信号分析与处理(第2版)（本科教材） 徐科军 9787302302124 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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徐科军 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302302124

商品编码：29670082471

包装：平装

出版时间：2012-12-01

基本信息

书名:信号分析与处理(第2版)（本科教材）

定价：29.00元

售价：19.4元,便宜9.6元,折扣66

作者:徐科军

出版社：清华大学出版社

出版日期：2012-12-01

ISBN：9787302302124

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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为了让读者更好地掌握信号分析与处理的理论知识和提高实际动手能力，编者徐科军、黄云志、林逸榕、陈强对版进行修订，在《信号分析与处理(第2版全国高等学校自动化专业系列教材)》2．2节“采样定理及实现”中充实了等效时间采样方面的内容。在第4章“滤波器设计”中增加4．5节“滤波器设计中的实际问题”。考虑到第6章“自适应滤波器”一般不讲授，所以，改成“总结和应用”，先对全书的内容进行提纲挈领的总结，以便读者对信号分析与处理有较为完整的把握；再从处理信号频率、幅值和相位差的角度，介绍数字信号处理技术在自动化领域中的应用实例。

目录

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绪论

0．1 信号的定义及分类

0．1．1 连续时间信号与离散时问信号

0．1．2 能量信号与功率信号

0．1．3 确定与信号

0．2 信号分析与处理系统简介

0．3 信号分析与处理的目的和内容

0．4 信号分析与处理的发展和应用

0．5 MATLAB简介

章 连续时间信号分析

1．1 连续时间信号的时域分析

1．1．1 连续信号的时域描述

1．1．2 连续信号的基本运算

1．1．3 连续信号的时域分解

1．1．4 连续信号的卷积

1．2 周期信号的频率分解

1．2．1 周期信号的描述

1．2．2 傅里叶级数

1．2．3 周期信号的频域分析

1．2．4 傅里叶级数的性质

1．3 非周期信号的频谱

1．3．1 从傅里叶级数到傅里叶变换

1．3．2 傅里叶变换的性质

1．4 连续时间信号的复频域分析

1．4．1 拉普拉斯变换

1．4．2 拉普拉斯变换的性质

1．4．3 系统函数

1．5 连续信号的相关分析

1．5．1 相关函数的定义

1．5．2 相关与卷积的关系

1．5．3 相关定理

1．6 与本章 内容有关的MATLAB函数

小结

习题和上机练习

参考文献

第2章 离散时间信号分析

2．1 离散时间信号

2．1．1 序列的表示

2．1．2 序列的运算

2．2 采样定理及其实现

2．2．1 采样过程

2．2．2 采样定理

2．2．3 频率混叠

2．2．4 采样方式

2．3 离散时间信号的相关分析

2．3．1 离散时间信号的相关分析

2．3．2 离散时间信号的互相关函数

2．4 离散时间信号的z域分析

2．4．1 z变换及其收敛域

2．4．2 z反变换

2．4．3 2变换的性质

2．5 离散系统描述与分析

2．5．1 离散系统的数学模型

2．5．2 差分方程的描述

2．5．3 离散卷积的描述

2．6 物理可实现系统

2．6．1 因果系统

2．6．2 稳定系统

2．6．3 物理可实现系统的定义

2．7 与本章 内容有关的MATLAB函数

小结

习题和上机练习

参考文献

第3章 离散傅里叶变换和快速傅里叶变换

3．1 连续时间信号的傅里叶变换

3．1．1 时间连续频率离散的傅里叶变换

3．1．2 时间连续频率连续的傅里叶变换

3．2 离散傅里叶变换及性质

3．2．1 序列的傅里叶变换

3．2．2 离散傅里叶变换

3．2．3 离散傅里叶变换的性质

3．2．4 离散傅里叶变换在应用中的问题

3．3 快速傅里叶变换

3．3．1 FFT的基本思想

3．3．2 时间抽取基2FFT算法

3．3．3 频率抽取基2FFT算法

3．3．4 快速傅里叶逆变换

3．3．5 快速傅里叶变换的应用

3．4 与本章 内容有关的MATLAB函数

小结

习题和上机练习

参考文献

第4章 数字滤波器的设计

4．1 滤波器概述

4．1．1 基本原理

4．1．2 滤波器的分类

4．1．3 滤波器的技术要求

4．2 典型模拟滤波器的设计

4．2．1 巴特沃斯低通滤波器

4．2．2 切比雪夫低通滤波器

4．2．3 模拟滤波器的频率变换

4．3 IIR数字滤波器的设计

4．3．1 IIR滤波器设计的基本条件

4．3．2 双线性变换法

4．3．3 用频率变换法设计其他类型的数字滤波器

4．4 FIR数字滤波器的设计

4．4．1 FIR滤波器的特性

4．4．2 FIR滤波器设计的窗口法

4．4．3 FIR滤波器设计的切比雪夫逼近法

4．5 滤波器设计中的实际问题

4．5．1 模拟滤波器与数字滤波器

4．5．2 简单形式的滤波器

4．5．3 FIR与IIR滤波器

4．6 与本章 内容有关的MATLAB函数

4．6．1 与IIR数字滤波器设计相关的MATLAB函数

4．6．2 与FIR数字滤波器设计相关的MATLAB函数

小结

习题和上机练习

参考文献

第5章 信号分析

5．1 信号简介

5．1．1 平稳过程

5．1．2 各态遍历过程

5．1．3 非平稳过程

5．2 信号的相关分析

5．2．1 信号的自相关函数及其应用

5．2．2 信号的互相关函数及其应用

5．3 信号的功率谱估计

5．3．1 信号的功率谱密度

5．3．2 功率谱密度的性质

5．3．3 功率谱密度与自相关函数的关系

5．3．4 功率谱估计的方法

5．3．5 功率谱估计的应用

5．3．6 互谱密度及其估计

5．4 谱估计中的几个问题

5．4．1 数据预处理

5．4．2 频谱泄漏与窗函数

5．4．3 谱估计的基本步骤

5．4．4 频谱校正方法

5．5 平稳信号通过线性系统

5．6 与本章内容有关的MATLAB函数

小结

习题和上机练习

参考文献

第6章 总结和应用

6．1 总结

6．1．1 主要内容

6．1．2 信号分类

6．1．3 数据采集

6．1．4 傅里叶变换

6．1．5 频域分析

6．1．6 时域分析

6．1．7 数字滤波器设计

6．2 应用

6．2．1 频率测量

6．2．2 幅值测量

6．2．3 相位差测量

小结

参考文献

部分习题答案和提示

附录A 常用信号的傅里叶变换

附录B 常用信号的拉普拉斯变换

附录C 常用序列的z变换

附录D z变换的主要性质

作者介绍

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文摘

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序言

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深度探索信号世界的奥秘 信号，是信息传递的载体，是理解我们周围世界的基础。从广播电视的无线传输，到智能手机的语音通话，再到医学影像的诊断分析，信号无处不在，深刻地影响着现代社会的方方面面。掌握信号分析与处理的技术，意味着打开了通往信息时代核心领域的大门，能够解读、转换和创造各种形式的信息，从而推动科技进步，解决实际问题。 内容概述 本书旨在为读者提供一个系统、深入的信号分析与处理知识体系。我们从最基本的信号概念入手，循序渐进地探讨信号的各种特性、数学描述以及分析方法。重点内容涵盖： 信号的分类与表示： 深入理解连续信号与离散信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号等基本概念。掌握傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等强大的数学工具，用于分析信号的频率特性和时域特性。 线性时不变（LTI）系统： LTI系统是信号处理中最基本也是最重要的模型。我们将详细讲解LTI系统的概念，包括卷积的概念及其在系统分析中的核心作用。理解系统的频率响应，是设计和分析滤波器、通信系统等的基础。 采样理论： 现实世界中的模拟信号需要被转换成数字信号才能进行计算机处理。采样理论（奈奎斯特-香农采样定理）是这一过程的关键，我们将详细阐述其原理、过采样和欠采样的影响，以及抗混叠滤波器的设计。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT是将离散时间信号分解为其频率成分的有效方法。FFT是DFT的一种高效计算算法，在实际工程应用中具有不可替代的地位。我们将讲解DFT的性质、FFT的算法原理以及在谱分析中的应用。 数字滤波器设计： 滤波器是信号处理中最常用的工具之一，用于去除噪声、增强特定频率成分等。我们将介绍无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器两类主要滤波器，并讲解它们的设计方法、性能指标以及在实际应用中的考量。 随机信号与噪声： 现实世界中的信号往往包含随机成分和噪声。我们将引入随机过程的概念，学习描述随机信号的统计特性，如均值、方差、自相关函数、功率谱密度等。理解噪声的来源、特性以及如何通过信号处理技术来抑制噪声。 调制与解调： 调制是将信息信号加载到载波信号上的过程，是实现信息有效传输的关键。我们将讲解幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等模拟调制技术，以及它们在通信系统中的应用。 数字信号处理基础： 进一步探讨数字信号处理的特有概念和技术，如数字系统表示、离散卷积、Z变换的性质等，为深入学习更高级的数字信号处理技术打下基础。 学习目标 通过学习本书，您将能够： 建立扎实的理论基础： 深刻理解信号与系统的基本原理，掌握分析和描述信号特性的数学工具。 掌握核心处理技术： 熟练运用傅里叶分析、采样理论、滤波器设计等核心信号处理技术。 分析与设计实际系统： 能够对通信系统、音频视频处理、图像处理、控制系统等领域的信号问题进行分析，并初步设计解决方案。 培养解决问题的能力： 具备将实际问题转化为信号处理模型，并运用所学知识进行解决的能力。 为进阶学习奠定基础： 为进一步学习通信原理、信息论、数字图像处理、语音信号处理、机器学习等相关领域打下坚实基础。 适读人群 本书适合于高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、生物医学工程等相关专业本科生学习。同时，也欢迎从事相关技术工作的工程师以及对信号分析与处理感兴趣的自学者阅读。 本书特色 结构清晰，逻辑严谨： 内容循序渐进，从基础概念到高级应用，层层递进，便于读者理解和掌握。 理论与实践相结合： 在讲解理论知识的同时，穿插丰富的算例和图示，帮助读者更好地理解抽象的概念。 注重数学工具的运用： 强调傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等数学工具在信号分析中的实际应用，培养读者的数学建模能力。 内容全面，覆盖广泛： 涵盖了信号分析与处理领域的核心内容，为读者构建一个完整的知识框架。 前言 信号与信息是现代科技发展和社会进步的基石。从无线电广播到电视播放，从移动通信到卫星导航，从医学成像到工业自动化，无不建立在对信号的深刻理解和有效处理之上。信号分析与处理技术是电子信息类专业的核心课程之一，它不仅为学生提供了认识和理解信息世界的基本工具，更是未来从事相关领域科研和工程实践的必备技能。 本书秉持“夯实基础，注重应用”的编写理念，力求在有限的篇幅内，系统地介绍信号分析与处理的基本概念、核心理论和常用方法。我们希望通过本书的学习，读者能够建立起对信号世界的清晰认知，掌握分析信号特性、理解系统行为、设计处理方案的基本能力，并为进一步深入学习信息科学与工程领域的其他分支奠定坚实的基础。 本书在内容组织上，首先从信号的基本概念和分类入手，介绍信号在时域和频域的多种表示方法，重点阐述傅里叶级数和傅里叶变换的原理及其在信号分析中的重要作用。接着，深入讲解线性时不变系统的概念、时域响应（卷积）和频域响应，这是理解信号处理系统行为的关键。在此基础上，我们详细阐述离散信号及其采样理论，为进入数字信号处理领域做准备。数字傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）作为数字信号处理的基石，将被深入解析。随后，本书将重点介绍数字滤波器设计，包括IIR和FIR滤波器的设计方法和优缺点。最后，我们还将触及随机信号的基本概念，以及在通信系统中至关重要的调制与解调技术，为读者打开更广阔的视野。 本书在讲解过程中，注重数学工具与工程实际的结合，通过丰富的例题和图解，帮助读者理解抽象的数学概念，并体会其在解决实际问题中的强大威力。我们力求语言清晰、逻辑严谨，避免过度理论化而脱离实际。 本书的编写得到了多位同仁的鼎力相助，在此一并表示感谢。同时，我们也深知任何著作都难免疏漏，恳请广大读者不吝赐教，提出宝贵的意见和建议，以便在未来的修订中不断完善。 致读者 信号分析与处理是一门既需要深厚数学功底，又与实际工程应用紧密相连的学科。学习这门课程，不仅是掌握一套技术，更是培养一种分析问题、解决问题的思维方式。面对复杂的信号和系统，我们学会如何将其分解、简化，如何运用数学工具揭示其内在规律，如何设计巧妙的算法来达到预期的目标。 在学习过程中，请务必重视基础概念的理解，如傅里叶变换、卷积、采样定理等，它们是后续所有内容的基础。同时，要勤于动手，多做练习题，尝试用不同的方法去解决同一个问题，加深对理论的理解。不要害怕数学公式，它们是描述信号世界最精确、最强大的语言。尝试去理解公式背后的物理意义和工程含义，您会发现数学的魅力所在。 本书提供了一个学习信号分析与处理的框架和起点。信息技术日新月异，信号处理的应用领域也在不断拓展。希望本书能够激发您对这一领域的热情，引导您走向更深入的学习和探索，成为一名优秀的信号处理工程师或研究者。 引言 在信息爆炸的时代，信号是传递信息、感知世界、驱动智能设备的核心要素。从微观粒子到宏观宇宙，从生物体的生命信号到人类社会的通信网络，无不涉及信号的存在与变化。对信号的精确分析与高效处理，是现代科学技术发展，特别是信息科学与工程领域进步的关键驱动力。 信号分析与处理，作为一门连接数学理论与工程实践的桥梁学科，其重要性不言而喻。它研究如何从各种噪声和干扰中提取有用信息，如何将信息转化为便于传输和存储的形式，如何设计和优化处理系统以达到最佳性能。这门课程的学习，能够帮助我们理解通信系统的原理，掌握音频、视频、图像等信息流的处理方法，为设计更智能、更高效的电子设备和系统打下坚实基础。 本书旨在为读者提供一个全面、系统、深入的信号分析与处理的学习路径。我们将从最基本的信号概念开始，逐步深入到复杂的系统分析和处理技术。我们将探索信号的内在属性，理解系统与信号之间的相互作用，并掌握一系列强大的数学工具和工程方法，以应对现实世界中的各种信号处理挑战。 本书的目标读者是那些渴望深入理解信息时代底层运作机制的本科生，以及希望巩固和拓展信号处理知识的工程师和研究人员。我们相信，通过本书的学习，您将能够： 构建坚实的理论基石： 牢固掌握信号与系统的基本理论，理解各种数学变换在信号分析中的作用。 掌握核心的分析与处理技术： 熟练运用傅里叶分析、采样理论、滤波器设计等关键技术。 培养实际问题的解决能力： 能够将复杂的工程问题转化为信号处理模型，并设计有效的解决方案。 激发对信息科学的兴趣： 为进一步深入学习通信原理、信息论、模式识别、人工智能等领域提供指引。 在这段信号分析与处理的学习旅程中，请带着好奇心与求知欲，勇敢地探索信号世界的奥秘。我们相信，您将在这片广阔的领域中，收获知识的硕果，点亮智慧的火花。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是一场视觉的盛宴，封面那种深邃的蓝色调，搭配着烫金的字体，初拿到手里就有一种庄重且专业的感觉。我特别喜欢它在排版上的用心，字体大小、行间距的调整都恰到好处，阅读起来非常舒适，长时间盯着屏幕看久了眼睛都会有点涩，但翻阅这本实体书，那种纸张的触感和墨香，让人心神安定。尤其值得称赞的是，书中那些复杂的数学公式和图表，印刷得极其清晰锐利，即便是那些密集的积分符号和频谱图，也能一眼看清细节，这对于需要反复对照理解的理工科书籍来说，简直是救命稻草。不像有些教材，为了节省成本，把插图印得灰蒙蒙的，让人根本看不出曲线的细微变化，这本书在这方面做得非常到位，可见出版社对品质的把控是下了真功夫的，从拿到书的那一刻起，我就感觉自己手里捧着的不是一本普通的教科书，而是一件精心打磨的工艺品，这极大地提升了学习的积极性和仪式感。

评分☆☆☆☆☆

内容体系的搭建逻辑清晰得令人拍案叫绝，作者显然是深谙初学者在面对“信号与系统”这个拦路虎时的痛点。它不像一些老旧的教材那样，上来就抛出一大堆抽象的定义和艰深的理论，让人云里雾里。这本书采取的是一种循序渐进、层层递进的讲解方式，从最基础的傅里叶级数、拉普拉斯变换这些核心工具开始，用非常直观的物理意义去解释背后的数学原理，而不是单纯地堆砌公式。更妙的是，它在每个章节的开头，都会有一个“知识导入”或者“应用背景”的小节，让你立刻明白“我为什么要学这个？”这极大地激发了我的好奇心，将抽象的数学工具和实际的工程问题紧密地联系起来。学到后面涉及Z变换和数字信号处理的部分，作者也处理得非常圆融，衔接得天衣无缝，让人感觉知识链条是完整且坚固的，而不是零散的知识点堆砌，这对于打牢基础至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设置简直是为我们这些在工程实践边缘挣扎的学生量身定制的“魔鬼训练营”，但这种“魔鬼”却是良性的。我以前看别的书，习题要么是过于理论化，纯粹是公式推导的重复劳动，要么就是简单到连基本概念都无法检验。但这本书的题目区分度非常高，从基础巩固型（那些让你立刻检验刚刚学到的基本定理是否掌握），到中等难度的综合应用型，再到最后那些真正考验思维深度的挑战题，梯度设置得非常科学。特别是那些“设计性”的开放题，虽然一开始看着有点头大，但当你咬着牙自己推导完之后，会有一种豁然开朗的成就感。这些题目没有直接给出标准答案的详细步骤（这点我既恨又爱），迫使我们必须独立思考，这比直接抄写标准答案有效得多，真正培养了解决实际问题的能力，而不是应试技巧。

评分☆☆☆☆☆

作为一本本科教材，它最大的亮点在于它对“工程实现”和“仿真验证”的重视程度，这在传统的理论教材中是比较少见的。书中穿插了大量关于如何使用MATLAB或类似的工具来模拟和验证理论模型的实例。这些例子绝不是那种生硬地把公式翻译成代码的演示，而是结合了实际的噪声抑制、滤波设计等具体场景。我记得有一章讲到卷积的性质时，作者不仅仅是展示了时域和频域的数学等效，还提供了一段代码示例，展示了在存在混叠效应时，如何通过恰当的采样率选择来避免信息丢失。这种理论与实践的无缝对接，极大地拓宽了我们的视野，让我们意识到，信号处理并非仅仅是黑板上的数学游戏，而是可以切实改变工程世界的力量，这对我未来从事相关领域的工作打下了非常坚实的实践基础。

评分☆☆☆☆☆

如果说有什么地方可以更进一步，那可能是在更前沿的案例引入上还可以略微增加一些探索性内容。虽然本书的理论基础非常扎实，覆盖了经典信号分析的方方面面，但毕竟时代在发展，人工智能、深度学习在信号识别和特征提取方面的影响日益增大。我期待在后续的修订中，作者能增加一个专门的章节，哪怕是选读性质的，来探讨一下传统线性系统理论与现代数据驱动方法的交汇点。例如，如何利用现代的张量分解方法来处理高维信号数据，或者简单的介绍一下循环神经网络（RNN）在处理非平稳信号时的优势。这能让读者在扎实学完经典理论后，对未来技术发展的大方向有一个初步的了解和思考的起点，而不是停留在“学完这些就结束了”的认知上，不过话说回来，作为一本核心基础教材，它已经做到了教科书应有的极致，瑕不掩瑜，这是我书架上最值得反复翻阅的专业书籍之一。