数字信号处理(第三版)

绪论 1 0.1 数字信号处理概述 1 0.2 数字信号处理的优点 3 第1章 离散时间信号和系统的时域分析 5 1.1 引言 5 1.2 离散时间信号 5 1.2.1 序列及其表示方法 5 1.2.2 基本序列 7 1.2.3 周期序列 10 1.2.4 序列的运算 12 1.3 离散时间系统 14 1.3.1 离散时间线性时不变系统 15 1.3.2 线性时不变系统的单位脉冲响应与线性卷积 16 1.3.3 系统的因果性和稳定性 20 1.3.4 线性常系数差分方程 22 1.3.5 用MATLAB求解线性常系数差分方程 24 1.4 信号的相关性分析及计算 26 1.4.1 相关系数 26 1.4.2 相关函数 27 1.4.3 利用线性卷积计算相关函数 28 1.4.4 相关函数应用实例 29 习题与上机题 31 第2章 离散时间信号和系统的频域分析 35 2.1 引言 35 2.2 离散时间信号的傅里叶变换 35 2.2.1 离散时间信号傅里叶变换的定义 35 2.2.2 离散时间信号傅里叶变换的性质 37 2.3 离散时间LTI系统的频域分析 44 2.3.1 频率响应与系统函数 44 2.3.2 系统因果性和稳定性的z域判定 47 2.4 基于零极点的离散时间LTI系统分析与设计 49 2.4.1 系统频率响应的向量表示 49 2.4.2 零极点分布与幅频响应分析设计 50 2.4.3 零极点分布与相频响应分析设计 54 2.5 离散时间信号与模拟信号时域和频域的关系 56 2.5.1 采样信号与模拟信号的关系 56 2.5.2 离散时间信号与模拟信号的关系 59 2.5.3 A/D及D/A转换 60 习题与上机题 62 第3章 离散傅里叶变换 67 3.1 引言 67 3.2 周期序列的频谱 67 3.2.1 傅里叶变换的几种形式 67 3.2.2 周期序列的离散傅里叶级数 69 3.2.3 周期序列的傅里叶变换 71 3.3 离散傅里叶变换的定义 72 3.3.1 对SFT采样 72 3.3.2 DFT的定义 74 3.3.3 DFT与SFT、ZT的关系 76 3.4 离散傅里叶变换的主要性质 78 3.4.1 线性性质 78 3.4.2 循环移位性质 78 3.4.3 循环卷积定理 81 3.4.4 共轭对称性 83 3.4.5 离散帕斯瓦尔定理 87 3.5 用DFT对信号进行谱分析 88 3.5.1 模拟频谱与DFT的关系 88 3.5.2 时域截断对谱分析的影响 89 3.5.3 用DFT对序列进行谱分析时的误差分析 91 3.5.4 DFT谱分析实例 96 习题与上机题 99 第4章 快速傅里叶变换(FFT) 103 4.1 引言 103 4.2 提高DFT运算效率的基本途径 103 4.3 基2时分FFT算法 104 4.3.1 基2时分蝶式运算定理 104 4.3.2 基2时分的蝶形流图与计算量分析 105 4.3.3 基2时分FFT算法的运算规律及编程思想 108 4.4 基2频分FFT算法 112 4.4.1 基2频分蝶式运算定理 113 4.4.2 基2频分的蝶形流图与计算量分析 114 4.5 基4抽取的快速算法 117 4.5.1 基4时分蝶式运算定理 117 4.5.2 基4时分的蝶形流图与计算量分析 119 4.6 IDFT的快速算法 121 4.7 实序列DFT的有效计算方法 122 4.8 利用FFT算法计算线性卷积 124 4.8.1 线性卷积与循环卷积的关系 124 4.8.2 利用FFT计算有限长序列与有限长序列的线性卷积 126 4.8.3 利用FFT计算无限长序列与有限长序列的线性卷积 127 4.9 线性调频Z变换(ChirpZ)算法 132 4.9.1 ChirpZ变换的基本原理 132 4.9.2 ChirpZ变换的实现步骤 134 4.9.3 ChirpZ变换运算量的估算 135 4.9.4 用MATLAB计算ChirpZ变换 136 习题与上机题 138 第5章 数字滤波器概论 141 5.1 引言 141 5.2 数字滤波器的定义和分类 141 5.2.1 数字滤波器的定义 141 5.2.2 数字滤波器的分类 142 5.3 实际滤波器的设计指标 143 5.3.1 实际滤波器对理想滤波器的逼近 143 5.3.2 实际滤波器的设计指标 144 5.4 数字滤波器的设计方法 145 习题与上机题 147 第6章 FIR数字滤波器 149 6.1 引言 149 6.2 FIR滤波器的线性相位特性 149 6.2.1 FIR滤波器的**类线性相位 150 6.2.2 FIR滤波器的第二类线性相位 152 6.2.3 线性相位FIR滤波器的零点特性 153 6.3 用窗函数法设计FIR滤波器 154 6.3.1 窗函数法设计FIR滤波器的基本方法 155 6.3.2 常用窗函数的频谱特点及选择原则 160 6.3.3 窗函数法设计FIR滤波器的MATLAB实例 168 6.4 用频率采样法设计FIR滤波器 171 6.4.1 频率采样法的基本思想 171 6.4.2 线性相位FIR实滤波器的频域采样值 172 6.4.3 频率采样法的误差分析及改进措施 173 6.5 利用等波纹*佳逼近法设计FIR滤波器 178 6.5.1 等波纹*佳逼近法的基本思想 179 6.5.2 用MATLAB实现等波纹*佳逼近法设计选频滤波器 180 6.5.3 用MATLAB实现等波纹*佳逼近法设计FIR微分器 185 6.5.4 用MATLAB实现等波纹*佳逼近法设计FIR希尔伯特变换器 186 习题与上机题 187 第7章 IIR数字滤波器 190 7.1 引言 190 7.2 归一化模拟低通滤波器的设计方法 190 7.2.1 归一化模拟低通滤波器 191 7.2.2 巴特沃思型归一化模拟低通滤波器的设计方法 192 7.2.3 切比雪夫型归一化模拟低通滤波器的设计方法 196 7.2.4 椭圆型归一化模拟低通滤波器的设计方法 198 7.2.5 贝塞尔型归一化模拟低通滤波器的设计方法 199 7.2.6 几种归一化模拟低通滤波器比较 199 7.3 实际模拟滤波器的设计 200 7.3.1 实际模拟滤波器的设计方法 201 7.3.2 用MATLAB设计模拟滤波器 206 7.4 IIR数字滤波器设计 209 7.4.1 用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器 210 7.4.2 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 216 7.4.3 数字滤波器的频率变换 222 7.4.4 用MATLAB设计IIR数字滤波器 225 7.5 FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的比较 228 7.6 数字滤波器采样频率与滤波器阶数的关系 230 习题与上机题 231 第8章 数字滤波网络 235 8.1 引言 235 8.2 信号流图 236 8.3 IIR滤波器系统的基本网络结构 237 8.3.1 IIR滤波器直接型网络结构 237 8.3.2 IIR滤波器级联型网络结构 239 8.3.3 IIR滤波器并联型网络结构 241 8.4 FIR滤波器系统的基本网络结构 242 8.4.1 FIR滤波器直接型网络结构 243 8.4.2 FIR滤波器级联型网络结构 243 8.4.3 FIR滤波器线性相位型网络结构 243 8.4.4 FIR滤波器频率采样型网络结构 245 8.4.5 FIR滤波器快速卷积方法 247 8.5 利用MATLAB依据算法结构实现数字滤波器 248 8.6 数字信号处理的误差分析 250 8.6.1 数的表示方式及量化误差 251 8.6.2 A/D转换中的量化效应 254 8.6.3 量化噪声通过线性系统的响应 258 8.6.4 数字系统中的系数量化效应 259 8.6.5 数字系统运算中的量化效应 263 习题与上机题 268 第9章 多速率数字信号处理 273 9.1 引言 273 9.2 采样率转换 273 9.2.1 整数倍降低采样率 273 9.2.2 整数倍提高采样率 277 9.2.3 分数倍转换采样率 279 9.3 采样率转换的多相滤波器实现 280 9.3.1 FIR滤波器的多相分解 281 9.3.2 整数倍抽取和内插的多相滤波器实现 282 习题与上机题 283 第10章 数字信号处理应用举例 286 10.1 引言 286 10.2 正交移相器设计及实现 286 10.2.1 离散时间信号的正交移相器 286 10.2.2 离散时间信号的正交移相器的实现 288 10.3 以单频正弦信号为激励测量系统的频率响应 290 10.3.1 实LTI系统频率响应的测量 290 10.3.2 阵列信号处理中的多通道幅相一致性校正 293 10.4 数字上、下变频器 297 10.4.1 数字上、下变频原理的MATLAB仿真 298 10.4.2 CIC滤波器 301 10.4.3 HB滤波器 306 10.4.4 典型数字上、下变频芯片的功能介绍及参数设置 308 参考文献 311