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出版者:

作者:Ramakalyan

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2005-1

价格:$ 90.40

装帧:

isbn号码:9780195670011

丛书系列:

图书标签:

• 电路分析
• 线性电路
• 电路理论
• 模拟电路
• 电子工程
• 电气工程
• 电路设计
• 信号处理
• 基础电路
• 电路

现代信号处理基础：从理论到实践 作者： [此处可插入一位或多位资深工程学者的名字] 出版社： [此处可插入一家权威的学术或专业技术出版社名称] ISBN： [此处可插入一个虚构的或示例性的ISBN] 页数： 约 850 页 定价： [此处可插入一个示例价格] --- 内容概要 本书《现代信号处理基础：从理论到实践》旨在为电子工程、通信工程、计算机科学以及物理学等领域的学生和专业人士提供一个全面、深入且实用的信号处理知识体系。我们避开了对基础线性电路理论的过度依赖，而是将重点聚焦于信号在离散时间域和频域中的抽象表示、分析方法、高效算法以及在现代工程系统中的应用。 本书结构严谨，内容涵盖了从基本的离散时间系统理论到最前沿的自适应滤波和高维信号分析技术。我们强调数学严谨性与实际工程实现的紧密结合，确保读者不仅理解“如何做”，更能深刻理解“为什么这样做”。 第一部分：离散时间系统的数学基础 (Systems and Transformations) 本部分为后续高级主题奠定了坚实的数学基础，主要围绕离散化和频域分析工具展开。 第 1 章：离散时间信号与系统概述 本章首先界定离散时间信号（DTS）与连续时间信号（CTS）的区别，重点探讨信号的采样、量化过程及其带来的信息损失与失真（如混叠现象）。随后，引入离散时间系统（DTS）的数学模型，包括线性时不变系统（LTI）的定义。着重讨论系统的基本性质，如因果性、稳定性（BIBO稳定性），并使用差分方程来描述系统的动态行为，为后续的卷积和变换奠定基础。 第 2 章：离散时间卷积与系统响应 深入探讨离散时间信号的卷积运算，这是分析LTI系统响应的核心工具。本章详细推导了系统的脉冲响应函数（Impulse Response），并展示了如何利用该响应来预测任意输入信号通过系统的输出。讨论了卷积和的数值实现效率问题，并初步引入了分块处理的概念，为傅里叶分析的计算复杂性做铺垫。 第 3 章：Z 变换：离散系统的代数表示 Z 变换被视为拉普拉斯变换在离散系统中的对应物，是分析离散时间系统稳定性和因果性的关键。本章详细定义了单边和双边 Z 变换，并详细分析了收敛域（ROC）对系统特性的决定性影响。重点讲解了系统的传递函数 $H(z)$，如何通过 $H(z)$ 快速判断系统的稳定性、零点和极点的位置与系统响应之间的关系。同时，阐述了反 Z 变换的数值计算方法。 第 4 章：离散傅里叶变换 (DFT) 及其性质 DFT 是将信号从时间域转换到频域的核心工具。本章精确定义了 DFT 及其逆变换 (IDFT)，并详细分析了其周期性、线性性、共轭对称性等关键性质。本章着重于频谱分析的物理意义，解释了如何通过 DFT 观察信号中包含的频率成分、带宽限制以及能量分布。区别于传统的频谱仪分析，本章强调 DFT 结果的解释性，特别是泄漏现象（Leakage Effect）的成因分析。 第二部分：高效算法与滤波器设计 (Computation and Filtering) 本部分聚焦于如何高效地计算傅里叶变换，并应用这些工具设计出满足特定性能要求的信号处理系统，特别是数字滤波器。 第 5 章：快速傅里叶变换 (FFT) 算法 DFT 的直接计算复杂度是 $O(N^2)$，这在处理大数据流时是不可接受的。本章全面深入地讲解了快速傅里叶变换 (FFT) 的原理，特别是 Cooley-Tukey 算法（蝶形运算）的分解思想和不同实现结构（如按时间抽取和按频率抽取）。详细分析了 FFT 的计算复杂度降为 $O(N log N)$ 的原理，并探讨了实际应用中对零填充（Zero Padding）和窗函数选择的要求。 第 6 章：数字滤波器理论：IIR 与 FIR 本章是信号处理应用的核心。首先区分了无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器的结构、优缺点及设计限制。 FIR 滤波器设计： 详细介绍窗函数法（如 Hamming, Blackman 等）的设计流程、过渡带宽度与阻带衰减之间的权衡，以及最优幅度设计方法（如 Parks-McClellan 算法的原理介绍）。 IIR 滤波器设计： 重点介绍从连续时间滤波器（如 Butterworth, Chebyshev）到离散时间滤波器的双线性变换 (Bilinear Transformation) 方法，并讨论了频率预畸变（Pre-warping）的必要性。 第 7 章：滤波器性能分析与实现 本章关注滤波器的实际性能指标，如群延迟、相位线性度（FIR 滤波器的天然优势）、通带纹波和阻带衰减。探讨了量化效应对滤波器实现的影响，引入了定点运算（Fixed-Point Arithmetic）的概念，分析了舍入误差和溢出对滤波器稳定性和响应精度的潜在影响。 第三部分：高级主题与应用 (Advanced Topics and Applications) 本部分拓展到更复杂的信号模型和现代工程中不可或缺的高级处理技术。 第 8 章：随机信号处理基础 本章将处理从确定性信号到随机过程的过渡。引入随机过程的数学描述（均值、自相关函数、功率谱密度 PSD）。重点阐述了维纳-辛钦定理 (Wiener-Khinchin Theorem)，即功率谱密度是自相关函数的傅里叶变换。分析了随机过程通过LTI系统的输出统计特性，为后续的噪声抑制和最佳估计奠定基础。 第 9 章：谱分析方法：超越 DFT 虽然 DFT 非常强大，但在处理非平稳信号时存在局限性。本章深入探讨了更高分辨率的谱分析方法： 周期图法 (Periodogram)： 分析其固有的高方差问题。 Welch 平均法： 通过分段平均来降低方差，提高谱估计的平滑度。 高分辨率谱估计： 简要介绍参数化模型方法，如 Burg 算法（最大熵谱估计）和子空间方法（如 MUSIC），这些方法在雷达和声纳等领域有重要应用。 第 10 章：自适应滤波与系统辨识 本章是面向现代控制和通信系统的关键内容。引入了自适应滤波器的概念，即滤波器系数能根据输入信号的统计特性自动调整。核心内容集中在最小均方误差 (LMMSE) 准则下的算法，特别是 LMS (Least Mean Squares) 算法的收敛性分析、步长选择对稳定性和收敛速度的影响。探讨了自适应滤波器的典型应用，如回声消除、噪声消除和信道均衡。 第 11 章：多速率信号处理与过采样技术 随着数据采集和转换技术的发展，多速率处理成为核心技术之一。本章详细介绍抽取 (Decimation) 和插值 (Interpolation) 过程，以及如何使用单相滤波器组（Polyphase Filter Banks）实现高效的信号重构与分解。深入分析了 $Sigma-Delta$ 调制器的原理，解释了过采样技术如何有效地将量化噪声推向高频区域，从而提高模数转换器的有效分辨率。 本书特色 1. 强调算法效率： 贯穿全书，从 FFT 到自适应滤波器，均强调计算复杂度和实时性约束。 2. 实践导向： 每章后均附有基于 [此处可插入 MATLAB, Python (NumPy/SciPy), 或 C++ 库] 的实现案例和仿真练习，帮助读者将理论知识转化为可运行的代码。 3. 理论深度： 严格推导了 Z 变换、W-K 定理和收敛性分析，确保读者对底层机制有深刻理解。 本书适用于高等院校电子信息类专业高年级本科生、研究生，以及从事通信、雷达、图像处理、医疗仪器等领域的工程师和研究人员。掌握本书内容，将使读者具备设计、分析和实现现代数字信号处理系统的能力。

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说实话，这本书的开篇给我一种“意料之中”的感觉，感觉它非常忠实于传统的电路分析课程大纲。开头部分对欧姆定律、电阻、电容和电感的描述非常详尽，对于初学者来说，这无疑是一个稳固基础的好起点。但是，作为一名已经学过基础电路的读者，我希望能更快地进入更高阶的主题。我快速浏览了一下目录，发现对瞬态响应和二阶系统的分析似乎占据了相当大的篇幅，这部分内容确实是掌握动态电路的关键。我特别留意了一下关于拉普拉斯变换在电路分析中应用的章节，如果作者能在这块深入探讨其在求解微分方程组时的便捷性，那将极大地提升解决实际问题的效率。我总觉得，很多教材在这里的处理都显得有些蜻蜓点水，希望这本能有所突破，真正教会我们如何利用这种强大的数学工具来简化复杂的时域问题，而不是仅仅停留在公式的代入层面。

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这本书的插图和示意图的质量简直是令人发指的低劣。我不知道是印刷技术的问题还是原作者的设计水平就停留在上个世纪，很多电路图看起来模糊不清，线条交叉混乱，有几次我不得不对照着旁边的文字描述，反复揣摩那个元件到底应该连接在哪里。这种视觉上的障碍极大地影响了学习的流畅性。一个好的电路教材，其图形表达能力应该和文字叙述同等重要，因为电路本身就是一种图形化的语言。例如，在讲解戴维南定理时，如果能配上清晰的、步骤分明的图形分解图，理解起来会直观得多。我希望作者在后续的修订中，能彻底翻新所有的插图，特别是那些涉及三维空间感或者复杂连接的图形，清晰度是不可妥协的底线，否则，这本书的价值就会大打折扣。

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这本书的习题设置是我认为其最大的亮点所在，这也是我决定继续深入研读下去的主要原因。大量的、不同难度的习题被巧妙地穿插在各个知识点之后，而且，更难能可贵的是，它似乎没有刻意追求题目的数量，而是注重了质量。很多问题都设计得非常巧妙，需要你综合运用前几章学到的知识点，而不是简单地套用一个公式就能解决。我特别喜欢那些需要你进行“假设-验证”的开放性问题，它们迫使你不仅仅满足于求得一个数值答案，更重要的是去理解背后的物理意义和设计权衡。虽然我还没有看到后面的答案解析，但光是题目本身的设计水平，就足以让这本书在众多教材中脱颖而出，它真正地在训练读者的“工程师思维”，而不是仅仅成为一个会做计算题的机器。

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我注意到这本书在讨论功率和能量传输的部分显得有些过于保守和理论化了。虽然对平均功率、无功功率这些基本概念的解释是无可挑剔的，但它似乎完全忽略了现代电子设备中普遍存在的非线性负载问题。在如今这个充斥着开关电源和变频驱动器的时代，简单地使用RMS值和功率因数来评估系统效率已经远远不够了。我期待看到关于谐波失真（THD）的分析，以及如何使用傅里叶级数来处理非正弦周期性电流和电压对电路中元件的影响。如果这本书能提供一些关于如何使用网络分析仪进行实际功率测量的案例或者探讨一下无功功率补偿在电网优化中的实际应用，那就真正跟得上时代脉搏了。目前的描述，感觉就像是停留在20世纪70年代的电力系统分析教材。

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这本书的包装设计倒是挺有意思，那种带着点复古味道的深蓝色封皮，中间用烫金字体印着书名，乍一看还以为是什么老派的哲学著作呢。拿到手里沉甸甸的，感觉内容一定很扎实。我翻开扉页，里面的排版布局干净利落，章节之间的过渡也很顺滑，这让我对阅读体验充满了期待。不过，我个人对那些过于理论化、充满复杂数学推导的书籍通常敬而远之，我更偏爱那些能将抽象概念与实际应用紧密结合的教材。我希望这本书能像一位经验丰富的老工程师在旁边手把手地教你，而不是冷冰冰地堆砌公式。如果它能用生活中的例子来阐释基尔霍夫定律或者节点电压法，那就太棒了。我对电路理论本身并不陌生，但总感觉自己在大规模系统分析上还欠缺火候，期待这本书能在那些高阶的分析技巧上给我带来一些启发，比如如何高效地处理耦合电感或者非正弦激励下的稳态分析，这些都是我在实际工作中经常遇到的瓶颈。

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