《通信与导航系列规划教材》总序
互联网和全球卫星导航系统被称为是二十世纪人类的两个最伟大发明，这两大发明的交互作用与应用构成了这套丛书出版的时代背景。近年来，移动互联网、云计算、大数据、物联网、机器人不断丰富着这个时代背景，呈现出缤纷多彩的人类数字化生活。例如，基于位置的服务集成卫星定位、通信、地理信息、惯性导航、信息服务等技术，把恰当的信息在恰当的时刻、以恰当的粒度（信息详细程度）和恰当的媒体形态（文字、图形、语音、视频等）、送到恰当的地点、送给恰当的人。这样一来通信和导航就成为通用技术基础，更加凸显了这套丛书出版的意义。
由空军工程大学信息与导航学院组织编写的14部专业教材，涉及导航、密码学、通信、天线与电波传播、频谱管理、通信工程设计、数据链、增强现实原理与应用等，有些教材在教学中已经广泛采用，历经数次修订完善，更趋成熟；还有一些教材汇集了学院近年来的科研成果，有较强的针对性，内容新颖。这套丛书既适合各类专业技术人员进行专题学习，也可作为高校教材或参考用书。希望丛书的出版，有助于国内相关领域学科发展，为信息技术人才培养做出贡献。
                      中国工程院院士：  
前    言
随着计算技术的发展，数字信号处理在图形图像、通信导航、雷达声呐、工业控制、机器控制以及生物电子等信号处理方面的应用无所不尽其极，也深刻地影响着这些领域的技术变革与发展。与这一技术发展趋势相呼应，数字信号处理理论与技术的教学也从20世纪80年代仅面向电子工程专业研究生开设课程，到90年代成为工科大学生的必修课程，再到如今，它已成为诸多科技领域工程技术人员必须掌握的一项基本技能。
数字信号处理的重要性正在得到越来越多的认同，但学生对这门课却始终有“想说爱你并不容易”的感觉。从笔者对多个期班本科生、一二年级硕士研究生的调研，以及互联网百度知道、www.iloveMATLAB.cn网站数字信号处理等专业论坛上关于数字信号处理的提问汇总可以看出，有很大一部分学生对于数字信号处理的学习都感到困难，感觉课程内容抽象，难于理解，应用更是难上加难。
MATLAB是美国MathWorks公司推出的一款数学软件，与其他常用的计算机语言相比，有非常多突出的优点。它在一个易于使用的视窗环境中集成了计算、可视化以及编程等诸多强大功能。MATLAB提供了丰富的功能性工具箱和专业的学科工具箱，充分利用这些库函数能避开繁杂的子程序编程任务，减少不必要的编程工作。MATLAB命令和函数可以直接在命令窗口中边输入边执行，也可以像其他语言一样将多条命令编辑成一个大的文件执行。MATLAB语言简洁紧凑，使用方便灵活，语法限制不严格，程序设计自由度大，尤其是用它表述数学公式的方法与科技人员日常书写习惯非常一致，因此该软件好学易用。随着MATLAB软件不断完善，其用户群在教育、科研等领域迅速扩大，已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。
有了MATLAB必要的基础知识，利用其提供的信号处理工具箱，完全可以在对算法原理不甚了解的情况下出色完成信号滤波处理、频谱分析、滤波器设计等操作，而且利用该平台提供的强大的可视化、可听化功能，还可以用感官直接感受前述操作的效果。数字信号处理的直观感受都已经有了，还有什么概念是不清楚的呢？
在近几年的教学改革中，通过将语言教学中广泛采用的情境教学思想融入数字信号处理课程的教学，通过创设与知识点相宜的情境，借助MATLAB软件优秀的演示功能，大大激发了学生的学习兴趣，改善了学习效果。通过完成情境任务，参与者很容易便可找到该情境涉及的知识点是什么、如何用、用在何处等一系列问题的答案。熟悉的场景、直观的效果以及愉快的心情，就连过往学生不容易建立概念的许多知识点，如非线性相位系统对信号到底会产生什么样的影响、系统的单位取样响应与信号进行卷积运算如何实现了滤波处理、信号通过选频滤波器后到底发生了怎样的变化等，不知不觉中都已植入了脑海。
笔者将学生反映比较好的情境案例进行汇总，并整理成学生可自主完成的实验形式，便得到呈现在读者面前的这本书。本书有如下特点：
（1）实验选题覆盖全面。实验内容设计成上、中、下三篇，分别介绍信号的时域处理、频域处理和滤波器设计与实现，涵盖了数字信号处理课程的所有关键知识点。每个案例的相关基础理论部分不是数字信号处理教科书中理论的简单搬移，而是从算法解析的角度对所需理论基础进行了阐述，如线性卷积的算法实现、傅里叶变换的离散计算、频谱分析时频率的定标、线性相位和非线性相位对通过其中信号的影响等，对理论教科书有很好的补充作用。
（2）实验操作性强。情境任务实施步骤的设计采用了step-by-step模式，因此即使学生在完成该案例之初尚不具备良好的理论基础，只要按照步骤说明操作仍能完成情境任务，因此具有很强的操作性。另外，步骤设置本身就是原理的实现流程，因此情境任务的完成可以帮助学生深刻理解原理知识，从而达到在情境中学习的目标。
（3）实验效果感官冲击力强。结合课程内容和教育心理学知识，案例中选取的多为声音、图形、图像等信号，信号处理的效果从听觉和视觉都可以明显感觉到，结果出来之时便是学生直观概念建立之际。由于理论的强大普适性，学会对声音、图像信号处理后，很自然就可以将该技能用于其他信号的处理。
（4）实验数据分析注重科研能力的培养。情境任务实施步骤中专门设置了对比分析环节，如多种实现方式效果对比、变参数效果对比环节等，思考题中明确提出了归纳总结的内容和要求。例如，在关于线性卷积的案例中，设置了自编函数实现、调用conv函数实现和调用filter函数实现等多种方式实现场景，并且要求对上述三种方式的执行时间效率进行对比。这样的案例设计让学生在自己能完成自编函数获得成就感的同时，又可以看到自己努力的方向和空间。能将理论知识用于实际问题的解决，会观察，能总结，不知不觉中已具备了科学研究的能力。
下篇的结尾，对滤波器的设计方法和步骤进行了系统总结，便于日后查阅和使用。为帮助学生顺利完成情境任务，本书最后附带了MATLAB基础的相关内容。
本书可以作为在读本科生的实验指导书，也可以作为研究生重温数字信号处理关键理论和应用的参考书，还可以作为MATLAB语言学习的提高篇。MATLAB语言无论你用或不用，它都在那里。只有用它书写算法，它才有了鲜活的生命力，是你给了它展示魅力的舞台。
本书由林永照、黄文准、李宏伟、陈雅蓉、梁佳编著。其中，林永照副教授负责全书的统稿、框架设计和中篇的编写工作，黄文准副教授负责上篇案例的编写工作，李宏伟副教授负责下篇中模拟滤波设计相关案例的编写及全书内容安排工作，陈雅蓉负责实验程序编制工作，梁佳负责MATLAB基础的编写工作。另外，为本书顺利完成做出贡献的人员还有霍文俊、樊昌周、段艳丽、王敏、王晓玉五位老师和张玉锟、杨燚等多名同学，他们对情境设置设计提出了许多宝贵意见，在本书的校对和程序验证中做了许多工作，在此一并向他们表示最诚挚的谢意！本书的编写过程得到空军工程大学导航与信息学院课程教学改革项目的资助与支持，出版过程得到电子工业出版社同仁的帮助与支持。
由于作者水平有限，加之编写时间仓促，书中难免有错误和不足之处，恳请广大读者批评、指正，作者联系邮箱地址为kgdlyz@126.com。

编著者