信号处理滤波器设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:卢特威

出品人:

页数:756

译者:

出版时间:2002-9

价格:69.0

装帧:平装

isbn号码:9787505379770

丛书系列:

图书标签:

• 英语
• 中国
• 专业书
• 2002
• 信号处理
• 滤波器设计
• 数字信号处理
• 模拟滤波器
• 滤波器分析
• 电路设计
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《信号处理中的误差分析与系统辨识》 导言：理解与量化系统性能的基石 在现代工程与科学领域中，信号处理无处不在，从通信系统到医学成像，再到自动控制。然而，任何实际的信号处理系统都无法做到完美。系统的引入、环境的噪声干扰、模型选择的局限性，都会不可避免地引入误差，并使得我们对真实系统的理解存在偏差。如果不对这些误差进行系统性的分析，对系统性能进行准确的辨识和量化，那么我们设计的任何处理流程都可能在实际应用中遭遇灾难性的失败。 本书《信号处理中的误差分析与系统辨识》旨在深入剖析信号处理链条中误差的来源、传播规律及其对最终结果的影响，并提供一套严谨的理论和实用的方法论，用以精确地辨识和建模真实世界的动态系统。我们专注于超越基础的信号滤波设计，直接聚焦于“为什么我们的设计在现实中会出错”以及“如何从观测数据中重建系统的真实行为”这两个核心工程难题。 第一部分：信号处理误差的全面剖析 (The Anatomy of Signal Processing Errors) 本部分是全书的理论基础，它将信号处理中常见的误差类型进行了系统的分类和数学化描述。我们不再停留在讨论滤波器幅度响应或相位的理想特性，而是关注这些特性在实际环境下的脆弱性。 第一章：量化与建模误差的根源 我们首先探讨信号数字化过程中不可避免的量化误差。这不仅包括有限字长表示带来的离散化误差，还包括在设计模拟/数字接口时，由于元件精度限制（如电阻、电容的容差）导致的系统参数偏差。我们详细阐述了量化噪声的统计特性，并引入了有效位数（ENOB）的概念，用以衡量系统对信号动态范围的实际承载能力。 紧接着，我们深入模型失配误差（Model Mismatch Error）。在设计滤波器或变换算法时，我们总是基于某种理想化的系统模型（如线性、时不变LTI系统）。本章将分析当真实系统呈现出非线性、时变性，或者存在未被建模的耦合效应时，理想模型引入的偏差。我们使用摄动理论来量化微小系统参数变化对系统性能指标（如信噪比、误码率）的敏感性。 第二章：噪声与干扰的传播与耦合 在信号处理的前端，噪声是首要的挑战。本章聚焦于噪声传播机制。我们利用卡尔曼滤波理论的框架，但侧重于分析当噪声协方差矩阵的估计不准确时，滤波器的性能衰减情况。我们引入了有效信噪比（Effective SNR）的概念，该指标考虑了噪声在整个处理链中的累积和交叉耦合效应。 此外，我们详尽讨论了交叉干扰（Crosstalk）和寄生效应在多通道信号处理系统中的影响。例如，在射频前端或高密度集成电路中，一个通道的信号泄漏到另一个通道，这在时域和频域都会产生难以察觉的失真。我们提供了分析这种耦合对系统整体分离度（Separation Index）影响的数学工具。 第三章：算法实现的数值稳定性 数字信号处理算法的实现必须考虑有限精度运算的后果。本章专门研究舍入误差（Round-off Error）在递归滤波器（如IIR滤波器）和快速傅里叶变换（FFT）中的累积效应。我们通过对二阶小波滤波器组等经典结构进行不适定性（Ill-conditioning）分析，揭示了某些结构在低精度计算下容易导致结果发散或精度急剧下降的内在原因。本章强调如何通过算法重构或选择更鲁棒的结构来维持算法的数值稳定性，而非仅仅依赖于增加字长。 第二部分：系统辨识的理论与实践 (System Identification: Theory and Practice) 如果说第一部分是关于“理解错误”，那么第二部分就是关于“量化真相”。系统辨识是利用输入/输出数据来确定或估计未知系统模型参数的过程。 第四章：经典线性系统辨识方法回顾与局限 本章首先回顾了自回归移动平均（ARMA）模型和子空间辨识方法（Subspace Identification）。我们强调了这些方法的假设条件，特别是对数据平稳性、白噪声特性的严格要求。对于实际采集的、存在混叠和非高斯噪声的信号，我们分析了经典方法失效的具体情景。 第五章：基于信息论的辨识框架 为了应对复杂系统，本章引入了更先进的理论工具。我们深入探讨了最大熵原理（Maximum Entropy Principle）在系统建模中的应用，用于在信息量最少的情况下构建最不偏倚的模型。此外，我们详细阐述了最小描述长度（MDL）准则，它作为一种模型选择的复杂度惩罚项，有效地平衡了模型的拟合优度与模型本身的复杂度，从而避免了过度拟合的陷阱。 第六章：非线性系统辨识与高维建模 现代系统大多具有显著的非线性。本章专注于非线性系统辨识技术。我们着重介绍了核方法（Kernel Methods），特别是核岭回归（Kernel Ridge Regression）在处理高维输入空间中的非线性映射时的优势。此外，我们还探讨了如何利用稀疏建模技术（如LASSO）来识别高度参数化的非线性系统，以确保辨识出的模型具有良好的可解释性。 第七章：辨识结果的验证与不确定性量化 一个辨识出的模型如果没有经过严格的验证，其工程价值是有限的。本章的核心在于模型验证和不确定性分析。我们介绍了一系列统计检验方法，用于评估残差（即观测值与模型预测值之间的差异）是否满足白噪声假设。更进一步，我们利用贝叶斯方法，将系统参数视为随机变量，量化其后验概率分布，从而为系统辨识的结果提供置信区间，这对于高风险决策至关重要。 结论：从设计到鲁棒性的飞跃 本书的目标是培养读者对信号处理系统“不完美性”的深刻认识。通过系统的误差分析和严格的系统辨识方法，工程师不仅能够设计出在理想条件下表现优异的算法，更能理解其在真实、嘈杂和动态环境下的局限性，并能主动地采取措施，将不确定性控制在可接受的范围内，最终实现从“设计”到“鲁棒工程实践”的飞跃。本书适合于从事通信、控制、雷达、声学等领域的高级工程技术人员和研究生深入研读。

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阅读这本书的过程，就像是跟随一位技艺精湛的老师进行了一次深入的学术漫步。作者的叙事逻辑极其严谨，层层递进，没有丝毫的跳跃感。开篇并没有急于抛出复杂的Z变换或傅里叶级数，而是花了大量篇幅去构建一个清晰的“为什么”——为什么要设计滤波器？信号中到底隐藏着什么我们需要去除或增强的“杂音”？这种从实际问题出发的叙事手法，极大地激发了我的求知欲。当引入IIR滤波器设计时，教科书式的推导被巧妙地穿插在了实际案例分析之中，比如在音频降噪应用中，如何权衡阻带衰减与通带的平坦度。这种理论与实践的无缝衔接，让原本枯燥的数学公式拥有了鲜活的生命力。我尤其赞赏作者在解释“极点和零点”概念时的生动比喻，它不再是抽象的复平面上的标记，而更像是控制信号流向的“引力源”和“斥力源”，这种生动的讲解方式，让深奥的控制论思想变得触手可及。

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这本书给我最大的感受是其极强的“可操作性”和对前沿议题的关注度。它不仅仅停留在经典滤波器设计（如巴特沃斯、切比雪夫）的成熟框架内，还勇敢地触及了一些更具挑战性的现代课题。例如，书中对多速率信号处理（Multirate Signal Processing）中抽取和插值滤波器的应用场景描述得非常到位，特别是结合了语音编解码的实例，让人立刻明白这些看似独立的模块是如何在实际通信系统中协同工作的。我特别喜欢作者对“量化效应”的探讨，书中没有将量化视为次要问题，而是深入分析了定点运算下，滤波器系数和中间变量的溢出和截断误差是如何累积并影响最终性能的，并给出了实用的修正方法。这种关注“最后一英里”工程细节的态度，使得这本书的实用价值远远超过了许多纯理论书籍。它真正做到了连接课堂知识与真实世界的工程需求。

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这本书的结构安排，巧妙地平衡了理论的严谨性与学习的友好性。它并不是那种上来就堆砌公式的“劝退”读物。作者非常善于运用类比和实例来巩固每一个核心概念。比如，在讲解窗口函数对滤波器时域响应的影响时，作者没有直接给出截断误差的傅里叶级数展开，而是通过对比不同窗口（汉宁窗、布莱克曼窗）在不同场景下的“平滑”程度，形象地说明了它们在抑制旁瓣和牺牲主瓣宽度之间的取舍哲学。阅读过程中，我常常会发现一些在其他经典教材中被略过的小技巧，例如，在进行双线性变换（Bilinear Transform）时，作者特别提醒了需要注意的预畸变（Pre-warping）步骤的物理意义，这避免了初学者在实际应用中常见的错误。这种对学习路径的精细规划，使得读者在掌握基础的同时，能自然而然地过渡到更复杂的课题，整体阅读体验非常流畅，几乎没有“卡壳”的地方。

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这本书的内容深度和广度令人印象深刻，它远超出了本科阶段教材的范畴，更像是一部面向资深工程师的参考宝典。作者在数字滤波器结构的选择上，提供了极其详尽的比较分析，比如对比了格子型结构（Lattice Structure）与直接型结构在量化噪声和乘法运算效率上的优劣。更令人惊喜的是，书中对现代自适应滤波器的介绍部分，虽然篇幅不算最长，但其对LMS算法收敛速度与稳态误差之间权衡的阐述，深入到了算法参数调整的微妙之处。此外，作者并未将重点仅仅放在理想的连续时间系统上，而是花费了足够的笔墨去讨论实际硬件实现中，诸如流水线设计（Pipelining）对滤波器延迟和吞吐量的影响，这对于从事嵌入式DSP开发的人员来说，简直是金矿般的信息。这种将理论巅峰与工程落地紧密结合的处理方式，展现了作者深厚的行业洞察力。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴。封面那深邃的蓝色调，仿佛将人瞬间拉入了一个充满数字魅力的抽象世界。当我翻开扉页，内页的排版清晰、留白得当，文字的间距和字体选择都透着一股匠心。我特别欣赏作者在图表呈现上的功力，那些复杂的系统结构图和频域响应曲线，被绘制得如此直观且赏心悦目，即便是初学者也能迅速抓住要点。书中的插图不是简单的装饰，它们是理解抽象概念的有力工具。比如，讲解卷积运算时，作者用动态的图示模拟了滤波器系数与输入信号的“滑动”和“叠加”过程，这比纯粹的数学公式要直观得多。纸张的质感也无可挑剔，厚实且不反光，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。装帧的细致处理，无疑提升了阅读体验的层次，让我感觉这不仅仅是一本技术手册，更像是一件可以珍藏的工艺品。这种对细节的极致追求，从侧面反映出作者对这门学科的敬畏与热爱，让人在阅读技术内容之前，就已经对作者产生了极高的期待值。

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非信号专业的不用看了，虽然全面，但是太无聊了，另外该书的目录好奇葩，我从目录完全看不出内容是什么...

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