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産品特色

內容簡介

　　

　　本書麵嚮MATLAB的初中級讀者，以MATLAB R2016a版本為平颱，全麵講解瞭MATLAB軟件在信號處理中常用的知識。本書按邏輯編排，自始至終采用實例描述，內容完整且每章相對獨立，是一本全麵的MATLAB信號處理應用參考書。

　　本書分為3個部分，共12章。第一部分介紹瞭MATLAB的基礎，涵蓋的內容有MATLAB基礎知識； 第二部分介紹瞭數字信號處理基本理論和方法及其MATLAB實現，涵蓋的內容有信號與係統的分析基礎、信號變換、IIR濾波器的設計、FIR濾波器設計、其他濾波器、小波在信號處理中的應用； 第三部分介紹瞭基於MATLAB信號處理的具體應用，涵蓋的內容有基於MATLAB的語音信號處理、通信信號處理、雷達信號處理以及信號處理的圖形用戶界麵工具與設計等內容。

　　本書以實用為目標，深入淺齣，實例引導，講解翔實，適閤作為理工科高等院校研究生、本科生教學用書，也可作為廣大科研工程技術人員的參考用書。

　　

作者簡介

　　瀋再陽，畢業於清華大學，研究生學曆業，就職於中國核工業集團公司。精通MATLAB係統仿真軟件，熟練應用MATLAB進行圖像處理、信號處理等。在國內外期刊發錶論文多篇，申請並獲得授權專利多項，參與的項目獲得集團三等奬。

目錄

第一部分MATLAB基礎

第1章MATLAB基礎知識

1.1MATLAB概述

1.1.1MATLAB的發展曆程

1.1.2MATLAB係統

1.2MATLAB工作環境

1.2.1命令行窗口

1.2.2幫助係統窗口

1.2.3圖形窗口

1.2.4M文件編輯窗口

1.2.5當前文件夾

1.2.6搜索路徑

1.3MATLAB程序控製結構

1.3.1順序結構

1.3.2選擇結構

1.3.3循環結構

1.3.4程序流程控製語句及其他常用命令

1.4變量、數值與錶達式

1.4.1變量

1.4.2數值

1.4.3錶達式

1.5數組與矩陣

1.5.1數組的創建與操作

1.5.2常見的數組運算

1.5.3矩陣的錶示

1.5.4MATLAB矩陣尋訪

1.5.5MATLAB矩陣的運算

1.6數據分析

1.6.1平均值、中值

1.6.2數據比較

1.6.3期望

1.6.4方差

1.6.5協方差與相關係數

1.7圖形的繪製

1.7.1二維圖形的繪製

1.7.2圖形繪製和編輯

1.7.3三維圖形的繪圖

本章小結

第二部分信號處理的基本理論

第2章信號與係統的分析基礎

2.1離散時間信號的概念

2.2采樣定理

2.3離散時間序列

2.3.1單位采樣序列

2.3.2單位階躍序列

2.3.3正弦序列

2.3.4實指數序列

2.3.5復指數序列

2.3.6周期序列

2.4信號的基本運算

2.4.1序列相加與相乘

2.4.2序列纍加與序列值乘積

2.4.3序列翻轉與序列移位

2.4.4常用連續時間信號的尺度變換

2.4.5常用連續時間信號的奇偶分解

2.4.6信號的積分和微分

2.4.7捲積運算

2.5信號波形的産生

2.5.1綫性調頻函數與方波函數

2.5.2隨機函數與三角波函數

2.5.3rectpuls函數與diric函數

2.5.4sinc函數與tripuls函數

2.5.5gauspuls函數與pulstran函數

2.6連續時間係統的時域分析

2.6.1連續時間係統的零狀態與零輸入響應的求解分析

2.6.2連續時間係統數值求解

2.6.3連續時間係統衝激響應和階躍響應分析

2.6.4連續時間係統捲積求解

2.7離散時間信號在MATLAB中的運算

2.7.1離散時間係統

2.7.2離散時間係統響應

2.7.3離散時間係統的衝激響應和階躍響應

2.7.4離散時間信號的捲積和運算

本章小結

第3章信號的變換

3.1Z變換概述

3.1.1Z變換的定義

3.1.2Z變換的收斂域

3.2Z變換的性質

3.2.1綫性性質

3.2.2時域的移位

3.2.3時域擴展性

3.2.4時域捲積性質

3.2.5微分性

3.2.6積分性

3.2.7時域求和

3.2.8初值定理

3.2.9終值定理

3.3Z反變換

3.4離散係統中的Z域描述

3.4.1離散係統函數頻域分析

3.4.2離散係統函數零點分析

3.4.3離散係統差分函數求解

3.5傅裏葉級數和傅裏葉變換

3.6周期序列的離散傅裏葉級數

3.7離散的傅裏葉變換

3.8離散傅裏葉變換的性質

3.8.1綫性

3.8.2循環移位

3.8.3循環捲積定理

3.8.4共軛對稱性

3.9頻率域采樣

3.9.1頻率響應的混疊失真

3.9.2頻譜泄漏

3.9.3柵欄效應

3.9.4頻率分辨率

3.10快速傅裏葉變換

3.10.1直接計算DFT的問題及改進途徑

3.10.2基2時分的FFT算法

3.10.3基2頻分的FFT算法

3.10.4快速傅裏葉變換的MATLAB實現

3.11離散餘弦變換

3.11.1一維離散餘弦變換

3.11.2二維離散餘弦變換

3.11.3離散餘弦函數

3.12ChirpZ變換

3.13Gabor函數

3.13.1Gabor函數定義

3.13.2Gabor函數的一般求法與解析理論

3.13.3Gabor展開

本章小結

第4章IIR濾波器的設計

4.1IIR濾波器結構

4.1.1直接型

4.1.2級聯型

4.1.3並聯型

4.2模擬濾波器的基礎知識與原型設計

4.2.1巴特沃斯濾波器設計

4.2.2切比雪夫Ⅰ型濾波器設計

4.2.3切比雪夫Ⅱ型濾波器設計

4.2.4橢圓濾波器設計

4.3頻帶變換

4.3.1低通到低通的頻帶變換

4.3.2低通到高通的頻帶變換

4.3.3低通到帶通的頻帶變換

4.3.4低通到帶阻的頻帶變換

4.4衝激響應不變法與雙綫性變換法

4.5濾波器最小階數選擇

4.6濾波器設計

4.6.1濾波器設計步驟

4.6.2經典濾波器設計

本章小結

第5章FIR濾波器設計

5.1FIR濾波器的結構

5.1.1直接型結構

5.1.2級聯型結構

5.1.3頻率采樣型結構

5.1.4快速捲積型結構

5.2綫性相位FIR濾波器的特性

5.2.1相位條件

5.2.2綫性相位FIR濾波器頻率響應的特點

5.2.3綫性相位FIR濾波器的零點特性

5.3常用的窗函數法FIR濾波器設計

5.3.1窗函數的基本原理

5.3.2矩形窗

5.3.3漢寜窗

5.3.4海明窗

5.3.5布萊剋曼窗

5.3.6巴特窗

5.3.7凱塞窗

5.3.8窗函數設計法

5.4頻率采樣的FIR濾波器的設計

5.4.1設計的思路與約束條件

5.4.2誤差設計

5.5FIR數字濾波器的最優設計

5.5.1均方誤差最小化準則

5.5.2最大誤差最小化準則

5.5.3切比雪夫最佳一緻逼近

本章小結

第6章其他濾波器

6.1維納濾波器

6.2卡爾曼濾波器

6.3自適應濾波器

6.3.1自適應濾波器簡介

6.3.2自適應濾波器在MATLAB中的應用

6.4Lattice濾波器

6.4.1全零點Lattice濾波器

6.4.2全極點Lattice濾波器

6.4.3零極點的Lattice結構

6.5綫性預測濾波器

6.5.1AR模型

6.5.2MA模型

6.5.3ARMA模型

本章小結

第7章隨機信號處理

7.1隨機信號處理基礎

7.1.1隨機信號的簡介與時域統計描述

7.1.2平穩隨機序列及其數字特徵

7.1.3平穩隨機序列的功率譜

7.1.4基於隨機信號處理的MATLAB函數

7.2隨機信號的功率譜分析

7.2.1非參量類方法

7.2.2參數法

7.2.3子空間法

本章小結

第8章小波在信號處理中的應用

8．1小波分析概述

8．1．1傅裏葉變換與小波變換的比較

8．1．2多分辨分析

8．2小波變換

8．2．1一維連續小波變換

8．2．2高維連續小波變換

8．2．3離散小波變換

8．3小波包分析

8．3．1小波包的定義

8．3．2小波包的性質

8．3．3幾種常用的小波

8．4小波工具箱介紹

8．4．1啓動小波工具箱

8．4．2一維連續小波分析工具

8．5信號的重構

8．5．1idwt函數

8．5．2wavedec函數

8．5．3upcoef函數

8．5．4upwlev函數

8．5．5wrcoef函數

8．5．6wprec函數

8．5．7wprcoef函數

8．6提升小波變換用於信號處理

8．7信號去噪

8．7．1信號閾值去噪

8．7．2常用的去噪函數

8．8小波變換在信號處理中的應用

8．8．1分離信號的不同成分

8．8．2識彆信號的頻率區間與發展趨勢

8．8．3基於小波變換的圖像信號的局部壓縮

8．8．4小波在數字圖像信號水印壓縮方麵的應用

本章小結

第三部分信號處理的綜閤實例

第9章基於語音信號處理

9．1語音産生的過程

9．2語音信號産生的數學模型

9．2．1激勵模型

9．2．2聲道模型

9．2．3輻射模型

9．2．4語音信號的數字化和預處理

9．3語音信號分析和濾波處理

9．3．1語音信號的采集

9．3．2語音信號的讀入與打開

9．3．3語音信號分析

9．3．4含噪語音信號的閤成

9．3．5濾波器的設計

9．4小波變換在語音信號處理中的應用

9．4．1小波在語音信號增強中的應用

9．4．2小波變換在語音信號壓縮上的應用

本章小結

第10章基於通信信號處理

10．1幅度調製

10．1．1DSB�睞M調製

10．1．2普通AM調製

10．1．3SSB�睞M調製

10．1．4殘留邊帶幅度調製

10．2角度調製

10．3數字調製

10．3．1FSK調製

10．3．2PSK調製

10．3．3QAM調製

10．4自適應均衡

10．4．1遞歸最小二乘算法(RLS)

10．4．2盲均衡算法

本章小結

第11章基於雷達信號處理

11．1雷達的基本原理

11．2雷達的用途

11．2．1雙/多基地雷達

11．2．2相控陣雷達

11．2．3寬帶／超寬帶雷達

11．2．4閤成孔徑雷達

11．2．5毫米波雷達

11．2．6激光雷達

11．3綫性調頻脈衝壓縮雷達仿真

11．3．1匹配濾波器

11．3．2綫性調頻信號(LFM)

11．3．3相位編碼信號

11．3．4噪聲和雜波的産生

11．3．5雜波建模與MATLAB實現

11．4動目標的顯示與檢測

本章小結

第12章信號處理的圖形用戶界麵工具與設計

12．1SPTool工具

12．1．1主窗口

12．1．2信號瀏覽器

12．1．3濾波瀏覽器

12．1．4頻譜瀏覽器

12．1．5濾波器設計器

12．2圖形用戶界麵(GUI)簡介

12．2．1GUI的設計原則及步驟

12．2．2GUI模闆與設計窗口

12．3控製框對象及屬性

12．3．1按鈕

12．3．2滑塊

12．3．3單選按鈕

12．3．4復選框

12．3．5靜態文本

12．3．6可編輯文本框

12．3．7彈齣式菜單

12．3．8列錶框

12．3．9切換按鈕

12．3．10麵闆

12．3．11按鈕組

12．3．12軸

12．4MATLAB專用對話框

12．5GUI的設計工具

12．5．1布局編輯器

12．5．2對象瀏覽器

12．5．3用屬性查看器設置控製框屬性

12．5．4對齊對象

12．5．5Tab鍵順序編輯器

12．5．6菜單編輯器

12．5．7編輯器

12．6迴調函數

12．6．1Callback程序基本操作

12．6．2CreateFcn

12．7脈搏信號處理的GUI設計

本章小結

參考文獻

精彩書摘

　　第3章信號的變換

　　信號與係統的分析方法中，除瞭時域分析方法外，還有變換域分析的方法。連續時間信號與係統的變換域分析方法主要是傅裏葉變換和拉普拉斯變換。離散時間信號的Z變換是分析綫性時不變離散時間係統問題的重要工具，在數字信號處理、計算機控製係統等領域有著廣泛的應用。

　　學習目標：

　　（1）瞭解、熟悉Z變換的概念與性質；

　　（2）理解Z反變換的相關內容；

　　（3）掌握離散係統中的Z域描述方法；

　　（4）瞭解、熟悉傅裏葉級數與變換；

　　（5）理解離散傅裏葉變換及其性質；

　　（6）實現頻率域采樣和快速傅裏葉變換；

　　（7）熟悉實現離散餘弦變換、ChirpZ變換和Gabor函數。

　　3.1Z變換概述

　　連續係統一般使用微分方程、拉普拉斯變換的傳遞函數和頻率特性等概念進行研究。一個連續信號f(t)的拉普拉斯變換F(s)是復變量s的有理分式函數，而微分方程通過拉普拉斯變換後也可以轉換為s的代數方程，從而可以大大簡化微分方程的求解，從傳遞函數可以很容易地得到係統的頻率特徵。

　　因此，拉普拉斯變換作為基本工具將連續係統研究中的各種方法聯係在一起。計算機控製係統中的采樣信號也可以進行拉普拉斯變換，從中找到簡化運算的方法，引入瞭Z變換。

　　3.1.1Z變換的定義

　　序列x(n)的Z變換(簡稱ZT)定義為

　　X(z)=∑+∞n=－∞x(n)z－n

　　上式稱為雙邊Z變換。

　　如果x(n)的非零值區間為(－∞,0］或者［0,+∞),則上式可變為

　　X(z)=∑0n=－∞x(n)z－n

　　X(z)=∑+∞n=0x(n)z－n

　　此時，稱為序列x(n)的單邊Z變換。

　　序列的ZT存在的條件為

　　|X(z)|=∑+∞n=－∞x(n)z－n≤∑+∞n=－∞x(n)z－n=∑+∞n=－∞|x(n)||z－n|<+∞

　　滿足上式的z的取值範圍稱為Z變換的收斂域(RegionofConvergence,ROC),它通常為z平麵上的一個環狀域，即

　　Rx－<|z|

　　3.1.2Z變換的收斂域

　　序列Z變換的收斂域與序列的形態有關。反之，同一個Z變換的錶達式，不同的收斂域，確定瞭不同序列形態。下麵根據序列形態不同，分彆討論其收斂域。

　　對於任意給定的序列x(n)，能使X(z)=∑∞n=－∞x(n)z－n收斂的所有z值集閤為收斂域。即滿足

　　∑∞n=－∞|x(n)z－n|<∞

　　不同的x(n)的Z變換，由於收斂域不同，可能對應於相同的Z變換，故在確定Z變換時，必須指明收斂域。

　　1.有限長序列

　　有限序列的描述函數是

　　x(n)=x(n)n1≤n≤n2

　　0其他

　　其Z變換為

　　X(z)=∑n2n=n1x(n)z－n

　　因此Z變換式是有限項之和，故隻要級數的每一項有界，則級數就收斂。收斂域為

　　0<|z|<∞

　　2.右邊序列

　　右邊序列的描述函數是

　　x(n)=x(n)n≥n1

　　0其他

　　其Z變換為

　　X(z)=∑∞n=n1x(n)z－n

　　因此Z變換樣式是無限項之和，當n1≥0時，由根值判彆法有

　　limn→∞n|x(n)z－n|<1

　　所以此時收斂域為

　　|z|>limn→∞n|x(n)|=R1

　　當n1<0時，此時級數全收斂，所以右邊序列的收斂域為R1<|z|<∞。

　　3.左邊序列

　　左邊序列的描述函數為

　　x(n)=x(n)n≤n2

　　0其他

　　其Z變換為

　　X(z)=∑n2n=－∞x(n)z－n=∑∞n=－n2x(－n)zn

　　當n2<0時，由根值判彆法有

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