测控技术与仪器专业本科系列教材：数字信号处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭永彩 等 著

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• 数字信号处理
• 信号处理
• 测控技术
• 仪器仪表
• 本科教材
• 工程技术
• 通信工程
• 电子工程
• 数学方法
• 高等教育

出版社： 重庆大学出版社

ISBN：9787562450610

版次：1

商品编码：10424658

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-08-01

用纸：胶版纸

页数：154

正文语种：中文

内容简介

《数字信号处理》系统地阐述了数字信号处理的基本概念、基本原理、分析方法以及处理技术。全书共分5章，内容包括离散时间信号与系统的基本概念、时域分析、频域分析以及z域分析；离散傅里叶变换及其快速算法，快速傅里叶变换的应用；信号的相关以及频谱分析；数字滤波器的基本概念、设计方法以及实现的网络结构。结合各章的重点和难点内容，配有例题和习题。
《数字信号处理》着重基础知识和理解深度，对各知识点的叙述严谨、简洁明了，强调理论与技术应用的结合。《数字信号处理》可作为普通高等院校信息工程、电子科学与技术、测控技术与仪器、生物医学工程、自动化、通信与信息处理等电子信息类专业本科生的教材，也可供从事数字信号及信息处理方面工作的教师和科技工作者参考。

目录

第1章 绪论
1.1 数字信号处理的发展历史
1.2 信号处理的基本概念和数字信号处理的特点
1.2.1 信号和信号处理的基本概念
1.2.2 数字信号处理的特点
1.3 数字信号处理的基本内容
1.3.1 系统的基本组成
1.3.2 基本内容
1.4 数字信号处理技术的应用

第2章 离散时间信号与系统
2.1 离散时间信号的时域分析
2.1.1 离散时问信号——序列
2.1.2 常用的典型序列
2.1.3 序列的周期性
2.1.4 序列的基本运算
2.1.5 任意序列的表示
2.2 线性移不变离散时间系统的时域分析
2.2.1 线性移不变系统的定义
2.2.2 单位取样响应
2.2.3 线性移不变系统输入输出关系描述——序列线性卷积
2.2.4 线性卷积的性质和计算方法
2.2.5 系统的稳定性及因果性
2.2.6 常系数线性差分方程
2.3 离散时间信号与系统的频域分析
2.3.1 序列的傅里叶变换——频谱
2.3.2 DTFT的性质
2.3.3 系统的频域分析——频率响应特性
2.4 离散时间信号与系统的z域分析
2.4.1 z变换的定义及其收敛域
2.4.2 z变换的基本性质及定理
2.4.3 逆z变换及其计算方法
2.4.4 差分方程的z域求解
2.4.5 系统函数
2.4.6 零、极点分析与系统频率响应特性
2.5 连续时间信号的数字处理
2.5.1 取样定理
2.5.2 连续时间信号频谱与序列频谱的关系
2.5.3 连续时间系统的数字实现
习题

第3章 离散傅里叶变换及其快速算法
3.1 周期序列的傅里叶分析——离散傅里叶级数（DFS）
3.1.1 连续时间周期信号的傅里叶分析——傅里叶级数
3.1.2 离散傅里叶级数及其性质
3.2 有限长序列的离散频域分析——离散傅里叶变换（DFT）
3.2.1 离散傅里叶变换的导出及其定义
3.2.2 离散傅里叶变换的性质
3.2.3 离散傅里叶变换与序列频谱、序列z变换的关系
3.2.4 四种形式的傅里叶变换
3.3 离散傅里叶变换的快速算法——快速傅里叶变换（FFT）
3.3.1 直接计算DFT的问题
3.3.2 FFT的算法依据
3.3.3 基-2时域抽取FFT算法
3.3.4 基-2频域抽取FFT算法
3.3.5 IDFT及实序列DFT的快速计算
3.3.6 其他的FFT算法
3.4 快速傅里叶变换的应用
3.4.1 计算线性卷积
3.4.2 计算线性相关
习题

第4章 相关与谱分析
4.1 连续确知信号的频谱分析
4.1.1 用DFT对连续时间信号进行谱分析的原理和公式推导
4.1.2 谱分析中的误差来源和减小误差的措施
4.1.3 利用DFT对连续时间信号进行频谱分析的
参数选择
4.2 离散时间序列的频谱分析
4.3 周期信号的频谱分析
4.4 序列的相关和功率谱分析
4.4.1 相关函数的定义与性质
4.4.2 相关与卷积的关系
4.4.3 序列的能量谱与功率谱
习题

第5章 数字滤波器的设计与实现
5.1 概述
5.2 IIR数字滤波器的设计
5.2.1 模拟低通。IIR滤波器的设计
5.2.2 从模拟低通IIR滤波器设计数字低通IIR滤波器
5.2.3 其他类型IIR滤波器的设计
5.3 FIR数字滤波器的设计
5.3.1 FIR数字滤波器的特点
5.3.2 线性相位FIR数字滤波器的特性
5.3.3 线性相位FIR数字滤波器的设计
5.3.4 FIR与IIR数字滤波器的比较
5.4 数字滤波器的实现
5.4.1 IIR数字滤波器的基本结构
5.4.2 FIR数字滤波器的基本结构
习题
参考文献

精彩书摘

第1章 绪论
1.1 数字信号处理的发展历史
数字信号处理是自20世纪60年代以来迅速发展的一门学科，它的发源最早可以追溯到17世纪。当时出现了有限差分方法、数值积分方法和数字内插方法，用以解决与连续变量和函数相关的物理问题。大约在20世纪50年代，随着大型数字计算机的出现，数字信号处理才开始真正兴起。最初的应用主要是对模拟信号处理方法的仿真。直到20世纪60年代，数字信号处理的理论才基本形成。1965年，库利（J.W.Cooley）和图基（J.W.Tukey）提出了快速傅里叶变换（FFT），用于实现离散傅里叶变换（DFT）的快速计算；20世纪70年代，大规模集成电路（LSI）以及芯片技术的发展进一步为数字信号处理的技术实现提供了硬件基础，极大地推动了数字信号处理理论的实际应用。从那时起，数字信号处理的理论和应用研究有了巨大的突破和长足的发展。
1.2 信号处理的基本概念和数字信号处理的特点
1.2.1 信号和信号处理的基本概念
（1）信号的概念
信号广泛存在于自然界和我们的日常生活中，比如我们听到的声音、看到的图片、感受到的温度和压力等。信号究竟怎么定义呢?所谓信号就是含有信息的载体。它可以是传载信号的函数，也可以是携带信息的任何物理量。信号可以是客观存在的，也可以是人为有目的产生的。根据载体的不同，信号可以是电的、磁的、光的、声的、机械的、热的等等。但在各种信号中，电信号是最便于传输、处理和重现的，因此也是应用最广泛的。许多非电信号如温度、压力都可通过适当的传感器变换成电信号，所以对电信号的研究具有普遍的意义。从数学上，信号都可以表示为独立自变量的函数。

前言/序言

随着现代信息科学和计算机技术的进步，数字信号处理作为一门理论与技术应用密切结合的学科得到了飞速的发展和各个领域的广泛应用。数字信号处理的基础知识是信息工程、电子科学、通信工程等电子信息类专业必须掌握的专业基础知识和必修内容。为了满足教学中对数字信号处理教材的需求，同时结合学科发展带来的新技术与新应用，在参考国内外同类优秀教材的基础上编写了这本教材用书。
在编写本书的过程中，有一个清晰的指导思想和明确的用书定位，那就是用作大学本科生教材。基于这个出发点，本书力求具有以下几个特点：
（1）根据教学大纲的要求，在内容的组织安排上重点放在必须讲授的基础知识，同时不失课程内容的完整性。
（2）强调基本概念和基本理论，突出各章节的重难点内容。在对各知识点的叙述中，理论推导严谨，阐述简单明白易懂，既体现本课程理论性强的特点又感觉浅显易学。
（3）注意理论知识与实际应用的联系。数字信号处理是一门理论性和实践性都很强的课程。在编写时充分注意到这一特点。在论述理论知识点的同时讲述在实践应用中的实际考虑情况，并给出适当的例题。这不仅利于对理论知识的理解，同时增加了对知识运用的实感。全书内容共分5章。第1章概述了信号、系统、信号处理的基本概念，数字信号处理的发展历史和特点，数字信号处理的主要内容与关联关系以及数字信号处理技术的典型应用。

《数字信号处理》 概述 《数字信号处理》是一本旨在为高等院校测控技术与仪器专业本科生提供扎实理论基础和实践技能的教材。本书系统地介绍了数字信号处理的基本概念、理论方法和工程应用，重点关注与测控技术紧密相关的信号处理技术。通过深入浅出的讲解和丰富的实例，本书将帮助读者掌握分析、设计和实现数字信号处理系统的能力，为未来在测控、通信、自动控制、图像处理等领域的研究和工程实践打下坚实基础。 内容要点 本书内容覆盖了数字信号处理的各个核心环节，主要包括以下几个方面： 第一部分：基础理论与方法 1. 信号与系统的基本概念： 模拟信号与数字信号：详细阐述了模拟信号和数字信号的定义、特性，以及数字信号处理的意义和优势（如抗干扰能力强、存储和传输方便、处理灵活等）。 连续时间信号与离散时间信号：区分并定义了连续时间信号和离散时间信号，介绍了采样和量化过程，以及它们在数字信号处理中的作用。 系统及其分类：定义了系统及其输入输出关系，详细介绍了线性时不变（LTI）系统、因果系统、稳定系统等重要概念，并阐述了它们在信号处理中的重要性。 卷积：深入讲解了卷积的概念、性质和计算方法，特别强调了LTI系统输出与输入信号之间的关系。 2. 离散时间信号的分析： 序列：介绍了序列的表示方法、基本序列（单位阶跃序列、单位冲激序列、指数序列等）及其性质。 周期信号与非周期信号：区分了周期信号和非周期信号，并介绍了它们在傅里叶分析中的不同处理方式。 傅里叶级数与傅里叶变换：详细阐述了离散时间傅里叶级数（DTFS）和离散时间傅里叶变换（DTFT），以及它们在频谱分析中的应用。重点讲解了周期信号和非周期信号的频谱特性。 帕萨瓦尔定理：介绍了帕萨瓦尔定理，用于计算信号的能量或功率。 3. 离散傅里叶变换 (DFT) 和快速傅里叶变换 (FFT)： DFT 的定义与性质：系统地介绍了DFT的定义，并详细阐述了其重要的性质，如周期性、对称性、线性、时移、频移、卷积性质等。 FFT 的原理与算法：深入讲解了FFT的原理，特别是如何通过分解方法（如蝶形运算）将DFT的计算复杂度从O(N^2)降低到O(N log N)。本书将重点介绍Cooley-Tukey算法，并分析其不同形式（按时间抽选、按频率抽选）。 FFT 在信号分析中的应用：通过具体实例，展示FFT在频谱分析、相关分析、系统辨识等方面的强大应用能力。 4. Z 变换： Z 变换的定义与收敛域：详细介绍了Z变换的定义，包括单边Z变换和双边Z变换，并重点讲解了收敛域（ROC）的概念及其重要性，如何通过收敛域判断系统的因果性和稳定性。 Z 变换的性质：系统地阐述了Z变换的各种性质，如线性、时移、尺度变换、微分、积分、卷积、初值定理、终值定理等，以及它们在信号分析和系统分析中的作用。 逆Z 变换：介绍了求逆Z变换的多种方法，包括部分分式展开法、长除法和留数定理法，并说明了其应用场景。 Z 变换与系统的关系：利用Z变换分析LTI系统的频率响应，以及零点和极点与系统特性的关系。 第二部分：数字滤波器设计 1. 数字滤波器的基本概念： 滤波器的作用与分类：阐述了滤波器在信号处理中的关键作用，如去除噪声、提取有用信息、改变信号特性等。详细介绍了数字滤波器的两种主要类型：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 滤波器性能指标：讲解了设计滤波器时需要考虑的各项性能指标，如通带、阻带、过渡带、幅频响应、相频响应、阶数等。 2. 无限冲激响应 (IIR) 滤波器设计： IIR 滤波器的特点：分析了IIR滤波器的优点（低阶数、计算量小）和缺点（相频特性差，可能不稳定）。 模拟滤波器原型：介绍了巴特沃斯、切比雪夫（Ⅰ型、Ⅱ型）和椭圆滤波器等经典模拟滤波器原型，并阐述了它们的设计思想和特性。 模拟域到数字域的变换：详细讲解了两种主要的变换方法：脉冲不变法和双线性变换法。重点分析了双线性变换法，因为它能避免频率混叠，但会引起频率压缩。 IIR 滤波器设计流程：系统地总结了IIR滤波器设计的一般步骤，包括确定技术指标、选择模拟原型、进行频率变换、得到数字滤波器系数。 3. 有限冲激响应 (FIR) 滤波器设计： FIR 滤波器的特点：分析了FIR滤波器的优点（零相移或线性相移，绝对稳定）和缺点（高阶数，计算量大）。 窗函数法：介绍了FIR滤波器设计的窗函数法，详细阐述了不同窗函数（矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗、凯塞窗等）的特性、优缺点以及如何选择合适的窗函数来满足设计要求。 频率采样法：介绍了频率采样法，可以更灵活地控制滤波器的频率响应。 最优逼近法 (Parks-McClellan 算法)：深入讲解了Parks-McClellan算法，这是一种最优的FIR滤波器设计方法，能够根据指定的频率响应和允许的幅度误差，设计出具有最优性能的滤波器。强调了等波纹特性。 FIR 滤波器的结构：介绍了FIR滤波器的常用实现结构，如直通型、转置型等，以及它们在硬件实现上的优劣。 第三部分：数字信号处理的实现与应用 1. 数字信号处理系统： 采样器、量化器、编码器：详细介绍了将模拟信号转换为数字信号所需的各个环节，包括采样定理（奈奎斯特准则）、量化误差、编码方式。 数模转换器 (DAC) 和模数转换器 (ADC)：阐述了ADC和DAC的工作原理、性能指标（分辨率、采样率、转换速度等），以及它们在实际系统中的作用。 数字信号处理器 (DSP) 芯片：介绍了DSP芯片的特点和结构，例如专门的指令集、快速的乘累加（MAC）单元、DMA（直接内存访问）等，以及它们在实时信号处理中的优势。 2. 典型应用： 谱分析：利用FFT等技术对信号进行频谱分析，用于识别信号成分、检测噪声、研究系统频率特性等。 相关分析：讲解了自相关和互相关函数的概念及其应用，如信号检测、系统辨识、同步定位等。 语音信号处理：简要介绍语音信号的特点，如编码、压缩、识别、合成等。 图像信号处理：介绍图像信号的数字化过程，以及二维离散傅里叶变换、滤波、增强、压缩等基本概念。 通信系统中的应用：在数字通信系统中，数字信号处理技术用于调制解调、信道编码、均衡等。 自动控制系统中的应用：数字滤波器在控制系统中的应用，如改善系统稳定性、提高抗干扰能力。 测控系统中的应用：结合测控技术与仪器专业的特点，深入分析数字信号处理在传感器信号处理、数据采集、噪声抑制、特征提取、故障诊断等方面的具体应用。例如，如何利用数字信号处理技术提高测量精度、实现对复杂信号的精确捕捉和分析。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 理解数字信号处理的基本原理和核心概念。 掌握离散时间信号和系统的分析方法，包括傅里叶分析、Z变换等。 熟练运用DFT和FFT进行高效的频谱分析。 掌握IIR和FIR滤波器的设计原理和方法，并能够根据实际需求设计滤波器。 了解数字信号处理系统的实现框图和关键技术。 熟悉数字信号处理在测控技术及仪器、通信、自动控制、图像处理等领域的典型应用。 初步具备使用相关的软件工具（如MATLAB）进行数字信号处理仿真和分析的能力。 本书特色 理论与实践相结合：在讲解理论知识的同时，穿插了大量的工程实例，帮助读者理解理论在实际工程中的应用。 循序渐进：内容安排由浅入深，从基础概念到高级理论，由线性系统到非线性系统（虽非本书重点），由理论推导到工程实现。 面向专业：紧密结合测控技术与仪器专业的培养目标，突出数字信号处理在测控领域的特色应用。 图文并茂：辅以丰富的图表和公式，清晰直观地展示概念和算法。 配套资源：部分章节可能提供相关的实验指导或仿真程序，以辅助学习（具体视教材编写情况）。 本书旨在为测控技术与仪器专业的学生提供一个全面而深入的数字信号处理学习平台，帮助他们掌握这一现代工程技术领域的核心工具，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常“硬核”的数字信号处理教材。如果你期望找到一本轻松易懂、充满趣味性讲解的书，那可能要慎重考虑。但如果你像我一样，希望深入挖掘数字信号处理的理论精髓，并对数学推导有较强的接受能力，那么这本书绝对是你的不二之选。它对数学公式的严谨性要求极高，每一个推导过程都清晰明了，让人能够追根溯源。我特别喜欢书中关于“谱分析”的部分，例如对功率谱密度、自功率谱、互功率谱的讲解，以及各种估计方法（周期图法、Welch法等）的详细介绍，都让我对信号的频率成分有了更深层次的认识。书中还穿插了一些关于采样率选择、量化误差等实际工程中经常遇到的问题，并给出了相应的理论分析和解决方案。这对于我们这些即将步入工程实践的学生来说，是非常宝贵的财富。虽然有些章节的数学推导确实需要花费不少时间和精力去理解，但每当克服一个难点，我都能感受到知识的累积和能力的提升。这本书更像是一位严谨的老师，它不会迎合你，但会让你在扎实的理论基础上，获得真正解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的特点在于其“工程导向”。作者在讲解理论知识的同时，始终没有忘记它服务的对象——实际的测控系统。我非常欣赏书中对“数字滤波器设计”这一环节的详细讲解，它不仅仅停留在理论公式层面，而是深入到如何根据实际需求选择滤波器类型（低通、高通、带通、带阻），如何根据采样率和应用场景确定滤波器阶数，以及如何使用各种设计方法（窗函数法、频率采样法、最优化设计法）来得到满足要求的滤波器系数。书中还提供了大量关于滤波器性能评估和实际实现的注意事项，这对于我们将来在实际项目中进行数字信号处理的设计和实现非常有指导意义。另外，我个人觉得书中关于“谱估计”的讲解也相当到位，它不仅仅介绍了传统的傅里叶变换方法，还对一些更高级的谱估计技术，比如AR模型、MA模型、ARMA模型等进行了介绍，并分析了它们在不同信号特性下的优劣。这些内容虽然有些难度，但对于想要深入了解信号处理的读者来说，是不可或缺的。总的来说，这本书是一本非常务实的教材，它将理论与实践紧密结合，为读者提供了解决实际工程问题的有力武器。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是数字信号处理的百科全书！我一直对信号处理抱有浓厚兴趣，但苦于找不到一本能够系统全面讲解其理论和应用的书籍。直到我翻开这本《数字信号处理》，我才意识到我之前学到的都是皮毛。它从最基础的采样定理、离散傅里叶变换讲起，循序渐进，深入浅出。让我印象深刻的是，书中对各种滤波器（FIR、IIR）的设计原理和实现方法进行了非常详尽的阐述，并且提供了大量的工程实例，让我能够清晰地理解理论是如何落地应用的。特别是关于FFT算法的讲解，不仅给出了数学推导，还提供了C语言的实现代码，这对于我这种动手能力较强的读者来说，简直是福音。书中的图文并茂，公式推导严谨，并且配有大量的习题，足以巩固和加深对知识的理解。我特别喜欢书中对实际问题的分析，比如在音频处理、图像处理中的应用，这些都极大地激发了我进一步学习的动力。这本书的排版和印刷质量也相当不错，阅读起来非常舒适。总而言之，这是一本值得所有对数字信号处理感兴趣的读者，尤其是测控技术与仪器专业的学生，深入研读的经典之作。它不仅能帮助你建立扎实的理论基础，更能让你掌握解决实际问题的能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅相当可观，内容涵盖面极广，初读之下，我感觉自己像是在浩瀚的信号处理海洋中遨游。最让我惊叹的是，它并非仅仅罗列各种算法和公式，而是更侧重于对信号处理核心思想的理解。作者在讲解离散时间系统时，花了大量笔墨去阐述系统的时不变性、线性、因果性等基本性质，并深入分析了这些性质对系统行为的影响。这为理解更复杂的概念打下了坚实的基础。对于我这样一名在校学生而言，理解这些基础概念至关重要。书中对“卷积”这一核心操作的讲解，也比我之前看过的任何一本教材都要透彻。不仅仅是定义和计算，更在于其物理意义和在系统响应中的体现。此外，本书还非常强调“变换域”分析的重要性，从Z变换到傅里叶变换，作者循序渐进地引导读者理解不同变换域的特点及其在信号分析和系统设计中的应用。例如，在讲解频率响应时，书中提供了大量不同滤波器的频率响应图，直观地展示了它们对不同频率分量的作用。这种图文并茂的讲解方式，极大地降低了理解难度，也让学习过程变得更加有趣。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，当我拿到这本《数字信号处理》时，并没有抱太大的期望。我之前接触过几本信号处理的书，总是觉得过于枯燥乏味，或者过于偏重数学理论而缺乏实践指导。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。它以一种非常巧妙的方式，将复杂的理论概念与生动的实际应用相结合。我尤其喜欢书中对“自适应滤波器”的讲解，这部分内容通常在其他教材中要么一笔带过，要么讲得晦涩难懂。但在这本书里，作者用了大量的篇幅，从基本原理到各种经典算法（如LMS、RLS），都进行了深入浅出的剖析，并结合了语音降噪、信道均衡等实际场景进行说明。这让我豁然开朗，原来信号处理不仅仅是数学公式，更是解决现实世界中各种问题的强大工具。书中的代码示例也非常实用，直接粘贴运行就能看到效果，这对于我这种喜欢通过实践来学习的人来说，太有帮助了。而且，作者在讲解过程中，总是会不经意地提及一些“坑”或者常见的误区，并给出规避的方法，这无疑是经验的宝贵结晶。总的来说，这本书的内容非常丰富，涵盖了数字信号处理的方方面面，而且讲解方式非常接地气，非常适合想要深入理解信号处理，并希望将其应用于实际工程的读者。