MATLAB信號處理與應用

本書以MATLAB R2020a版本為基礎，系統地討論數位信號處理的基本理論、基本分析方法、基本演算法和設計方法，是一本比較全面的MATLAB信號處理參考書。本書共10章，全面系統地闡述數位信號處理的相關知識，包括MATLAB基礎、離散時間信號與系統、Z變換、傅裡葉變換、IIR濾波器的設計、FIR濾波器的設計、自我調整濾波器的設計、隨機信號處理、小波分析、資訊處理中的應用等。此外還給出了MATLAB在信號處理中的一些簡單應用。
 
本書內容豐富，講解深入淺出，可作為電子工程、電腦工程、信號處理以及通信工程等專業的本科生和研究生的參考書，也適合工程技術人員參考。

第1章 MATLAB基礎 1
1.1 MATLAB概述 1
1.1.1 什麼是MATLAB 1
1.1.2 MATLAB語言的特點 2
1.1.3 MATLAB系統 4
1.2 MATLAB的基本操作與應用 5
1.2.1 操作介面概述 5
1.2.2 命令列窗口 5
1.2.3 當前資料夾視窗和路徑管理 6
1.2.4 工作區視窗和陣列編輯器 6
1.2.5 變數的編輯命令 7
1.2.6 繪圖命令 8
1.2.7 MATLAB程式的控制流語句 9
1.2.8 M文件 10
1.3 MATLAB説明系統 11
1.3.1 純文字説明資訊 11
1.3.2 幫助導航 11
1.3.3 示例幫助 12
1.4 本章小結 12
 
第2章 離散時間信號與系統 13
2.1 離散序列 13
2.1.1 單位採樣序列 13
2.1.2 單位階躍序列 15
2.1.3 矩形序列 16
2.1.4 正弦序列 16
2.1.5 實指數序列 17
2.1.6 複指數序列 18
2.1.7 週期序列 19
2.2 信號的產生 20
2.2.1 方波函數 21
2.2.2 隨機函數 21
2.2.3 三角波函數 22
2.2.4 sinc函數 23
2.2.5 線性調頻函數 23
2.2.6 diric函數 24
2.2.7 rectpuls函數 25
2.2.8 tripuls函數 25
2.2.9 pulstran函數 26
2.2.10 gauspuls函數 27
2.3 信號的運算 27
2.3.1 信號的時移、反折和尺度變換 27
2.3.2 信號的加法和乘法運算 29
2.3.3 信號的奇偶分解 31
2.3.4 信號的積分和微分 32
2.4 連續時間系統的時域分析 33
2.4.1 連續時間系統求解 33
2.4.2 連續時間系統數值求解 34
2.4.3 連續時間系統符號求解 36
2.4.4 連續時間系統磁碟區積求解 37
2.5 離散時間信號的運算 38
2.5.1 離散時間系統回應 38
2.5.2 離散時間系統的衝激回應和階躍回應 39
2.5.3 離散時間信號的卷積和運算 40
2.6 離散時間系統 43
2.6.1 離散時間系統概述 43
2.6.2 離散時間系統的描述方法 44
2.6.3 採樣定理 45
2.7 本章小結 50
 
第3章 Z變換 51
3.1 Z變換概述 51
3.1.1 Z變換的定義 51
3.1.2 Z變換的收斂域 52
3.2 Z反變換 53
3.3 Z變換的性質 55
3.4 Z變換在離散系統中的應用 59
3.4.1 Z域系統函數零點分析 59
3.4.2 Z域系統函數頻域分析 64
3.4.3 Z域系統差分函數求解 67
3.5 本章小結 70
 
第4章 傅裡葉變換 71
4.1 傅裡葉變換的形式 71
4.2 序列的傅裡葉變換 72
4.2.1 週期序列的離散傅裡葉級數 72
4.2.2 非週期序列和週期序列的關係 73
4.2.3 有限長序列的線性卷積和圓周卷積 75
4.2.4 有限長序列的傅裡葉表示 75
4.3 離散傅裡葉變換 77
4.3.1 傅裡葉級數和傅裡葉變換 77
4.3.2 離散傅裡葉級數的性質 80
4.3.3 離散傅裡葉變換的性質 82
4.3.4 頻率採樣 82
4.4 快速傅裡葉變換 86
4.4.1 按時間抽取的FFT演算法 86
4.4.2 按頻率抽取的FFT演算法 89
4.4.3 快速傅裡葉變換的MATLAB實現 90
4.5 Chirp-Z變換 94
4.6 傅裡葉變換的應用 96
4.6.1 離散傅裡葉反變換 96
4.6.2 線性卷積的FFT求法 102
4.6.3 相關係數的快速求法 103
4.7 離散余弦變換 104
4.8 Gabor函數 105
4.8.1 Gabor函式定義 106
4.8.2 Gabor函數的一般求法 107
4.8.3 Gabor變換的解析理論 107
4.9 本章小結 110
 
第5章 IIR濾波器的設計 111
5.1 數字濾波器概述 111
5.1.1 濾波器的分類 111
5.1.2 濾波器設計步驟 124
5.2 常用的模擬低通濾波器的特性 125
5.2.1 振幅平方函數 125
5.2.2 模擬濾波器原型 126
5.3 根據類比濾波器設計IIR濾波器 143
5.3.1 脈衝回應不變法 143
5.3.2 雙線性變換法 148
5.4 從類比濾波器低通模型到數位濾波器 151
5.4.1 低通變換 152
5.4.2 高通變換 153
5.4.3 帶通變換 154
5.4.4 帶阻變換 155
5.5 從低通數位濾波器到各種數位濾波器的頻率變換 155
5.5.1 低通?低通 156
5.5.2 低通?高通 157
5.5.3 低通?帶通 159
5.5.4 低通?帶阻 160
5.6 本章小結 160
 
第6章 FIR濾波器的設計 161
6.1 FIR濾波器的結構 161
6.1.1 直接型結構 162
6.1.2 級聯型結構 162
6.1.3 頻率採樣型結構 162
6.2 線性相位FIR濾波器的特性 167
6.2.1 相位條件 168
6.2.2 線性相位濾波器頻率響應的特點 168
6.2.3 線性相位濾波器的零點特性 176
6.3 基本窗函數FIR濾波器的設計 177
6.3.1 窗函數的基本原理 177
6.3.2 矩形窗 181
6.3.3 漢寧窗 183
6.3.4 漢明窗 189
6.3.5 布萊克曼窗 193
6.3.6 凱塞?貝塞爾窗 195
6.3.7 窗函數設計法 197
6.4 頻率採樣的FIR濾波器的設計 199
6.4.1 設計方法 199
6.4.2 約束條件 199
6.4.3 誤差設計 200
6.5 FIR數位濾波器的 設計 206
6.5.1 小均方誤差準則 206
6.5.2 誤差 小化準則 207
6.5.3 切比雪夫 一致逼近 207
6.6 FIR與IIR數字濾波器的比較 212
6.7 本章小結 213
 
第7章 其他濾波器 214
7.1 維納濾波器 214
7.1.1 維納濾波器的基本原理 214
7.1.2 維納濾波器實現 220
7.2 卡爾曼濾波器 223
7.2.1 卡爾曼濾波器的基本原理 223
7.2.2 擴展卡爾曼濾波器和無跡卡爾曼濾波器 227
7.3 自我調整濾波器 241
7.3.1 自我調整濾波器的基本原理 241
7.3.2 格型自我調整濾波器 247
7.3.3 LS自我調整濾波器 251
7.4 本章小結 251
 
第8章 隨機信號處理 252
8.1 隨機信號處理基礎 252
8.1.1 隨機信號的基本定義 252
8.1.2 離散隨機信號的統計描述 252
8.1.3 平穩隨機序列及其數位特徵 255
8.1.4 平穩隨機序列的功率譜 256
8.1.5 隨機序列的各態歷經性 257
8.1.6 特定的隨機序列 257
8.1.7 MATLAB在隨機信號處理中的基本應用 257
8.2 隨機信號的頻譜分析 260
8.2.1 非參量類方法 262
8.2.2 參數法 269
8.2.3 子空間法 272
8.3 隨機信號系統處理模型 273
8.3.1 AR(1)模型 273
8.3.2 AR(2)模型 274
8.3.3 AR(p)模型 274
8.3.4 MA模型 280
8.3.5 ARMA模型 282
8.4 本章小結 286
 
第9章 小波分析 287
9.1 信號的小波變換 287
9.1.1 信號的連續小波變換 287
9.1.2 信號的離散小波變換 288
9.1.3 信號的小波包 290
9.1.4 常用的小波函數 292
9.2 信號分析 294
9.2.1 信號的重構 294
9.2.2 提升小波在信號中的應用 297
9.3 信號去噪 301
9.3.1 小波閾值去噪 302
9.3.2 小波消噪閾值的選取規則 305
9.4 小波分析和傅裡葉分析的比較 306
9.5 本章小結 308
 
第10章 信號處理中的應用 309
10.1 暫態混合盲信號分離 309
10.1.1 盲信號分離方法 309
10.1.2 主成分分析 313
10.1.3 獨立成分分析 318
10.1.4 盲信號處理應用實例 325
10.2 雷達信號處理 327
10.2.1 雷達信號處理方法 327
10.2.2 雷達散射截面信號處理 332
10.3 本章小結 336
參考文獻 337