MATLAB 信號處理, 2/e
沈再陽
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商品描述
本書以MATLAB R2020a為平臺，面向初中級讀者，由淺入深地講解MATLAB在信號處理中的應用知識。本書按邏輯編排，自始至終採用實例描述，內容完整且每章相對獨立，是一本全面講解MATLAB信號處理的工具書。 全書分為3個部分共15章。第1部分介紹MATLAB的基礎知識，涵蓋MATLAB基本語法概念、程序設計方法、圖形繪制技巧等；第2部分介紹數字信號處理基本理論及其MATLAB實現，涵蓋信號處理基礎、信號變換、IIR濾波器的設計、FIR濾波器設計、其他濾波器、小波在信號處理中的應用等；第3部分為基於MATLAB信號處理的具體應用，涵蓋的內容有基於MATLAB的語音信號處理、通信信號處理、雷達信號處理以及信號處理的工具應用等內容。 本書以實用為目標，深入淺出，實例引導，講解翔實，適合作為理工科高等院校本科生、研究生教學用書，也可作為廣大科研工程技術人員的參考書。
目錄大綱
第一部分 MATLAB 基礎知識
第 1 章 初識 MATLAB.. 3
1.1 工作環境.. 3
1.1.1 操作界面簡介 .. 3
1.1.2 命令行窗口 4
1.1.3 命令歷史記錄窗口. 6
1.1.4 當前文件夾窗口和路徑管理 . 8
1.1.5 搜索路徑 8
1.1.6 工作區窗口和數組編輯器 10
1.1.7 變量的編輯命令 .. 11
1.1.8 存取數據文件 12
1.2 幫助系統 13
1.2.1 純文本幫助. 13
1.2.2 幫助導航 . 13
1.2.3 示例幫助 . 14
1.3 本章小結 14
第 2 章 MATLAB基礎 15
2.1 基本概念 15
2.1.1 數據類型概述 15
2.1.2 整數類型 . 16
2.1.3 浮點數類型. 18
2.1.4 常量與變量. 19
2.1.5 標量、向量、矩陣與數組 20
2.1.6 字符型數據. 21
2.1.7 運算符.. 22
2.1.8 復數 24
2.1.9 無窮量和非數值量.. 25
2.2 向量. 25
2.2.1 向量的生成. 26
2.2.2 向量的加減和數乘運算 27
2.2.3 向量的點積和叉積運算 28
14 MATLAB 信號處理（第 2 版）
2.3 數組. 30
2.3.1 數組的創建和操作.. 30
2.3.2 數組的常見運算 .. 33
2.4 矩陣. 37
2.4.1 矩陣生成 . 37
2.4.2 向量的生成. 40
2.4.3 矩陣加減運算 41
2.4.4 矩陣乘法運算 42
2.4.5 矩陣的除法運算 .. 43
2.4.6 矩陣的分解運算 .. 43
2.5 字符串 44
2.5.1 字符串變量與一維字符數組 .. 44
2.5.2 對字符串的多項操作 . 45
2.5.3 二維字符數組 46
2.6 符號. 48
2.6.1 符號表達式的生成.. 48
2.6.2 符號矩陣 . 48
2.6.3 常用符號運算 49
2.7 關系運算和邏輯運算 .. 50
2.7.1 關系運算 . 50
2.7.2 邏輯運算 . 51
2.7.3 常用函數 . 53
2.8 復數. 54
2.8.1 復數和復矩陣的生成 . 55
2.8.2 復數的運算. 56
2.9 數據類型間的轉換 56
2.10 本章小結. 58
第 3 章 程序設計.. 59
3.1 MATLAB 編程概述 59
3.1.1 編輯器窗口. 59
3.1.2 編程原則 . 61
3.2 M 文件和函數 . 62
3.2.1 M 文件.. 62
3.2.2 匿名函數 . 64
3.2.3 主函數與子函數 .. 65
3.2.4 重載函數 . 66
3.2.5 eval、feval 函數 66
3.2.6 內聯函數 . 68
3.2.7 向量化和預分配 .. 70
目 錄 15
3.2.8 函數參數傳遞 71
3.3 程序控制 73
3.3.1 分支控制語句 74
3.3.2 循環控制語句 75
3.3.3 其他控制語句 78
3.4 程序調試和優化. 82
3.4.1 程序調試命令 82
3.4.2 常見錯誤類型 83
3.4.3 效率優化 . 86
3.4.4 內存優化 . 87
3.5 本章小結 88
第 4 章 圖形繪制.. 89
4.1 數據圖像繪制簡介 89
4.1.1 離散數據可視化 .. 89
4.1.2 連續函數可視化 .. 91
4.2 二維繪圖 93
4.2.1 二維圖形繪制 93
4.2.2 二維圖形的修飾 .. 95
4.2.3 子圖繪製法101
4.2.4 二維繪圖的經典應用 103
4.3 三維繪圖..107
4.3.1 三維繪圖函數 ..107
4.3.2 隱藏線的顯示和關閉 110
4.3.3 三維繪圖的實際應用 111
4.4 特殊圖形繪制 112
4.4.1 繪制特殊二維圖形.112
4.4.2 繪制特殊三維圖形.113
4.5 本章小結..116
第二部分 信號處理理論
第 5 章 信號處理基礎.. 119
5.1 離散時間信號的概念 .119
5.1.1 序列的定義119
5.1.2 採樣定理 120
5.2 典型離散時間序列 ..122
5.2.1 單位沖激序列 ..122
5.2.2 單位階躍序列 ..123
5.2.3 矩形序列 124
16 MATLAB 信號處理（第 2 版）
5.2.4 正弦序列 125
5.2.5 實指數序列126
5.2.6 復指數序列127
5.2.7 周期序列 128
5.3 信號基本運算 128
5.3.1 序列相加與相乘 .128
5.3.2 序列值累加與乘積.130
5.3.3 序列翻轉與移位 .130
5.3.4 連續信號的尺度變換 132
5.3.5 連續信號的奇偶分解 133
5.3.6 信號的積分和微分.134
5.3.7 捲積運算 136
5.4 信號波形的產生136
5.4.1 隨機信號函數 ..136
5.4.2 方波函數 137
5.4.3 非周期方波函數 .137
5.4.4 三角波函數138
5.4.5 非周期三角波函數.139
5.4.6 sinc 函數.140
5.4.7 diric 函數 140
5.4.8 高斯調制正弦脈沖信號函數 .141
5.4.9 沖激串函數142
5.4.10 線性調頻函數 143
5.4.11 高斯單脈沖函數145
5.5 線性連續時間系統的時域分析..146
5.5.1 零狀態與零輸入的求解分析 .146
5.5.2 數值求解 147
5.5.3 沖激響應和階躍響應分析..148
5.5.4 捲積求解 150
5.6 離散時間系統 151
5.6.1 離散時間系統概述.151
5.6.2 離散時間系統響應.152
5.6.3 離散時間系統的沖激響應和階躍響應..153
5.6.4 離散時間信號的捲積和運算 .154
5.6.5 離散時間系統模型.156
5.6.6 離散系統模型變換.157
5.7 本章小結..166
第 6 章 信號變換 167
6.1 Z 變換概述..167
目 錄 17
6.1.1 Z 變換的定義167
6.1.2 Z 變換的收斂域 ..168
6.1.3 Z 逆變換 .169
6.1.4 Z 變換的性質171
6.2 離散系統中的 Z 域描述.174
6.2.1 離散系統函數頻域分析 ..175
6.2.2 離散系統函數零點分析 ..177
6.2.3 離散系統差分函數求解 ..179
6.3 傅里葉變換概述182
6.3.1 傅里葉級數和傅里葉變換..182
6.3.2 周期序列的離散傅里葉級數 .183
6.3.3 離散傅里葉變換 .183
6.3.4 離散傅里葉變換的性質 ..186
6.4 頻率域採樣 .187
6.4.1 頻率響應的混疊失真 187
6.4.2 頻譜泄漏 188
6.4.3 柵欄效應 188
6.4.4 頻率分辨率188
6.5 快速傅里葉變換190
6.5.1 直接計算 DFT的問題及改進途徑..190
6.5.2 基 2 時分的 FFT算法191
6.5.3 基 2 頻分的 FFT算法192
6.5.4 快速傅里葉變換函數 193
6.6 離散餘弦變換 199
6.6.1 一維離散餘弦變換.199
6.6.2 二維離散餘弦變換.199
6.6.3 離散餘弦變換函數.200
6.7 Chirp Z 變換 201
6.8 本章小結..204
第 7 章 IIR 濾波器設計 205
7.1 數字濾波器概述205
7.1.1 濾波器的原理 ..205
7.1.2 濾波器的分類 ..206
7.1.3 數字濾波器表達方式 207
7.1.4 濾波函數 207
7.2 IIR 濾波器結構 .212
7.2.1 直接型.212
7.2.2 級聯型.215
7.2.3 並聯型.220
18 MATLAB 信號處理（第 2 版）
7.3 模擬濾波器原型設計 .225
7.3.1 巴特沃斯濾波器 .226
7.3.2 切比雪夫Ⅰ型濾波器 234
7.3.3 切比雪夫 II 型濾波器 ..238
7.3.4 橢圓濾波器243
7.4 模擬濾波器頻率變換 .246
7.4.1 低通到低通246
7.4.2 低通到高通249
7.4.3 低通到帶通251
7.4.4 低通到帶阻253
7.5 IIR 濾波器的頻率變換 ..255
7.5.1 頻率移位變換 ..255
7.5.2 實低通到實低通 .258
7.5.3 實低通到實高通 .259
7.5.4 低通到帶通260
7.5.5 低通到帶阻262
7.5.6 低通到多帶265
7.5.7 低通到多點268
7.5.8 復帶通到復帶通 .271
7.6 模擬濾波器的離散化 .272
7.6.1 沖激響應不變法 .272
7.6.2 雙線性變換法 ..276
7.7 頻率響應函數 282
7.8 本章小結..285
第 8 章 FIR濾波器設計 . 286
8.1 FIR 濾波器的結構286
8.1.1 直接型結構286
8.1.2 級聯型結構287
8.1.3 頻率採樣型結構 .288
8.1.4 快速捲積型結構 .293
8.2 線性相位 FIR 濾波器的特性 ..293
8.2.1 相位條件 293
8.2.2 線性相位 FIR 濾波器頻率響應的特點 .294
8.2.3 線性相位 FIR 濾波器的零點特性302
8.3 窗函數法設計 FIR 濾波器 304
8.3.1 窗函數的基本原理.304
8.3.2 矩形窗.305
8.3.3 三角窗.307
8.3.4 漢寧窗.308
目 錄 19
8.3.5 海明窗.310
8.3.6 布萊克曼窗313
8.3.7 巴特窗.315
8.3.8 凱塞窗.317
8.3.9 窗函數設計法 ..318
8.3.10 濾波器設計函數320
8.4 頻率採樣的 FIR 濾波器設計 ..327
8.4.1 設計方法 327
8.4.2 誤差設計 328
8.5 FIR 濾波器的最優設計..331
8.5.1 均方誤差最小化準則 331
8.5.2 最大誤差最小化準則 331
8.5.3 切比雪夫最佳一致逼近 ..331
8.5.4 約束最小二乘法 .334
8.6 FIR 濾波器設計函數 ..335
8.6.1 firpm 函數 ..335
8.6.2 firpmord 函數 336
8.6.3 cfirpm 函數 337
8.6.4 firls 函數 .339
8.6.5 fircls 函數 ..340
8.6.6 fircls1 函數.341
8.6.7 sgolay 函數.342
8.7 本章小結..343
第 9 章 其他濾波器 .. 344
9.1 維納濾波器 .344
9.1.1 理論基礎 344
9.1.2 MATLAB 實現..345
9.2 卡爾曼濾波器 348
9.2.1 理論基礎 348
9.2.2 MATLAB 實現..349
9.3 自適應濾波器 350
9.3.1 理論基礎 351
9.3.2 MATLAB 實現..351
9.4 格型濾波器 .353
9.4.1 全零點格型濾波器.354
9.4.2 全極點格型濾波器.356
9.4.3 零極點的格型結構.356
9.5 線性預測濾波器358
9.5.1 AR 模型..358
20 MATLAB 信號處理（第 2 版）
9.5.2 MA 模型 .363
9.5.3 ARMA 模型365
9.6 本章小結..368
第 10 章 隨機信號處理 369
10.1 隨機信號處理基礎 369
10.1.1 時域統計描述.369
10.1.2 平穩隨機序列及其數字特徵371
10.1.3 平穩隨機序列的功率譜 .372
10.1.4 隨機信號處理函數 ..373
10.2 非參數估計法..378
10.2.1 周期圖法 ..378
10.2.2 修正周期圖法.380
10.2.3 Welch 法382
10.2.4 多窗法386
10.2.5 基於經典譜估計的系統辨識388
10.3 參數估計法 ..391
10.3.1 Yule-Walker 法..391
10.3.2 Burg 法 ..393
10.3.3 協方差和修正協方差法 .396
10.4 子空間法397
10.5 本章小結399
第 11 章 小波信號分析 400
11.1 小波分析概述..400
11.1.1 小波變換與傅里葉變換的比較 ..400
11.1.2 多分辨分析 .402
11.1.3 小波變換 ..403
11.1.4 小波包分析 .406
11.1.5 幾種常用的小波 407
11.2 信號的重構 ..409
11.2.1 idwt 函數 ..409
11.2.2 wavedec 函數 ..410
11.2.3 upcoef 函數..411
11.2.4 upwlev 函數 .412
11.2.5 wrcoef 函數 ..413
11.2.6 wprec 函數414
11.2.7 wprcoef 函數 ..414
11.3 提升小波變換用於信號處理.415
11.4 信號去噪422
11.4.1 信號閾值去噪.422
目 錄 21
11.4.2 常用的去噪函數 423
11.5 小波變換在信號處理中的應用 427
11.5.1 分離信號的不同成分..428
11.5.2 識別信號的頻率區間與發展趨勢..431
11.5.3 圖像信號的局部壓縮..432
11.5.4 數字水印應用.434
11.6 本章小結436
第三部分 信號處理實踐
第 12 章 語音信號處理 439
12.1 語音信號產生的過程439
12.2 語音信號產生的數學模型 .440
12.2.1 激勵模型 ..440
12.2.2 聲道模型 ..441
12.2.3 輻射模型 ..442
12.2.4 數字化和預處理 442
12.3 語音信號分析和濾波處理 .445
12.3.1 語音信號的採集 445
12.3.2 語音信號的讀入與打開 .445
12.3.3 語音信號分析.446
12.3.4 含噪語音信號的合成..447
12.3.5 濾波器的設計.449
12.4 語音信號處理中的小波變換.456
12.4.1 語音信號增強.457
12.4.2 語音信號壓縮.458
12.5 本章小結459
第 13 章 通信信號處理 460
13.1 幅度調制460
13.1.1 DSB-AM 調制.460
13.1.2 普通 AM 調制 .461
13.1.3 SSB-AM 調制 .462
13.1.4 殘留邊帶幅度調制 ..464
13.2 角度調制464
13.3 數字調制466
13.3.1 FSK 調制 ..466
13.3.2 PSK 調制 ..467
13.3.3 QAM 調制.468
13.4 自適應均衡 ..470
22 MATLAB 信號處理（第 2 版）
13.4.1 遞推最小二乘算法 ..470
13.4.2 盲均衡算法 .472
13.5 本章小結475
第 14 章 雷達信號處理 476
14.1 雷達基本原理概述 476
14.2 雷達的用途 ..476
14.2.1 雙/多基地雷達477
14.2.2 相控陣雷達 .477
14.2.3 寬帶/超寬帶雷達 ..477
14.2.4 合成孔徑雷達.477
14.2.5 毫米波雷達 .478
14.2.6 激光雷達 ..478
14.3 線性調頻脈沖壓縮雷達模擬.478
14.3.1 匹配濾波器 .478
14.3.2 線性調頻信號.479
14.3.3 相位編碼信號.481
14.3.4 噪聲和雜波的產生 ..482
14.3.5 雜波建模 ..485
14.4 動目標的顯示與檢測489
14.5 本章小結494
第 15 章 信號處理工具 495
15.1 SPTool工具 ..495
15.1.1 主窗口495
15.1.2 導入數據 ..496
15.1.3 信號瀏覽器 .497
15.1.4 濾波瀏覽器 .497
15.1.5 頻譜瀏覽器 .499
15.2 濾波器設計器..499
15.2.1 IIR 濾波器的設計 .501
15.2.2 FIR 濾波器的設計 502
15.3 信號分析工具..503
15.3.1 選擇要分析的信號 ..503
15.3.2 預處理信號 .504
15.3.3 探查信號 ..504
15.4 本章小結506
參考文獻 .. 507
