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出版者:

作者:邵长泰 编

出品人:

页数:178

译者:

出版时间:2001-1

价格:12.20元

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isbn号码:9787040096408

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《数字信号处理基础：理论与实践》 内容简介 本书旨在为读者系统、深入地介绍数字信号处理（DSP）的核心理论、关键算法及其在工程实践中的应用。我们力求在保持数学严谨性的同时，充分展现DSP技术在现代信息科学与工程领域中的强大生命力与广泛适用性。全书结构清晰，逻辑递进，从最基础的离散时间信号与系统概念出发，逐步深入到高级的滤波器设计、快速变换算法以及非平稳信号分析等前沿领域。 第一部分：离散时间信号与系统基础 本部分构建了理解数字信号处理的基石。我们首先详细阐述了连续时间信号的离散化过程，包括采样定理（Nyquist-Shannon 定理）的严格推导与实际应用中的限制。随后，我们深入探讨了离散时间信号的表示、分类（如周期性、能量与功率信号）及其基本运算。 核心内容聚焦于离散时间系统的分析。系统被定义为线性、时不变（LTI）系统，其脉冲响应和卷积和是描述系统的两大支柱。我们详细剖析了Z变换这一强大的分析工具，它如同拉普拉斯变换之于连续系统，是分析离散系统的关键。Z变换的收敛域（ROC）概念被置于核心地位，用于判断系统的因果性、稳定性以及唯一性。通过对Z变换的性质、对数频谱的分析，读者将能熟练地对LTI系统进行时域和频域的联合分析。 第二部分：数字滤波器设计 滤波器是DSP中最核心的应用之一。本部分系统地介绍了设计数字滤波器的两种主要范式：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 FIR滤波器设计：由于其固有的线性相位特性和稳定性，FIR滤波器在语音处理、数据通信等对相位要求严格的领域应用广泛。我们详细讲解了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）的设计原理，分析了不同窗函数对滤波特性（过渡带宽度、旁瓣衰减）的影响。此外，书中还涵盖了更为精确的频率采样法和Parks-McClellan算法（最小最大平坦滤波器设计），使读者能够设计出最优的FIR滤波器。 IIR滤波器设计：IIR滤波器以其在相同阶数下能实现更陡峭的幅度响应特性而著称。我们从经典的模拟滤波器原型（Butterworth、Chebyshev、椭圆滤波器）出发，详细介绍了双线性变换法（Bilinear Transformation）这一将连续滤波器转换为离散滤波器的关键技术，并重点讨论了预畸变（Pre-warping）的必要性。同时，我们也探讨了脉冲不变法，并对IIR滤波器的稳定性进行了深入讨论。 第三部分：离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法 傅里叶分析是信号处理的灵魂。本部分将连续傅里叶变换的理念无缝过渡到离散世界的离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）。我们强调了DFT的周期性和对连续频谱的采样性质，这是理解谱分析误差的先决条件。 本书的重点在于快速傅里叶变换（FFT）算法。我们详细推导了基2-FFT（按时间抽取和按频率抽取）的蝶形运算结构，并分析了其算法复杂度（$O(Nlog N)$）。书中还讨论了非2的幂次数据长度下的FFT实现，如Goertzel算法和Rader算法，以应对更灵活的工程需求。对于实际应用中的谱泄漏和栅栏效应，我们提供了详细的窗口函数补偿策略。 第四部分：随机信号处理基础 在许多工程领域，如雷达、通信和控制，我们面对的信号是随机的，而非确定性的。本部分引入了随机过程的理论框架。我们从概率论和随机过程的基本概念（均值、自相关函数、功率谱密度）入手，定义了平稳随机过程和广义平稳随机过程（WSS）。 核心内容在于维纳-霍夫方程和线性最小均方误差（LMMSE）滤波器设计，这是最优线性预测和噪声消除的基础。我们深入分析了功率谱估计，将确定性信号分析工具扩展到随机信号。除了经典的周期图法，书中详细介绍了参数化谱估计方法，如最大熵法（MEM）和最小方差无失真响应（MVDR）方法，这些方法在低数据量或高分辨率谱分析中表现出色。 第五部分：现代应用与前沿主题 最后一部分将理论应用于实际，并触及当前DSP研究的热点。 1. 多速率信号处理：介绍采样率转换技术，包括下采样、上采样以及晶格滤波器（Polyphase Filters）的应用，这在软件定义无线电（SDR）和音频处理中至关重要。 2. 自适应滤波：重点介绍基于最小均方误差（LME）准则的LMS算法及其变种（如归一化LMS），阐述其在回声消除、噪声消除和信道均衡中的应用，这些算法的自学习能力是现代通信系统的核心特征。 3. 小波变换简介：作为傅里叶分析的有力补充，我们简要介绍了小波变换在处理非平稳信号和信号去噪中的优势，对比了其与短时傅里叶变换（STFT）的异同。 本书的特点在于，每章后均配有大量的例题与习题，旨在巩固理论理解。同时，我们提供了基于MATLAB/Python的仿真案例，指导读者将理论知识转化为可运行的代码，亲身体验信号处理的每一个环节。本书适合高等院校电子信息工程、通信工程、计算机科学等专业的高年级本科生、研究生，以及从事相关领域工程研发的技术人员作为参考教材或专业参考书。

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这本书还有一个我很喜欢的点，就是它能够将各个物理分支之间的联系给清晰地展现出来。很多时候，我们学习物理，会觉得力学、热学、电磁学、光学等等都是独立的学科，但这本书通过巧妙的编排和过渡，让我看到了它们之间千丝万缕的联系。比如，在讲解电磁波的产生和传播时，作者会巧妙地将光学中的波动理论和电磁学中的麦克斯韦方程组联系起来，让我明白了原来光本质上就是一种电磁波。这种“融会贯通”式的讲解，让我对物理学的整体框架有了更深刻的认识，也让我不再觉得某个分支是孤立存在的。我甚至会因为理解了不同分支之间的联系，而对某些原本觉得枯燥的概念产生了新的兴趣。这种将零散的知识点串联成一个整体的学习体验，对我来说是非常宝贵的。

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这本书的插图和图表设计，堪称一绝。我不得不说，很多物理教科书在这方面都显得比较枯燥乏味，但《物理下册》在这方面做得非常出色。每一张图都绘制得非常精美，而且重点突出，信息量大，能够非常直观地帮助我理解抽象的物理概念。例如，在讲解“电磁感应”时，书中配有一系列精细的动态图，演示了磁场变化如何引起感应电流的产生，以及感应电流的方向是如何确定的。这些图表不仅仅是简单的示意图，更像是精心制作的动画，让我能够清晰地看到物理过程的演变。而且，图表中的标注也非常清晰，每一个细节都标注得非常到位，不会让读者产生任何歧义。我经常在阅读过程中，反复地观看这些图表，反复地去理解它们所传达的信息。有时候，一张精美的图表，比长篇大论的文字更能帮助我领悟其中的物理奥秘。

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令我印象深刻的是，书中关于“近代物理”的介绍，它为我打开了通往一个全新物理世界的大门。作者以非常宏观的视角，介绍了量子力学、相对论等颠覆传统物理学认知的理论。在讲解量子力学时，作者并没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是从一些经典的量子现象入手，比如黑体辐射、光电效应等，层层递进，让我逐渐理解了量子化、概率波等核心概念。我最惊叹的是关于“海森堡不确定性原理”的阐述，作者用生动的例子，解释了微观粒子位置和动量之间无法同时精确测量的限制。这让我深刻体会到，微观世界的运行规律与宏观世界有着天壤之别。此外，书中对爱因斯坦的相对论的介绍，也让我对时间和空间的理解有了颠覆性的认识。作者通过各种思想实验，例如“双生子佯谬”，巧妙地揭示了相对论的奇妙之处。这种对前沿科学的介绍，极大地激发了我对物理学的探索热情。

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这本书的习题设计，真的是我见过最良心的了。它们不是那种简单的套用公式就能得出答案的题目，而是更注重对学生理解能力和分析能力的考察。每一道题都设计得非常有深度，需要读者在理解概念的基础上，进行灵活的运用和推理。而且，作者还在一些难题的后面，提供了详细的解题思路和步骤，这对于我这样的普通读者来说，简直是福音。即使我暂时没有思路，通过阅读这些解析，也能学到很多解题技巧和方法。我特别喜欢的是，有些题目还设置了不同的难度等级，让我可以根据自己的掌握情况来选择挑战。而且，书中还有一些开放性的问题，鼓励读者去思考，去探索，去发现物理世界的更多可能性。通过做这些习题，我感觉自己的物理思维得到了极大的锻炼，也对书中的内容有了更扎实的掌握。

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这本书的语言风格，可以说是严谨又不失趣味。作者在描述复杂的物理原理时，并没有使用生涩难懂的学术术语，而是尽量用通俗易懂的语言来解释。即使是初学者，也能在阅读过程中感受到乐趣，而不是被晦涩的文字所劝退。我尤其欣赏作者在讲解过程中穿插的一些历史故事和科学家的轶事。比如，在讲到牛顿的三棱镜分光实验时，作者详细描述了牛顿当年是如何克服重重困难，一步步验证自己的理论的。这些故事不仅增加了阅读的趣味性，更让我体会到了科学探索的艰辛和伟大。作者还善于运用一些形象的比喻来帮助读者理解抽象的概念。例如，在讲解“电场线”时，他将其比作水流的轨迹，形象地描绘了电场力的方向和分布。这种寓教于乐的讲解方式，让我能够更轻松地掌握知识，并且能够将知识融会贯通。

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书中对“光学”的讲解，真的是让我对光有了全新的认识。我之前总以为光学就是简单的反射和折射，但这本《物理下册》彻底颠覆了我的认知。作者从光的本性讲起，详细阐述了光的粒子说和波动说，以及后来居上的“波粒二象性”。我最喜欢的部分是关于“光的干涉和衍射”的章节，书中通过大量的实验演示和图解，将肉眼无法直接观察到的微观现象，清晰地呈现在我眼前。特别是杨氏双缝干涉实验的讲解，作者用非常直观的方式，解释了为什么会形成明暗相间的条纹，以及这些条纹的宽度和位置与光的波长、缝宽等因素的关系。我甚至还自己动手，找了一些简单的材料，尝试模拟一些简单的光学实验，虽然效果可能不如书中的精确，但那种亲身体验带来的震撼，是任何理论知识都无法比拟的。作者还联系了实际应用，比如全息技术是如何利用光的干涉原理来实现的，这让我惊叹于物理学在科技发展中的巨大作用。

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这本《物理下册》的封面设计相当别致， tinta 是一种深邃的蓝色，仿佛浩瀚的宇宙，星辰点点，中央则是一轮明亮的月亮，散发着柔和的光辉。封面的设计不仅在视觉上给人一种宁静致远的感觉，更暗示着书中可能包含的关于天体物理、宇宙学，甚至是一些关于光学的精彩内容。拿到手里，纸张的质感也十分考究，不是那种廉价的印刷纸，而是带着些许磨砂的触感，翻页时沙沙的声音，仿佛是在翻阅一本珍藏多年的古籍。拿到这本书的第一时间，我就迫不及待地翻开了它，想要一探究竟。书的整体排版也非常舒服，字体大小适中，行间距合理，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。而且，书的装订也很牢固，每一页都严丝合缝，不用担心会散架。我在咖啡馆的窗边，伴随着午后阳光，开始我的阅读之旅。书本散发着淡淡的油墨香，这种味道总是能勾起我对知识的渴望。我喜欢这种实体书带来的仪式感，与电子书的冰冷屏幕相比，实体书更能让我沉浸其中，仿佛能触摸到作者的思想和心血。包装也很用心，外层还有一层透明的保护膜，确保书本在运输过程中不受损伤。拿到后，我小心翼翼地撕开保护膜，那一刻，一种期待和满足感油然而生。我将它放在书架最显眼的位置，它就像一颗璀璨的明珠，闪耀着知识的光芒，等待着我去探索。

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这本书的章节安排，也让我觉得非常有条理。它并不是按照传统的、生硬的物理概念顺序来排列，而是更注重逻辑的递进和知识的融会贯通。例如，在讲解电磁学的基础概念之前，作者会先回顾和总结力学中的一些基本原理，并强调它们之间的联系。这种“复习式”的引入，让我能够更好地建立起知识体系，而不是孤立地记忆一个个公式。我特别喜欢的是，书中在引入新的概念时，都会先从一个大家都能理解的现象入手，然后逐步引导读者去思考其背后的物理规律。这种“问题驱动”的学习方式，比直接灌输概念更能激发我的学习兴趣和主动性。而且，每一章的结尾，都有精心设计的练习题，这些题目难度适中，既能巩固所学知识，又能激发进一步的思考。我会在完成一章的学习后，认真地去做练习题，并对照答案进行反思，找出自己的不足之处。这种循序渐进的学习过程，让我感觉自己每一步都在扎实地前进。

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我特别欣赏书中关于“波动现象”的论述，它打破了我以往对波动的刻板印象。以往我总以为波动就是简单的声波和光波，但这本书给我打开了新世界的大门。作者从最基础的波的形成原因讲起，逐步深入到各种复杂的波的性质，比如干涉、衍射，甚至还提到了更深奥的量子力学中的波粒二象性。他通过大量的图示和模拟，将抽象的波动过程可视化，让我能直观地理解这些概念。我印象最深刻的是关于“惠更斯原理”的阐述，书中用了一个生动的水波传播的例子，将每个波前都看作是新的子波源，这些子波的叠加就构成了新的波前。这个原理的理解，对于理解光波和声波的衍射现象至关重要。而且，作者并没有止步于理论的讲解，还联系了实际应用，比如激光器的工作原理，以及声呐系统是如何利用波动原理工作的。这些实际应用，让我更加深刻地认识到物理学在现代科技中的重要地位。我在阅读的过程中，时不时会停下来，想象着那些抽象的波在空间中传播的景象，感觉自己也仿佛置身于一个奇妙的物理世界。

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这本书的作者似乎是一位极其细致入微的物理学家，他对概念的阐述方式，真的让我眼前一亮。我尤其记得其中关于“热力学第二定律”的讲解，他没有像很多教科书那样，直接抛出公式和定义，而是通过一个非常生活化的例子，比如一杯热咖啡在空气中逐渐冷却的过程，然后层层剥开，引出熵增的概念。他用一种非常形象的比喻，将原本抽象的理论变得生动易懂。而且，他对每一个前提条件和适用范围都说得清清楚楚，不会让人产生误解。读到这里，我忍不住停下来，回想了自己曾经在其他地方接触到的相关内容，这才发现，原来之前的理解是多么的片面和模糊。他甚至还引用了一些历史上的实验数据和科学家的思考过程，让读者能感受到科学发展的曲折和伟大。我感觉自己就像坐在一个经验丰富的老教授旁边，听他娓娓道来，每一个字都充满了智慧和启发。这种深入浅出的讲解方式，让我深刻体会到了物理学的魅力，它并非高高在上、遥不可及，而是与我们的生活息息相关，充满了奇妙的逻辑和规律。我甚至还拿出笔，在书的空白处做了大量的笔记，记录下那些让我醍醐灌顶的瞬间。

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