信号处理基础

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出版时间:1900-01-01
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isbn号码:9787562424505
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  • 信号处理
  • 数字信号处理
  • 傅里叶变换
  • 滤波器设计
  • 通信原理
  • 图像处理
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  • 数学基础
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具体描述

《信号分析与应用》 一、 核心内容概述 本书旨在深入探讨信号处理领域的基础理论、核心方法与前沿技术,为读者构建一个扎实而全面的知识体系。内容涵盖了从信号的数学表示、分类,到各种分析工具和变换技术的原理与应用。我们将循序渐进地介绍离散时间信号与系统、傅里叶分析、拉普拉斯变换、Z变换等经典理论,并在此基础上延伸到现代信号处理的重要分支,如数字滤波器的设计与实现、随机信号分析、参数估计与系统辨识等。同时,本书也关注信号处理在实际工程领域的广泛应用,通过丰富的案例分析,展示理论知识如何转化为解决现实问题的有力工具。 二、 详细内容介绍 第一部分:信号与系统的基本概念 信号的表示与分类: 介绍连续时间信号与离散时间信号的定义、表示方法(如数学函数、序列),以及信号的常见分类(如周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号、偶信号、奇信号等)。探讨信号的幅度、频率、相位等基本属性。 信号的基本运算: 详细讲解信号的时移、时伸/时缩、翻转、相加、相乘、卷积等基本运算,以及这些运算对信号特性的影响。 系统的定义与性质: 定义了信号处理系统,并深入剖析了系统的基本性质,包括线性性、时不变性、因果性、稳定性、记忆性等。理解这些性质是分析和设计系统的关键。 线性时不变(LTI)系统: 重点介绍LTI系统,这是信号处理理论的基石。阐述了LTI系统的输入-输出关系,以及如何利用冲激响应来完全表征一个LTI系统。 第二部分:时域与频域分析方法 傅里叶级数(FS): 阐述周期信号的傅里叶级数展开,包括三角形式和复指数形式,以及其收敛性。讲解如何通过傅里叶级数将信号分解为一系列正弦或余弦分量的叠加,从而揭示信号的频谱特性。 傅里叶变换(FT): 将傅里叶级数推广到非周期信号,引入傅里叶变换的概念,用于分析非周期信号的频谱。深入探讨傅里叶变换的性质,如线性性、时移、频移、卷积定理、微分性质等,及其在信号分析中的重要作用。 离散时间傅里叶变换(DTFT): 介绍离散时间信号的傅里叶变换,即DTFT,并分析其与连续时间傅里叶变换(CTFT)的关系以及在分析离散信号时的独特性。 傅里叶级数与傅里叶变换的应用: 通过实例展示傅里叶分析在信号滤波、频谱分析、调制解调等方面的应用。 第三部分:变换域分析与系统分析 拉普拉斯变换(LT): 引入复频率s,构建拉普拉斯变换,用于分析和处理更广泛的信号,特别是瞬态信号和具有指数增长特性的信号。讲解拉普拉斯变换的性质、收敛域(ROC)的概念,以及如何利用拉普拉斯变换求解线性常系数微分方程。 Z变换(ZT): 针对离散时间系统,引入Z变换,并详细介绍其性质、收敛域(ROC),以及利用Z变换求解线性常系数差分方程。Z变换是分析和设计离散时间系统(特别是数字滤波器)的核心工具。 拉普拉斯变换与Z变换的应用: 阐述拉普拉斯变换在连续时间系统稳定性分析、传递函数求解等方面的应用,以及Z变换在离散时间系统分析、传递函数表示、系统稳定性判断等方面的关键作用。 第四部分:数字滤波器的设计与实现 滤波器概述: 介绍滤波器的概念、分类(如低通、高通、带通、带阻滤波器),以及滤波器在去除噪声、提取有用信息等方面的作用。 无限冲激响应(IIR)滤波器: 讲解IIR滤波器的基本原理,包括其传递函数表示、冲激响应无限性。介绍常用的IIR滤波器设计方法,如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等,并讨论其设计准则和优缺点。 有限冲激响应(FIR)滤波器: 讲解FIR滤波器的基本原理,包括其传递函数表示、冲激响应有限性。介绍常用的FIR滤波器设计方法,如窗函数法(矩形窗、汉明窗、海明窗、布莱克曼窗等)和频率采样法,以及它们的特点。 滤波器实现: 讨论不同类型的数字滤波器(如直接形式、级联形式、并联形式)的实现结构,以及量化误差、运算精度等在实际实现中需要考虑的问题。 第五部分:随机信号分析 随机信号基础: 介绍随机信号的概念、统计特性,如均值、方差、自相关函数、功率谱密度等。 随机信号的表示: 讲解如何用概率统计的方法描述和分析随机信号。 随机信号通过LTI系统: 分析随机信号通过LTI系统后的输出信号的统计特性,以及其自相关函数和功率谱密度的变换关系。 平稳随机过程: 重点介绍宽平稳和窄平稳随机过程的定义和性质。 第六部分:参数估计与系统辨识 参数估计: 介绍点估计和区间估计的基本概念,以及常用的估计方法,如最大似然估计(MLE)、最小均方误差(MMSE)估计等。 系统辨识: 探讨如何根据观测到的输入输出数据来确定未知系统的模型。介绍模型结构的选取、参数估计方法,以及模型的评价指标。 应用案例: 展示参数估计和系统辨识在通信、控制、雷达、生物医学等领域的实际应用。 三、 学习目标与预期收益 通过学习本书,读者将能够: 1. 掌握信号与系统的基本理论: 深刻理解信号的数学表示、分类、运算,以及系统的基本性质。 2. 熟练运用时域与频域分析工具: 能够运用傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等工具对信号和系统进行有效的分析。 3. 理解和设计数字滤波器: 掌握IIR和FIR滤波器的设计原理和常用方法,能够根据应用需求设计合适的滤波器。 4. 分析随机信号: 能够理解随机信号的统计特性,并分析其在系统中的行为。 5. 初步掌握参数估计与系统辨识技术: 了解如何从数据中提取信息,建立模型。 6. 提升解决实际工程问题的能力: 通过案例学习,将理论知识应用于解决实际的信号处理问题。 本书适合于电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等相关专业的本科生、研究生,以及从事相关领域研究和开发的工程师。无论您是初学者还是希望深化理解的专业人士,都能从中获益。

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读后感

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我对科学研究和技术创新有着强烈的热情,而信号处理无疑是现代科技发展的关键驱动力之一。《信号处理基础》这本书,无疑是一本能激发我研究兴趣的宝藏。它以一种系统化的方式,将信号处理的核心概念和技术娓娓道来,让我对整个领域有了清晰的脉络。书中对离散时间系统(LTI系统)的深入分析,让我理解了系统的输入、输出以及系统自身的特性是如何相互关联的,特别是关于系统的频率响应和相频响应的讨论,让我明白了系统对不同频率成分的信号会产生怎样的影响,这对于理解和设计各种信号处理系统至关重要。我尤其欣赏书中对数字信号处理(DSP)的重点介绍。随着数字技术的飞速发展,DSP已经渗透到我们生活的方方面面,从智能手机到医疗设备,再到工业自动化。书中关于采样、量化、编码等基本步骤的讲解,让我明白了模拟信号是如何被转换为数字信号的,以及在转换过程中会遇到哪些挑战和需要注意的问题。书中还详细介绍了各种数字滤波器(如IIR滤波器和FIR滤波器)的设计方法和性能评价指标,这对于我未来进行实际的DSP系统设计打下了坚实的基础。这本书不仅提供了理论知识,更重要的是培养了我一种严谨的科学思维和解决问题的能力,让我能够更自信地去探索信号处理的奥秘。

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我一直对科学研究和技术创新充满渴望,也一直在寻找能够提升我分析和解决问题能力的工具。《信号处理基础》这本书,无疑为我提供了这样的工具。它以一种系统且深入的方式,将信号处理的核心概念和技术娓娓道来,让我对数据分析和信息处理有了更深刻的认识。书中关于随机信号的分析部分让我印象深刻,特别是对平稳随机过程的讲解,它让我理解了为什么在很多实际应用中,我们会假设信号具有某种统计特性,这对于我们进行统计推断和信号检测至关重要。书中对自相关函数和互相关函数的解释,也让我明白了如何衡量信号自身的周期性和两个信号之间的相似性,这对于信号的识别和预测非常有帮助。我尤其欣赏书中对维纳滤波器的介绍,它是一种最优线性滤波器,能够在噪声干扰下尽可能地恢复原始信号。这本书让我明白,信号处理不仅仅是处理“信号”,更是要从嘈杂的环境中“提取”有用的信息,这是一种智慧的体现。此外,书中对离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)的讲解,更是让我领略到了计算的强大力量,它将信号分析从理论推向了实际计算,为我打开了数字信号处理的大门。

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作为一名对科学技术前沿充满向往的爱好者,我总是在寻找能够拓展我视野的书籍。《信号处理基础》这本书,恰恰满足了我的这一需求。它以一种深刻而又易于理解的方式,将复杂的技术概念变得生动起来,让我对数据分析和信息传输有了更宏观的认识。书中对各种信号变换的详细介绍,特别是Z变换,让我理解了离散时间系统在复域上的特性,这对于分析系统的稳定性和频率响应非常有帮助。书中还探讨了信号的量化过程,以及在量化过程中不可避免的量化误差,并给出了一些减少量化误差的方法,这让我明白在数字世界里,我们总是在追求更精确的表示。我对于书中关于信号的采样定理的深入剖析印象尤其深刻,它不仅仅是告诉我们采样频率需要大于信号最高频率的两倍,更重要的是解释了为什么这样做能够保证信号的无失真重建,以及如果采样频率不足时会出现怎样的混叠现象,这让我从根本上理解了数字信号处理的物理基础。这本书不仅仅是教授知识,更重要的是它培养了我一种严谨的逻辑思维和分析能力,让我能够从更深层次去理解各种技术背后的原理,并对未来的科技发展趋势有了更清晰的认识。

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我一直对各种通信技术和电子设备背后的原理充满好奇,特别是那些能够捕捉、传输和处理信息的技术。当我在书店看到《信号处理基础》这本书时,直觉告诉我这就是我一直在寻找的那本。事实证明我的直觉是对的。这本书不仅仅是关于信号的数学描述,它更深入地探讨了信号的本质,以及我们如何通过各种方法来“理解”和“利用”它们。书中对随机信号的分析部分让我印象深刻,特别是对平稳随机过程的讲解,让我理解了为什么在很多实际应用中,我们会假设信号具有某种统计特性。书中对自相关函数和互相关函数的解释,也让我明白了如何衡量信号自身的周期性和两个信号之间的相似性,这对于信号的检测和识别至关重要。我尤其惊叹于书中对噪声的分类和处理方法的介绍。噪声是信号处理中一个无处不在的问题,书中详细阐述了不同类型的噪声(如白噪声、高斯噪声)的特性,并提供了多种抑制和滤除噪声的策略,例如维纳滤波,它是一种最优线性滤波器,能够在噪声干扰下尽可能地恢复原始信号。这本书让我明白了,信号处理不仅仅是把信号“弄出来”,更是要把有用的信息从嘈杂的环境中“提取”出来,这是一种智慧的体现。此外,书中对离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)的讲解,更是让我领略到了计算的强大力量,它将信号分析从理论推向了实际计算,为我打开了数字信号处理的大门。

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我一直对科学的严谨性和理论的优雅性有着深深的着迷,而信号处理正是这样一门学科。《信号处理基础》这本书,以一种极具吸引力的方式,将复杂的数学概念和工程应用融为一体。书中对离散时间系统(LTI系统)的深入分析,让我理解了系统的输入、输出以及系统自身的特性是如何相互关联的,特别是关于系统的频率响应和相频响应的讨论,让我明白了系统对不同频率成分的信号会产生怎样的影响,这对于理解和设计各种信号处理系统至关重要。我特别喜欢书中关于谱估计的内容,它让我理解了如何从有限的观测数据中估计出信号的功率谱密度,这对于分析信号的频率成分和识别信号的内在规律非常有帮助。书中提到的各种谱估计方法,如周期图法、Welch法等,都进行了详细的介绍和比较,让我能够根据不同的场景选择合适的工具。此外,书中对信号调制和解调的讲解,也让我对通信系统的基本原理有了更深入的理解,特别是对AM、FM、PSK等调制方式的解析,让我明白了信息是如何被编码到载波信号上传输的。这本书的例子非常贴切,从声学信号到图像信号,再到通信信号,都涵盖了广泛的应用,让我感受到信号处理的普适性和强大能力。阅读这本书的过程,就像是在学习一门通用语言,学会了这门语言,我就可以去理解和解决各种不同领域的问题。

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这本《信号处理基础》简直是一本打开了我新世界大门的钥匙!在此之前,我对信号处理的概念一直停留在非常模糊的层面,脑海里只有一些关于“信号”和“处理”的零碎印象。我以为它会是一本枯燥乏味、充斥着各种复杂数学公式和抽象概念的理论书籍,阅读过程将会是一场与睡魔的殊死搏斗。然而,当我翻开这本书的第一页,我的顾虑就被彻底打消了。作者以一种极其生动、引人入胜的方式,从最基础的概念讲起,循序渐进地引导我进入了信号处理的奇妙世界。例如,关于离散时间信号的采样定理,我以前只知道有个名字,但从未真正理解其背后的逻辑和重要性。书中通过生动的图示和通俗易懂的比喻,将采样点与原始信号的重建过程清晰地展示出来,让我茅塞顿开。特别是对傅里叶变换的解释,不再是冰冷枯燥的数学推导,而是将其置于时域和频域的转换关系中,让我深刻体会到信号的频谱信息是多么宝贵。书中还详细介绍了各种滤波器,比如低通、高通、带通滤波器,并且列举了它们在实际生活中的应用,例如音频降噪、图像平滑等,让我感觉信号处理不再是实验室里的理论,而是触手可及的技术。我尤其喜欢书中关于卷积的讲解,它解释了如何通过一个系统的脉冲响应来预测系统对任意输入信号的输出,这个概念对于理解很多系统行为至关重要。阅读过程中,我不仅学到了知识,更收获了一种解决问题的思维方式,它鼓励我从信号的角度去分析和理解各种现象,这对于我目前的工程学习非常有帮助。这本书的排版也非常舒服,字体大小适中,图表清晰,阅读体验极佳。

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我是一名对图像技术充满好奇的研究生,总想深入了解那些让照片和视频变得更加清晰、色彩更加丰富的秘密。《信号处理基础》这本书,为我揭开了图像处理的面纱。书中将二维信号的处理概念应用到图像上,让我理解了图像的本质也是一种二维的信号,像素的亮度、颜色变化就构成了图像的“信息”。书中关于采样和重建的原理,让我明白了为什么在拍照时,我们需要一个特定的分辨率,以及过低的分辨率会导致图像模糊。我尤其对书中关于图像滤波的讲解印象深刻。书中介绍了各种二阶滤波器,如拉普拉斯算子,用于检测图像的边缘信息,这对于图像的特征提取至关重要。同时,书中也介绍了像高斯滤波器、中值滤波器这样的平滑滤波器,它们可以有效地去除图像中的噪声,让图像看起来更加干净。书中对傅里叶变换在图像处理中的应用也进行了详细的介绍,例如通过对图像进行傅里叶变换,我们可以分析图像的频率成分,例如高频成分对应着图像的细节和边缘,而低频成分则对应着图像的整体亮度变化。这让我理解了为什么可以通过频域滤波来锐化图像或者去除周期性噪声。这本书为我理解更复杂的图像处理算法,如边缘检测、图像分割、图像压缩等,打下了坚实的基础,让我对未来的研究充满了信心。

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我一直对音乐制作和音频工程有着浓厚的兴趣,也一直想了解那些让声音变得更加美妙的背后技术。《信号处理基础》这本书,让我找到了答案。它用一种非常直观和易于理解的方式,将抽象的信号处理概念与我熟悉的音频世界联系起来。书中关于时域和频域分析的讲解,让我明白了音乐的“音色”和“音调”是如何体现在信号的波形和频谱中的。特别是对傅里叶变换的阐述,它揭示了任何复杂的波形都可以分解成一系列简单的正弦波的叠加,这让我对声音的组成有了全新的认识。书中对各种滤波器的介绍,也让我明白了为什么会有“EQ”(均衡器)这种工具,以及它在调整声音的频率成分时所起到的作用。例如,低通滤波器可以用来去除高频的杂音,高通滤波器可以用来削减低频的“轰隆”声,这些都与音频处理中的降噪和音色调整息息相关。此外,书中对混响、回声等音频效果的产生原理也进行了阐述,让我明白了这些效果是如何通过对信号进行延迟、衰减等处理来实现的。我甚至还学到了如何使用书中介绍的一些基本算法来模拟简单的音频效果,这让我感到非常兴奋。这本书让我觉得,信号处理不仅仅是一门科学,更是一门艺术,它能够将技术的力量与艺术的创造力完美结合。

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作为一名对数据分析和机器学习领域有浓厚兴趣的学生,我深知信号处理是这些领域的基础。因此,我购买了《信号处理基础》这本书,希望能够打下坚实的理论基础。这本书的表现超出了我的预期。它不仅仅停留在理论层面,而是非常注重信号处理在实际问题中的应用。例如,书中对滤波器设计和实现的讲解,让我学会了如何根据具体需求设计出满足特定频率响应要求的滤波器,这在音频信号处理、图像增强等领域都至关重要。我特别喜欢书中关于谱估计的内容,它让我理解了如何从有限的观测数据中估计出信号的功率谱密度,这对于分析信号的频率成分和识别信号的内在规律非常有帮助。书中提到的各种谱估计方法,如周期图法、Welch法等,都进行了详细的介绍和比较,让我能够根据不同的场景选择合适的工具。此外,书中对信号调制和解调的讲解,也让我对通信系统的基本原理有了更深入的理解,特别是对AM、FM、PSK等调制方式的解析,让我明白了信息是如何被编码到载波信号上传输的。这本书的例子非常贴切,从声学信号到图像信号,再到通信信号,都涵盖了广泛的应用,让我感受到信号处理的普适性和强大能力。阅读这本书的过程,就像是在学习一门通用语言,学会了这门语言,我就可以去理解和解决各种不同领域的问题。

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我一直对电子工程领域充满热情,尤其是对那些能够影响我们日常生活的技术。《信号处理基础》这本书,如同一盏明灯,照亮了我通往理解电子世界的核心道路。书中对线性时不变(LTI)系统的概念进行了详尽的阐述,让我理解了系统的输入、输出以及系统本身的特性是如何通过脉冲响应联系在一起的。特别是关于卷积积分的讲解,它就像一把钥匙,打开了我理解任何LTI系统如何响应任意输入信号的大门。我深切体会到,通过分析系统的脉冲响应,我们可以预测系统对复杂信号的行为,这在电路设计、控制系统等领域都是至关重要的。书中还对傅里叶级数和傅里叶变换进行了深入的讲解,让我明白任何周期信号都可以分解成一系列正弦和余弦信号的叠加,而傅里叶变换则可以将任意信号分解成其频率成分的集合,也就是频谱。这让我理解了为什么我们能够通过分析信号的频谱来识别信号的特征,例如通信信号的载波频率,或者音频信号的音色。这本书的优点还在于它不仅停留在理论层面,还通过大量的图示和实例,将这些抽象的概念具体化,让我更容易理解和记忆。阅读这本书的过程,是我对电子工程理解的一次飞跃。

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