信息類專業拆分成電氣類、自動化類、電子信息類等專業，進一步細化瞭強、弱電類專業之間的關係。作為這幾類專業都需要學習和掌握的信號類課程，也需要細化這兩類專業對信號知識的不同需求，這正是2000年開始編寫本書時的初衷，誠如本書第1版前言所述，本書是適應電氣工程與自動化類專業(或電氣工程及其自動化專業和自動化專業)及其他非電子信息類相關專業的需要而編寫的，有彆於電子信息類專業所用的《信號與係統》和《數字信號處理》等教材。
　　這次教材的修訂工作除瞭仔細訂正瞭第2版中的一些錯漏外，在廣泛聽取反饋意見的基礎上，主要做瞭以下修訂和調整：
　　1 仍然從電氣類、自動化類及其他非電子信息類專業對信號知識的需求齣發，基本保持瞭原書的框架，即緊緊抓住信號這條主綫，重點介紹信號分析、處理的基本原理和方法，弱化係統分析、設計的內容，以避免與其他課程的內容重疊。
　　2 第二章離散信號的分析在原理、方法等方麵都較重要，本次修訂又重新做瞭較多調整。
　　3 對第五章隨機信號分析與處理基礎的內容做瞭適當調整，在第四節中突齣瞭非平穩隨機信號的分析與處理方法。
　　4 鑒於MATLAB信號處理工具箱及Simulink仿真軟件包已經成為信號分析處理的重要工具，在附錄中簡要介紹瞭該工具箱，使初次接觸MATLAB的讀者能快速瞭解和掌握MATLAB的使用方法。本書在每章都引入瞭適閤該章內容的MATLAB工具，用於一些例題的分析解答，每章還都提供瞭上機練習題，可以通過上機練習快速加深對各章內容的理解，提高使用計算機進行信號分析處理的能力。
　　5 每章後麵還給齣瞭本章要點，便於讀者對本章基本內容和重點內容的把握，也有利於讀者對信號分析處理內容的梳理。
　　在本書修訂過程中，浙江大學齊鼕蓮教授參與瞭方案討論，提齣瞭許多寶貴的意見；浙江理工大學熊衛華副教授提供瞭非平穩隨機信號分析的一些材料；浙江大學寜波理工學院裘君副教授參與編寫瞭附錄及各章有關MATLAB的內容，並在圖錶繪製等方麵付齣瞭辛勤勞動。作者在此深錶感謝。本書修訂過程中參閱瞭國內外許多學者的有關教材和著作，作者在此一並錶示感謝。
　　經過本次修訂，本書一定還會存在不少新的錯漏和內容不妥之處，希望大傢繼續給以批評指正。
　　作者

信號的奧秘與智慧：探索信息世界的語言 我們的世界充斥著各種各樣的信號。從清晨第一縷陽光穿透窗戶，到耳邊婉轉的鳥鳴，再到手機屏幕上閃爍的光影，它們無處不在，構成瞭我們感知和理解世界的基石。然而，這些信號並非總是清晰易懂，它們常常被噪聲乾擾，攜帶的信息也可能以復雜的方式編碼。這時，我們就需要藉助一係列強大的工具和深刻的理論，去解讀、分析、提取和處理這些信號，從而發掘隱藏在其中的寶貴信息，並將其轉化為我們能夠利用的智慧。 本書旨在帶領讀者踏上一段深度探索信號分析與處理奧秘的旅程。我們不僅僅是停留在對信號現象的錶麵觀察，而是深入其內在的數學結構、物理規律以及信息理論的精髓。我們將揭示信號世界的語言，理解其構成要素，掌握分析其特性的方法，並學會如何對其進行有效的操作，以實現特定的目標。 第一篇：信號的語言——基礎理論與模型 在深入探討信號的分析與處理之前，我們必須首先建立對信號本身的深刻認識。本篇將從最基礎的層麵齣發，為讀者構建一個堅實的理論框架。 信號的定義與分類： 我們將從最根本的意義上理解什麼是信號，它們是如何産生的，以及它們的普遍性和重要性。信號並非單一的概念，它們可以根據不同的維度進行分類，例如： 按性質區分： 連續信號與離散信號。連續信號在時間（或空間）和幅度上都是連續變化的，例如模擬語音信號。而離散信號則是在時間（或幅度）上被量化或采樣得到的，例如數字音頻或圖像。 按維度區分： 一維信號（如音頻）、二維信號（如圖像）、多維信號。 按確定性區分： 確定性信號（其未來值可以精確預測，如周期信號）與隨機信號（其未來值無法精確預測，隻能描述其統計特性，如通信中的噪聲）。 按周期性區分： 周期信號、類周期信號、非周期信號。 數學模型： 為瞭對信號進行精確的分析，我們必須藉助數學工具。我們將介紹描述信號的常用數學模型： 函數錶示： 將信號視為數學函數，討論其性質，如連續性、可導性、可積性等。 特殊信號： 學習和掌握一些基本但至關重要的信號模型，如單位衝激信號（Dirac delta function）、單位階躍信號（Heaviside step function）、指數信號、正弦信號等。這些基本信號構成瞭分析復雜信號的基石。 復數與復指數： 復數在信號分析中扮演著極其重要的角色，我們將深入理解復指數函數的性質及其在錶示和分析信號中的強大作用。 信號的基本運算： 掌握對信號進行基本運算的能力，這是後續分析的基礎： 加法、減法、乘法： 如何將多個信號組閤或進行相互作用。 尺度變換、時間/幅度反演、時間/幅度移位： 理解這些變換如何影響信號的形狀和位置，以及它們在信號處理中的應用。 捲積： 捲積是信號處理中最核心、最強大的運算之一。我們將詳細闡述其定義、性質以及在係統響應、濾波等方麵的廣泛應用，並提供直觀的理解方式。 第二篇：信號的透鏡——分析工具與變換 一旦我們理解瞭信號的本質，就需要強大的分析工具來揭示其隱藏的特性。本篇將聚焦於幾種經典且高效的信號分析方法。 時域分析： 這是最直觀的分析方法，直接觀察信號在時間軸上的變化。我們將學習如何從波形圖、幅度和相位信息中解讀信號的瞬時行為、峰值、頻率成分等。 頻域分析： 許多信號的特性在時域中難以顯現，但在頻域中則一目瞭然。我們將深入理解： 傅裏葉級數（FS）： 如何將周期信號分解為一係列正弦和餘弦波的疊加，揭示其諧波成分。 傅裏葉變換（FT）： 如何將非周期信號分解為無限頻率範圍內的連續頻譜，理解信號的頻率分布。我們將探討傅裏葉變換的收斂性、性質（如綫性、時移、頻移、積分、微分、帕塞瓦爾定理等），以及它在理解信號的頻率內容、識彆噪聲、設計濾波器等方麵的關鍵作用。 短時傅裏葉變換（STFT）： 針對非平穩信號（頻率隨時間變化的信號），STFT通過在有限的時間窗口內進行傅裏葉變換，實現時頻信息的聯閤分析，這在語音、生物醫學信號等領域至關重要。 小波變換（WT）： 相比於STFT，小波變換具有多分辨率的特性，能夠同時捕捉信號的局部細節和整體趨勢，在圖像壓縮、去噪、特徵提取等方麵展現齣強大的優勢。我們將介紹不同類型的小波以及其變換的原理。 其他重要變換： 拉普拉斯變換（LT）： 它是傅裏葉變換的推廣，能夠處理更廣泛的信號，尤其是在分析綫性時不變（LTI）係統時，能夠將微分方程轉化為代數方程，簡化分析過程。我們將討論其收斂域（ROC）的重要性。 Z變換（ZT）： 這是離散時間信號分析的核心工具，是拉普拉斯變換在離散領域的對應，用於分析離散時間係統和信號。我們將學習其性質和在數字信號處理中的應用。 第三篇：信號的塑造——處理技術與應用 掌握瞭信號的分析方法後，我們就能對其進行有目的的處理，以改善信號質量、提取關鍵信息或實現特定功能。本篇將重點介紹信號處理的核心技術。 濾波： 濾波是信號處理中最基本且最重要的技術之一。其目標是去除信號中的噪聲或提取特定頻率範圍內的有用信息。我們將深入研究： 理想濾波器與實際濾波器： 理解濾波器的頻率響應，如低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 模擬濾波器設計： 介紹巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器等經典設計方法。 數字濾波器設計： 無限衝激響應（IIR）濾波器： 利用反饋結構，具有更高的效率，但可能存在穩定性問題。 有限衝激響應（FIR）濾波器： 無反饋結構，天然穩定，但可能需要更高的階數。我們將介紹窗函數法、頻率采樣法等設計方法。 自適應濾波： 濾波器參數能夠根據輸入信號的統計特性進行實時調整，以應對變化的噪聲環境，如迴聲消除、噪聲抑製。 采樣與量化： 這是將模擬信號轉換為數字信號的關鍵步驟。 奈奎斯特采樣定理： 理解采樣頻率與信號最高頻率之間的關係，確保信息不丟失。 量化誤差： 討論量化位數對信號精度的影響。 重構（插值）： 如何根據離散的采樣點恢復原始的連續信號。 係統辨識： 瞭解一個未知係統的特性，通常通過輸入和輸齣來推斷其模型。我們將介紹基於輸入-輸齣數據的方法。 信號壓縮： 在保證信息不丟失或丟失可接受程度的情況下，減少信號的數據量，以降低存儲和傳輸成本。我們將接觸到如傅裏葉變換、離散餘弦變換（DCT）、小波變換在信號壓縮中的應用。 信息論基礎： 瞭解信息熵、信道容量等概念，為理解信號的傳輸效率和編碼提供理論基礎。 特定應用場景： 通信係統： 調製解調、信道編碼、糾錯編碼等。 語音信號處理： 語音識彆、語音閤成、聲紋識彆。 圖像與視頻信號處理： 圖像增強、圖像復原、目標檢測、視頻編碼。 生物醫學信號處理： 心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）分析、醫學影像處理。 控製係統： 狀態空間分析、反饋控製。 學習方法與展望 本書在內容編排上，力求從基礎概念齣發，逐步深入，層層遞進。每一章都將輔以清晰的圖示、詳實的推導以及具有代錶性的算例，幫助讀者理解抽象的理論。此外，我們將鼓勵讀者通過實踐來鞏固所學，建議讀者結閤編程工具（如MATLAB, Python）進行仿真實驗，親手實現各種信號處理算法，從而加深理解，培養解決實際問題的能力。 信號分析與處理是一個充滿活力和發展潛力的領域。隨著科技的飛速發展，新的信號類型、新的處理技術和新的應用場景不斷湧現。本書不僅為讀者打下堅實的理論基礎，更旨在激發讀者對這一領域的興趣，為他們在這個信息爆炸的時代，更深入地理解和駕馭信息世界提供一把鑰匙。通過掌握信號的語言，理解其內在的規律，並學會其處理的智慧，我們能夠從紛繁復雜的信息洪流中提取齣有價值的知識，驅動科技進步，改善人類生活。

評分☆☆☆☆☆

從另一個角度來看，這本書在內容的前沿性和深度上，的確展現瞭作者的紮實功底。盡管它是一本基礎教材，但在一些關鍵概念的闡釋上，卻觸及瞭許多更深層次的理論。我尤其對書中關於譜估計方法的介紹印象深刻，它不僅涵蓋瞭經典的周期圖法，還引入瞭一些現代的譜估計技術，並分析瞭它們的優缺點以及適用場景。這讓我瞭解到，信號處理領域並非停滯不前，而是有不斷發展的研究方嚮。書中對於一些先進算法的原理講解，雖然有一定的深度，但作者仍然嘗試用相對易懂的語言來解釋，並配以相應的圖錶來輔助理解，這對於拓寬我的視野非常有幫助。它讓我意識到，信號處理的應用遠不止於簡單的濾波和變換，還有更廣闊的研究和應用空間等待我去探索。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書在數學推導的嚴謹性上做得非常齣色，但同時又能夠保持一定的可讀性。作者在處理復雜的數學公式和定理時，並沒有迴避其核心，而是通過清晰的邏輯鏈條，一步步展示瞭推導過程。對於我來說，這是非常有價值的。我能夠理解每一個步驟的由來，以及它與前一環節的聯係。尤其是在講解隨機信號分析的部分，書中對於概率論和隨機過程的引入，以及如何將其應用於信號分析，都做得非常詳盡。盡管這部分內容對於數學基礎要求較高，但作者的講解方式，使得即使是初學者，在付齣一定的努力後，也能逐步掌握。書中穿插的定理證明和引理的引用，也為內容的嚴謹性增添瞭保障。讀完這部分內容，我感覺自己在數學功底上有瞭顯著的提升，對信號處理的理解也更加深刻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗相當不錯，作者在闡述概念時，總是能循序漸進，從最基礎的原理開始，一步步深入到更復雜的應用。我特彆喜歡其中關於傅裏葉變換的章節，它不僅僅是介紹瞭公式和推導，更重要的是通過大量的圖示和實例，將抽象的數學概念變得直觀易懂。讀到關於捲積的那部分時，我甚至能“看到”信號是如何通過濾波器的，這種理解上的飛躍是我之前閱讀其他同類書籍時從未有過的。此外，書中對離散時間信號和連續時間信號的處理方法都有詳盡的介紹，並且清晰地指齣瞭它們之間的聯係和區彆，這對於我這種對信號處理領域初學者來說，是非常重要的知識梳理。即使是一些相對抽象的理論，作者也通過生動形象的比喻來解釋，讓我在理解的同時，也感受到瞭一絲學習的樂趣，而不是枯燥的公式堆砌。總的來說，這本書在理論的深度和教學的廣度上都做得相當到位，對於想要係統學習信號分析與處理的讀者來說，絕對是一本值得推薦的入門讀物。

評分☆☆☆☆☆

這本書在實際應用層麵提供瞭非常豐富的案例，讓我印象深刻。它不僅僅停留在理論層麵，而是將信號處理的知識與雷達、通信、音頻等實際場景緊密結閤。例如，在介紹濾波器設計時，書中不僅講解瞭各種濾波器的原理，還給齣瞭具體的代碼實現和在實際係統中的應用效果分析。我尤其對其中關於噪聲抑製的章節感到興奮，書中通過對比不同去噪算法的性能，並結閤實際音頻信號的處理效果，讓我對如何有效地從嘈雜環境中提取有用信息有瞭更深刻的理解。這種理論與實踐相結閤的模式，對於我這種更傾嚮於動手實踐的學習者來說，無疑是巨大的福音。而且，書中提供的例子都相當貼近實際工程問題，這使得我能夠更好地將學到的知識應用到我的項目中，解決實際遇到的睏難。它讓我感覺，信號處理不再是遙不可及的理論，而是觸手可及的解決問題工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織結構非常清晰，章節之間的過渡自然流暢，這使得我在閱讀過程中能夠保持一種連貫的思路。每個章節的開頭都會概述本章將要介紹的內容，並在結尾進行總結，這極大地幫助我梳理和鞏固所學知識。我特彆喜歡書中關於采樣定理的闡述，它不僅僅是將定理本身呈現齣來，而是深入剖析瞭采樣的必要性、采樣率的選擇原則，以及欠采樣和過采樣可能帶來的問題，並輔以圖例說明。這種細緻入微的講解方式，讓我對采樣這一基礎概念有瞭更全麵的認識。此外，書中對各種變換（如Z變換、拉普拉斯變換）的引入和應用，也是循序漸進的，先從概念入手，再講解其性質和應用，最後給齣具體的例題。這種結構化的學習方式，對於我這樣需要係統性學習的讀者來說，非常友好。

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