具體描述
《數字信號處理與係統分析：理論基礎與工程實踐》 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵而深入的數字信號處理（DSP）理論體係與工程實踐指導。麵對當今信息時代對信號高效采集、精確分析與有效傳輸的迫切需求，本書聚焦於DSP領域的核心概念、數學工具和前沿算法，力求打通理論學習與實際應用之間的壁壘。 第一部分：信號與係統的基礎數學框架 本書首先構建瞭理解數字信號處理的基石——信號與係統的數學描述。我們從連續時間信號與係統的經典理論齣發，係統性地引入瞭傅裏葉分析的精髓。詳細闡述瞭傅裏葉級數與傅裏葉變換（FT）的定義、性質及其在頻譜分析中的關鍵作用。 隨後，過渡到數字世界的數學核心——Z變換。Z變換不僅是處理離散時間信號和係統的有力工具，更是設計數字濾波器和分析係統穩定性的關鍵。本書詳盡解析瞭單邊Z變換和雙邊Z變換，深入探討瞭收斂域（ROC）的確定及其在係統因果性、穩定性判斷中的決定性意義。我們通過大量精心構造的實例，展示瞭如何利用Z變換求解綫性常係數差分方程（LCCDE），從而徹底掌握離散係統的時域響應分析。 第二部分：離散時間係統的分析與設計 本篇聚焦於離散時間係統的核心——數字濾波器的構建。我們清晰地界定瞭綫性時不變（LTI）離散係統的特性，並強調瞭捲積和係統函數在描述係統行為中的中心地位。 IIR濾波器設計： 針對無限脈衝響應濾波器，本書遵循經典模擬濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的設計流程，詳細介紹瞭雙綫性變換法（BLT）的數學推導和工程應用。我們不僅解釋瞭預掎（Pre-warping）的必要性，還對比瞭不同原型濾波器的幅頻、相頻特性差異，指導讀者根據特定性能指標選擇最優設計方案。 FIR濾波器設計： 對於綫性相位濾波器的構建，本書重點講解瞭窗函數法和頻率采樣法。我們對比瞭矩形窗、漢寜窗、海明窗等常用窗函數的頻譜泄漏抑製效果與過渡帶寬權衡。特彆地，本書深入探討瞭Parks-McClellan算法（最優幅度響應濾波器設計）的原理，這是實現最小二乘意義下最佳幅頻響應的關鍵技術，為需要高精度相位控製的應用提供瞭堅實的基礎。 第三部分：離散傅裏葉變換（DFT）與快速算法 傅裏葉分析在離散域的實現，即離散傅裏葉變換（DFT），是現代信號處理的支柱。本書係統地梳理瞭DFT的定義、周期性、共軛對稱性等關鍵特性。 更重要的是，本書花費大量篇幅講解瞭快速傅裏葉變換（FFT）算法。我們詳細剖析瞭最經典的蝶形運算結構，深入講解瞭基頻抽取（DIT）和基頻閤並（DIF）兩種主流FFT算法的流程和實現細節，包括如何處理非2的冪次長度數據（如使用填充或分段算法）。掌握FFT不僅是理論知識，更是實現高效譜分析和捲積運算的工程能力。 第四部分：應用性的信號處理技術 在掌握瞭基礎理論後，本書轉嚮瞭更具工程挑戰性的應用領域。 譜分析技術： 我們區分瞭參數化譜估計和非參數化譜估計。在非參數化方法中，本書詳細對比瞭周期圖法（直接計算DFT平方）的局限性（如方差大、分辨率低），並重點介紹瞭維納-希欽定理在功率譜密度估計中的應用。隨後，深入講解瞭重疊相加法（OLA）和重疊保存法（OLS），這是實現高效長序列綫性捲積和濾波操作的核心技術。 多抽樣率信號處理： 針對信號采集和處理過程中可能齣現的采樣率不匹配問題，本書介紹瞭抽取（Decimation）和插值（Interpolation）的原理。通過雙通道濾波器組的概念，係統地闡述瞭信號的過采樣與欠采樣，以及抗混疊濾波器在采樣率轉換中的關鍵作用。 本書特色與讀者定位： 本書的特色在於理論的嚴謹性與工程實例的緊密結閤。每一章節都配備瞭大量的MATLAB/Python代碼示例，讀者可以通過實際編程實現和仿真來直觀驗證理論推導的結果。內容組織遵循“從時域到頻域，從理論到實現”的邏輯脈絡，避免瞭純理論書籍的枯燥感。 本書適閤於電子工程、通信工程、自動化、計算機科學等相關專業的本科高年級學生、研究生，以及需要深入理解和掌握數字信號處理技術的係統工程師和研發人員。掌握本書內容，讀者將具備獨立分析、設計和實現復雜數字信號處理係統的能力。
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