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出版者:

作者:于彤

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2010-3

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787115214836

丛书系列:

图书标签:

• 传感器
• 传感器技术
• 应用
• 电子工程
• 自动化
• 测量
• 物联网
• 智能硬件
• 嵌入式系统
• 工业控制

深入探索数字信号处理的奥秘：从理论基础到前沿实践 图书名称：数字信号处理：理论、算法与应用 图书简介： 本书旨在为读者提供一套全面、深入且与时俱进的数字信号处理（DSP）知识体系。我们不再局限于传统的理论阐述，而是着眼于当前工程实践中最迫切需要掌握的核心技能与最新发展趋势。本书的结构设计严格遵循了从抽象数学概念到具体工程实现的逻辑路径，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。 第一部分：信号与系统的复调——理论基石的重构 本部分将对数字信号处理的理论基础进行一次彻底而深刻的回顾与提升。我们摒弃了教科书中常见的、过于简化的例子，转而采用更贴近现代通信、控制和医疗成像领域的复杂信号模型。 第1章：离散时间信号与系统分析的革新 我们首先关注离散时间信号的表示方法，重点剖析了周期延拓、频谱泄露的物理成因，并引入了更先进的采样定理变体，如非均匀采样和压缩感知中的稀疏采样理论。在系统分析方面，我们不仅详细讲解了线性时不变（LTI）系统的卷积与差分方程，更深入探讨了非线性的系统响应特性，特别是混沌系统在特定信号处理场景下的行为建模。傅里叶级数与傅里叶变换的推导将引入现代泛函分析的视角，强调其在希尔伯特空间中的正交分解意义。 第2章：Z变换与系统特性的深度洞察 Z变换是连接时域与频域的关键桥梁。本书将Z变换的讨论提升到收敛域（ROC）的几何意义上，并详细分析了双边Z变换在处理因果、反因果和双边信号时的精确应用。系统函数的极点-零点分析将不再是简单的绘图练习，而是结合稳定裕度、瞬态响应与频率选择性设计的核心工具。我们将展示如何通过调整极点位置来精确控制系统的带宽、通带纹波和过渡带衰减，这对于设计高精度数字滤波器至关重要。 第二部分：变换域的魔力——频域分析的精深技艺 本部分聚焦于数字信号处理中最核心的工具——变换技术，并展示如何高效地利用它们进行信号的频域操作。 第3章：离散傅里叶变换（DFT）的计算优化与实际限制 DFT的理论基础相对清晰，但其 $O(N^2)$ 的计算复杂度在处理大数据流时是致命的。因此，本章将把重点放在快速傅里叶变换（FFT）的各种实现上，包括经典的Cooley-Tukey算法、Winograd算法以及针对特定硬件架构（如GPU并行计算）优化的算法。我们还将深入分析FFT的量化误差、截断误差，以及周期延拓假设在非周期信号处理中引入的误差分析（谱泄漏的精确量化）。 第4章：多速率信号处理与滤波器组理论 现代信号处理往往涉及信号在不同采样率之间的转换。本章详细介绍了抽取（Downsampling）和插值（Upsampling）的原理，重点阐述了抗混叠滤波器的设计要求。更重要的是，本书将系统地引入滤波器组（Filter Banks）的概念，包括完美重建（PR）条件，并将其应用于子带编码和小波分析的基础。对正交和双正交小波变换的数学推导和应用场景将进行详尽的对比分析。 第三部分：滤波器设计——从理论到工程的完美过渡 滤波器是DSP的灵魂。本部分将提供一套系统化的、基于性能指标的滤波器设计流程，涵盖从经典模拟原型到复杂IIR/FIR数字实现的完整链条。 第5章：无限脉冲响应（IIR）滤波器的精确构建 IIR滤波器因其在低阶上能达到陡峭的过渡带而备受青睐。本章将从模拟滤波器（如Butterworth、Chebyshev I/II型和椭圆滤波器）的规范化设计入手，然后通过双线性变换（BLT）和脉冲不变法将模拟原型精确映射到数字域。我们将详细讨论BLT带来的频率映射畸变（频率压缩）及其校正方法。此外，对离散时间状态空间模型在IIR滤波器设计中的应用也将进行介绍。 第6章：有限脉冲响应（FIR）滤波器的设计与优化 FIR滤波器因其线性相位特性在许多应用中是首选。本章不再仅仅停留在窗函数法（矩形窗、汉宁窗、海明窗等）的简单应用上，而是深入探讨了Parks-McClellan算法（等波纹最优设计）的原理和迭代过程。我们将详细分析最小均方误差（MMSE）准则下的FIR滤波器设计，并引入频率采样法和多相分解法在长FIR滤波器实现中的效率提升策略。 第四部分：自适应滤波与高级应用——面向未来的技术栈 本部分转向DSP中最具挑战性、也是发展最快的领域——自适应系统，并将其与现代的机器学习和通信技术相结合。 第7章：随机信号处理与维纳滤波理论 本章首先为读者建立随机信号处理的严格数学框架，包括宽平稳性、功率谱密度（PSD）和交叉相关函数的概念。在此基础上，我们详细推导了维纳滤波器的 Wiener-Hopf 方程，并展示了其在最优线性估计中的应用，如白化滤波和最佳线性均衡器。 第8章：自适应滤波算法的深入剖析 本书的重点算法将集中于最小均方误差（LMS）算法的收敛性分析、步长选择对性能和收敛速度的影响。更进一步，我们将详尽介绍递归最小二乘（RLS）算法，对比其在收敛速度和计算复杂度上的优劣。最后，本章将探讨这些自适应滤波器在噪声消除、回声消除和信道均衡中的实际系统级设计。 第9章：现代通信系统中的DSP实践 本章将理论与前沿应用紧密结合。我们将分析正交频分复用（OFDM）系统中对定时同步、载波频偏估计和循环前缀（CP）设计的DSP挑战。此外，还将涵盖盲源分离（BSS）中Independent Component Analysis (ICA) 的基本算法，以及在雷达和声纳信号处理中常用的匹配滤波和多普勒效应分析。 结语：面向工程实践的展望 全书的每一章都配有详尽的MATLAB/Python代码示例，这些代码不仅仅是算法的直译，更是对设计参数敏感性的可视化工具。读者通过本书的学习，将不仅掌握数字信号处理的理论框架，更能独立完成复杂的、多约束条件的DSP系统设计与验证工作。本书是面向电子工程、通信工程、计算机科学（特别是信号分析方向）的高年级本科生、研究生以及致力于提升实战能力的工程师的理想参考书。

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这本书的语言风格，我个人觉得是一种非常务实且充满激情的混合体。它既有严谨的工程术语支撑，保证了内容的准确性，又不乏一种对技术探索的热忱。作者在描述一些经典算法或关键技术突破时，会不经意地流露出他对该领域的热爱，这使得原本可能有些冰冷的技术内容变得有温度起来。例如，在讲解模糊逻辑控制在传感器融合中的应用时，作者引用了非常形象的比喻来解释“量化不确定性”的概念，让人瞬间茅塞顿开。此外，这本书在软件与硬件结合的部分处理得非常巧妙。它不仅仅停留在原理层面，还提供了大量的代码示例和伪代码，展示了如何在实际的微控制器平台上实现传感器数据的有效处理和输出。这种理论指导实践的编写方式，对于我们这些想要动手实践的人来说，无疑是提供了宝贵的“实战手册”。我几乎可以肯定，这本书的编写者是一位深谙工程实践的专家，因为他总能在关键时刻点出那些只有在实际调试中才会遇到的“坑点”。

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这本书的阅读体验是渐进式的，但其深度远超我的预期。最初，它像一位耐心的向导，带领我熟悉了基础的电子测量原理和常见的传感器接口标准，这些内容足以让一个电子工程专业的学生迅速掌握核心知识。然而，随着阅读的深入，我发现它开始探讨一些更前沿、更具挑战性的主题，比如微机电系统（MEMS）传感器的制造工艺对最终性能的影响，以及如何利用机器学习算法来对传感器数据进行异常检测和故障诊断。这些高阶内容的引入，使得这本书的适用范围不再局限于初学者，而是能有效支撑到专业工程师进行项目优化和技术升级的阶段。它成功地在“科普性”和“专业深度”之间找到了一个绝佳的平衡点。每读完一个大的模块，我都会有一种豁然开朗的感觉，不仅掌握了“做什么”，更明白了“为什么必须这样做”。总而言之，这本书不仅是一本工具书，更像是一部关于现代感知技术发展脉络的精悍史诗，极力推荐给所有对“让机器感知世界”这件事感兴趣的人士。

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这本书的封面设计得非常吸引人，那种深沉的蓝色调配上充满科技感的电路图纹理，让人一眼就能感受到它所蕴含的专业性。我本来对这个领域了解不多，只是抱着试一试的心态翻开了它。一开始，我以为会是那种枯燥乏味的教科书，充斥着晦涩难懂的公式和理论推导，但事实完全出乎我的意料。作者的叙述方式非常平易近人，他似乎有一种魔力，能将复杂的技术概念转化成生动的画面。比如，在讲解“数据采集与预处理”这一章时，他没有直接丢给我们一堆算法，而是通过一个模拟的智能家居场景，一步步引导我们去理解传感器数据如何从物理世界被捕捉、清洗，最后变成可供分析的数字信号。这种沉浸式的教学方法，极大地降低了我的入门门槛。我尤其欣赏它在案例选择上的独到眼光，那些案例并非都是实验室里不切实际的设定，而是大量来源于工业自动化、环境监测等真实世界中的应用，这让我在学习知识的同时，也建立起了对该技术应用潜力的清晰认知。整本书的排版也做得非常出色，图文并茂，重要的概念都有高亮的标注，阅读起来毫无压力，仿佛有一位经验丰富的工程师坐在旁边，耐心地为你剖析每一个难点。

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从另一个角度来看，这本书的价值在于它提供了一个极佳的参考框架，让你能够快速地评估和选择合适的传感器解决方案。在采购或设计新项目时，面对市场上琳琅满目的产品，很容易让人无从下手。然而，这本书系统地梳理了各种传感器的性能指标（精度、响应时间、稳定性、成本等）之间的权衡关系。它教导我们，最好的传感器并非最昂贵或性能参数最高的那个，而是最适合特定应用场景的那个。书中对不同传感器在极端环境（如高低温、强电磁干扰）下的表现对比分析，非常客观和中肯，没有夸大任何一种技术的优势。我特别喜欢其中关于“传感器标定与漂移补偿”的章节，这部分内容在很多入门书籍中常被一笔带过，但这本书却用相当的篇幅，详细讲解了如何建立有效的模型来应对长期使用中的性能衰减问题。这体现了作者对工程实践中长期可靠性问题的深刻洞察力，这也是区分一本优秀技术书籍和普通书籍的关键所在。

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我对这本书的结构安排感到非常惊喜，它不像有些技术书籍那样将知识点堆砌在一起，而是构建了一个非常逻辑严密的知识体系。从最基础的传感器分类、工作原理，到中级的信号调理和接口技术，再到高级的系统集成与嵌入式开发，每一步的衔接都显得水到渠成。读完关于不同类型传感器（比如光电、压力、温度等）的章节后，我不再满足于停留在“它能测量什么”的层面，而是开始深入探究“它是如何精确测量的”以及“在不同工况下它的局限性在哪里”。作者在每一个技术点上都做了深入的挖掘，这一点对于追求细节的读者来说简直是福音。书中对“噪声抑制”的探讨尤为深入，作者并没有简单地介绍几种滤波方法，而是详细分析了不同噪声源的特性，并结合实际电路图展示了如何进行针对性的优化设计。这种由表及里，由现象到本质的分析路径，极大地提升了我对系统鲁棒性设计的理解深度。我甚至发现，自己看待身边各种电子产品时，都会不自觉地去分析它们内部可能采用了哪些传感器技术，这本书无疑拓宽了我的技术视野和批判性思维。

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