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内容简介

本书根据高等学校人才培养目标编写，既适合理论教学，又加强实验环节，注重技术创新。全书共8章，主要内容包括：时域离散信号和系统、离散系统的变换域分析与系统结构、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计、有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计、数字信号处理中的有限字长效应和MATLAB仿真实验。本书包含大量应用实例及MATLAB仿真，另外配套电子课件、仿真程序代码和习题参考答案。

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ISBN：9787121349232

开本：16开

页数：264

字数：476.0

本书目录

目　　录
绪论	1
第1章  时域离散信号和系统	5
1.1  引言	5
1.2  时域离散信号与序列运算	5
1.2.1  时域离散信号及其表示	5
1.2.2  序列的运算	6
1.2.3  序列的能量、周期性及常用典型序列	18
1.3  时域离散系统	23
1.3.1  线性系统	24
1.3.2  移不变系统	25
1.3.3  线性移不变系统	26
1.3.4  系统的因果性和稳定性	28
1.4  模拟信号数字处理方法	30
1.4.1  采样定理及A/D转换器	30
1.4.2  采样信号的恢复	32
1.5  本章小结	34
习题1	35
第2章  离散系统的变换域分析与系统结构	38
2.1  引言	38
2.2  序列Z变换的定义和收敛域	38
2.3  Z变换的基本性质和定理	43
2.4  Z反变换	44
2.5  非周期序列的傅里叶变换及其性质	49
2.5.1  非周期序列的傅里叶变换	49
2.5.2  非周期序列傅里叶变换的性质	51
2.6  序列的傅里叶变换、Z变换和拉普拉斯变换的关系	55
2.6.1  序列x(n)的傅里叶变换与序列x(n)的Z变换之间的关系	55
2.6.2  序列的Z变换与拉普拉斯变换之间的关系	55
2.6.3　连续信号xa(t)的傅里叶变换Xa(jΩ)与序列x(n)的Z变换X(z)之间的关系	56
2.7  离散系统的系统函数和变换域分析	56
2.7.1  频率响应和系统函数	57
2.7.2  系统函数、频率响应和差分方程的关系	57
2.7.3  系统函数与系统稳定因果性的关系	59
2.8  离散系统的基本网络结构	60
2.8.1  离散系统的方框图表示	60
2.8.2  无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器基本网络结构	61
2.8.3  有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器基本网络结构	64
2.9  本章小结	66
习题2	67
第3章  离散傅里叶变换（DFT）	72
3.1  周期序列的离散傅里叶级数	72
3.2  离散傅里叶变换	74
3.2.1  离散傅里叶变换的定义式	74
3.2.2  DFT与ZT、FT之间的关系	75
3.3  离散傅里叶变换的性质	77
3.3.1  隐含周期性	77
3.3.2  线性性质	78
3.3.3  循环移位性质	78
3.3.4  循环卷积性质	79
3.3.5  共轭对称性	82
3.4  频率域采样理论	83
3.5  应用实例	84
3.5.1  利用DFT求卷积和	84
3.5.2  利用DFT对信号进行近似谱分析	84
3.6  本章小结	88
习题3	88
第4章  快速傅里叶变换（FFT）	91
4.1  引言	91
4.2  基-2 FFT算法	91
4.2.1  直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径	91
4.2.2  按时间抽取的基-2 FFT的基本原理	93
4.2.3  DIT-FFT算法特点与运算量	97
4.2.4  按频域抽取的基-2 FFT的基本原理	98
4.2.5  IDFT的高效算法	101
4.3  应用实例	102
4.4  MATLAB仿真	103
4.4.1  利用 FFT求圆周卷积和线性卷积	103
4.4.2  利用FFT进行频谱分析	104
4.5  本章小结	106
习题4	107
第5章  无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计	109
5.1  引言	109
5.2  滤波器性能指标与设计步骤	109
5.2.1  滤波器概述	109
5.2.2  数字滤波器的性能指标	112
5.2.3  常用模拟滤波器设计方法	114
5.3  冲激响应不变法	120
5.3.1  变换原理	120
5.3.2  模拟滤波器的数字化方法	121
5.3.3  用冲激响应不变法实现IIR数字滤波器	122
5.3.4  冲激响应不变法的优点和缺点	123
5.4  双线性变换法	127
5.4.1  变换原理	127
5.4.2  模拟滤波器的数字化方法	128
5.4.3  用双线性变换法实现IIR数字滤波器	130
5.5  用模拟低通滤波器设计IIR数字滤波器	132
5.5.1  模拟低通滤波器转换成数字低通滤波器	133
5.5.2  模拟低通滤波器转换成数字带通滤波器	136
5.5.3  模拟低通滤波器转换成IIR数字高通滤波器	141
5.5.4  模拟低通滤波器转换成IIR数字带阻滤波器	145
5.5.5  数字域的频率变换法设计	150
5.5.6  IIR数字滤波器综合设计举例	160
5.6  本章小结	170
习题5	171
第6章  有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计	173
6.1  线性相位FIR滤波器的含义与特点	173
6.1.1  线性相位系统的时域特点	173
6.1.2  线性相位系统的幅度特点	174
6.1.3  线性相位FIR数字滤波器零点分布的特点	176
6.2  FIR数字滤波器的线性相位结构	176
6.3  用窗函数法设计FIR数字滤波器	178
6.4  IIR滤波器与FIR滤波器的对比	190
6.5  本章小结	190
习题6	191
第7章  数字信号处理中的有限字长效应	195
7.1  引言	195
7.2  二进制数的表示及A/D转换的量化效应	195
7.2.1  二进制数的表示	195
7.2.2  定点制的量化误差 	197
7.2.3  A/D转换的量化效应	200
7.3  数字滤波器的系数量化效应	202
7.3.1  系数量化对滤波器零、极点位置的影响	202
7.3.2  IIR数字滤波器的有限字长效应	204
7.3.3  FIR数字滤波器的有限字长效应	205
7.4  FFT算法的有限字长效应	206
7.4.1  定点FFT计算中的有限字长效应	206
7.4.2  系数量化对FFT的影响	208
7.5  本章小结	209
习题7	209
第8章  MATLAB仿真实验	211
实验一  离散系统的时域分析	211
实验二  离散系统的时域特性	214
实验三  时域采样	218
实验四  频域采样	221
实验五  离散系统的复频域分析	223
实验六  DFT/FFT频谱分析及应用	227
实验七  IIR数字滤波器的设计	232
实验八  FIR数字滤波器的设计	236
附录A  巴特沃斯低通滤波器系统函数分母多项式系数和特征方程的根（极点）	240
附录B  切比雪夫低通滤波器设计	241
附录C  等比级数前N项和公式及其应用举例	246
附录D  MATLAB简介	247
参考文献	255

展开

前言

前    言
本书第1版出版后，承蒙各兄弟院校的厚爱与支持，已经重印多次。根据数字信号处理技术发展要求和多年教学实践，本次再版在内容上做了较大的更新，使理论教学和仿真环节更加紧密结合，优化和补充实验内容，增加MATLAB集成功能强大的滤波器设计工具FDATool（Filter Design and Analysis Tool）方面的内容（简介），该工具可以完成多种滤波器的设计、分析和性能评估，进一步突出理论和实际的有机结合，删除部分相关性不紧密的仿真内容，进一步反映数字信号处理技术的发展和教学内容的更新。
信息和计算机技术的突飞猛进促使信号处理技术迅速发展，尤其是数字信号处理技术，借助于计算机、DSP软硬件、FPGA和MATLAB第三方环境，数字信号处理技术在许多领域得到了广泛应用，并且形成极其重要的学科。目前，高等学校的电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、自动化、轨道交通信号与控制等专业已将“数字信号处理”设为一门重要的专业基础课，并通过理论和实验教学，使学生掌握数字信号处理的基本理论、基本分析方法和实现手段。
数字信号处理理论性强，涉及面广，与先修课程高等数学、复变函数、电路分析、信号与系统等有较强的关联性。学生在初学时往往感到抽象，理解困难，掌握难度大，如果处理不当，会使学生望而生畏，失去学习兴趣。因此，为适应教育改革的需要，结合教材的现状，作者经过多年本科教学实践，并密切关注学科和技术及教育的发展，深刻体会到编写既能适合理论教学、又加强实验环节、贴近教学实际需要的《数字信号处理》特色教材的必要性。
作者从事“数字信号处理”课程教学多年，有一定的教学经验和体会，参考国内外许多优秀教材，博采众长，为适应教育改革和教材建设的需要，本着培养应用型人才的宗旨，突出“实用性”，强调以“针对性”和“够用”为基本原则，进行本书编写。编写过程对涉及的基本原理、基本方法、基本概念等叙述透彻，阐述准确明晰，对于理论的深度和内容的广度处理，力求满足应用型人才培养的基本要求。
书中贯穿有针对性的MATLAB仿真实例，做到理论问题直观化，复杂问题简单化，并且突出理论与实践的密切结合。本书适用专业宽泛，可作为高等学校电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程、测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化、轨道交通信号与控制等专业的教学用书，也可作为电类工程技术人员的参考用书。
本书共8章，第1章主要讨论时域离散信号和系统，包括常用典型信号的表示和运算，离散系统的线性移不变、因果和稳定性，输入/输出描述法——差分方程，模拟信号的数字处理方法及信号的重构，以及与本章相关的应用实例和MATLAB仿真。
第2章主要讨论时域离散信号和系统的频域分析，涉及非周期离散时间傅里叶变换（DTFT）的定义和性质，Z变换（ZT）的定义、收敛域、性质、Z反变换及利用Z变换分析信号和系统的频域特性，讨论了IIR和FIR网络结构，以及结合本章内容的实例和MATLAB仿真。
第3章主要讨论离散有限长序列的傅里叶变换（DFT），涉及周期序列的离散傅里叶级数（DFS）、离散傅里叶变换的定义和性质、DFT与Z变换的关系、频域抽样定理、DFT的应用实例、用DFT计算线性卷积和信号的谱分析、频谱泄漏和栅栏效应，以及MATLAB在本章实例中的应用等内容。
第4章重点讲述快速傅里叶变换（FFT），主要涉及直接计算DFT的特点及减少运算量的基本途径，按时域抽取的FFT（DIT-FFT）算法基本原理、运算规律及编程思想，FFT算法与直接计算DFT运算量的比较，按频域抽取的FFT（DIF-FFT）算法原理及反变换（IDFT）的快速算法。
第5章主要讨论无限长单位脉冲响应（IIR）数字滤波器的设计，介绍数字滤波器的基本概念，概述模拟滤波器的设计方法，详细讲述用冲激响应不变法和双线性变换法的离散化原理、适用范围和各自的优缺点，给出IIR数字滤波器两种频率变换法设计及本章的应用实例和MATLAB仿真。
第6章着重讨论有限长单位脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计，涉及线性相位FIR-DF的条件和特点，利用窗函数法设计FIR-DF，对IIR与FIR数字滤波器的特性进行比较，并结合本章内容给出应用实例和MATLAB仿真等内容。
第7章主要讨论数字滤波器的实现的量化效应等相关问题。
第8章集中讨论实验仿真的内容，并提供8个方面的MATLAB仿真实验，目的在于加强学生对数字信号处理理论方面的深入理解，增强理论与实践结合的能力。
最后安排4个附录，附录A为巴特沃斯滤波器系统函数分母多项式系数和特征方程的根（极点），附录B为切比雪夫低通滤波器设计，附录C为等比级数前N项和公式及其应用举例，附录D为MATLAB简介。
教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配套多媒体电子课件、仿真程序代码和习题参考答案，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载。
本书由长春理工大学光电信息学院/吉林大学王春民教授主编，编写第5章并负责本书的统稿工作；蒲鑫编写绪论、第1章和第7章部分内容；郑海峰编写第2章、第3章、第4章和第6章；尹晶编写第8章和附录及第5章的部分内容；王强参与编写第7章部分内容。长春理工大学光电信息学院的崔艳群讲师和刘春艳讲师参与了全书的校对；长春理工大学光电信息学院的乔良副教授、张晶副教授、白烨实验教师也参与了部分工作。
我们在编写过程中参考了国内外许多优秀教材，在完善本书内容方面起到了积极作用，在此深表谢意。本书的编写得到了长春理工大学光电信息学院和电子分院、吉林大学仪器科学与电气工程学院的大力支持，在此表示由衷的感谢。
由于作者的水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。                                    

作  者
于长春
2018年8月

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