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出版者:北京工业大学出版社

作者:孙亮 编

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:2001-1

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787563909643

丛书系列:

图书标签:

• MATLAB
• 控制系统
• 仿真
• 数学建模
• 信号处理
• 自动控制
• 系统分析
• 算法实现
• 工程应用
• 数值计算
• Simulink

《数字信号处理基础与应用》 内容简介 本书系统阐述了数字信号处理（DSP）的核心理论、关键算法以及在工程实践中的应用。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度和工程实用性之间达到完美平衡，旨在为电子信息、自动化、通信工程等领域的学生和工程师提供一本权威、实用的参考书。 第一部分：离散时间信号与系统 本部分是理解数字信号处理的基石。首先，我们详细介绍了离散时间信号的表示、分类和基本运算，包括序列的平移、翻转和尺度变换。随后，深入探讨了离散时间系统的基本性质，如线性、时不变性（LTI）。 重点讲解了LTI系统的冲激响应和卷积运算。通过对卷积和的详尽推导和实例分析，读者将深刻理解系统对任意输入信号的处理过程。我们引入了Z变换这一强大的分析工具，详细分析了Z变换的收敛域、基本性质，并着重讨论了如何利用Z变换来求解差分方程，从而分析和设计离散时间系统。傅里叶分析是DSP的核心，本部分引入了离散时间傅里叶变换（DTFT），阐释了其与连续时间傅里叶变换的关系，并为后续的频谱分析打下坚实基础。 第二部分：有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 本部分聚焦于数字滤波器的设计与实现，这是DSP应用中最核心的部分。我们首先区分了FIR和IIR滤波器的特性、优缺点及其适用场景。 针对FIR滤波器，本书详细介绍了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）的设计原理、优缺点及具体设计步骤。随后，深入讲解了频率采样法和最优幅度设计（Parks-McClellan算法，即最小二乘法），使读者能设计出具有特定幅频特性的高性能滤波器。 在IIR滤波器部分，我们侧重于模拟滤波器的设计基础，如巴特沃斯、切比雪夫（I型和II型）和椭圆滤波器的设计公式与性能比较。随后，通过双线性变换法和脉冲响应不变法，详细介绍了如何将连续时间滤波器转换为等效的离散时间滤波器，并给出了稳定性判据和预畸（Pre-warping）的处理方法。 第三部分：快速傅里叶变换（FFT）与频谱分析 本部分专门探讨离散傅里叶变换（DFT）及其高效算法FFT。我们首先回顾了DFT的定义、性质及其与DTFT的关系。随后，集中篇幅讲解了实现DFT的蝶形运算和计算效率问题。 本书详细剖析了两种主流的FFT算法：按时间抽取（Decimation-in-Time, DIT）和按频率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）。通过直观的流图和具体的算例，读者可以掌握FFT的实现原理。此外，还讨论了FFT在周期延拓和频谱泄漏等实际问题中的应用和处理方法，包括零填充技术。 频谱分析是DSP的另一重要分支。本部分介绍了参数化功率谱估计（如自相关法）和非参数化功率谱估计（如直接法和周期图法）。特别地，我们详细对比了周期图的方差和分辨率问题，并引入了Welch平均周期图法和Blackman-Tukey法等平滑技术，以改善谱估计的质量。 第四部分：多速率信号处理与滤波器组 本部分拓展了DSP在通信、音频处理等领域的应用深度，关注信号采样率的变化对处理过程的影响。 核心内容包括信号的抽取（Down-sampling）和插值（Up-sampling）。我们详细解释了理想抽取和插值滤波器，并给出了实际应用中，如抗混叠滤波器的设计和过渡带的处理方法。 随后，深入探讨了滤波器组的概念，特别是两通道正交镜像滤波器组（QMF）。本书详细阐述了完美重建（Perfect Reconstruction, PR）的条件，并分析了其在子带编码（Subband Coding）中的重要作用。 第五部分：自适应信号处理基础 本部分引入了DSP的前沿领域——自适应滤波器。我们首先介绍了自适应滤波器的基本结构，包括误差信号的产生和性能指标（如均方误差准则）。 重点讲解了最经典和应用最广泛的自适应算法——最小均方（LMS）算法。我们推导了LMS算法的收敛性、步长选择对收敛速度和稳态误差的影响。同时，也简要介绍了更高效的自适应算法，如归一化LMS（NLMS）和递归最小二乘（RLS）算法，以供读者进一步研究。 第六部分：应用实例与工具概述 本部分将理论与工程实践相结合。我们精选了几个典型的DSP应用案例进行深入剖析，包括语音信号的预处理与压缩（如LPC模型的基础概念）、雷达信号处理中的脉冲压缩原理，以及数字控制系统中常用的前馈/反馈补偿器的设计思路。 最后，本书提供了一个关于现代DSP硬件（如DSP芯片、FPGA）和软件（如专门的信号处理工具箱）选型与使用的概览，帮助读者理解理论知识如何转化为实际的工程解决方案。 本书特色： 1. 理论与实践并重： 每章均配有丰富的工程实例和算例，确保读者能够将抽象的数学概念转化为可操作的算法。 2. 清晰的数学推导： 对核心公式和算法原理进行详尽的数学推导，帮助读者建立扎实的理论基础。 3. 系统性强： 从基础的LTI系统到高级的自适应处理，内容组织遵循信号处理学科的逻辑发展脉络。 本书适合作为高等院校电子工程、通信工程、自动化、仪器科学等专业的本科高年级及研究生教材或参考书，对致力于嵌入式系统开发和嵌入式算法工程师具有极高的参考价值。

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我是一名在职工程师，时间宝贵，对教材的要求是高效和精准。《MATLAB语言与控制系统仿真》非常符合我的需求，它剔除了许多教科书里为了追求全面性而添加的冗余信息和过时的算法，专注于当前工程实践中最常用、最核心的仿真工具和控制策略。书中对于实时仿真（Real-Time Simulation）的介绍虽然篇幅不长，但其提供的入门级指导对于我这种需要进行硬件在环测试（HIL）的工程师来说，价值极高。它清晰地区分了离线仿真和在线仿真的技术侧重点，并给出了使用MATLAB/Simulink进行模型编译和代码生成的简明流程。这种聚焦于“解决实际问题”的导向，使得本书的使用价值远超一般学术参考书。它更像是一本“行动指南”，而不是一本“百科全书”，对于希望快速提升项目开发效率的专业人士来说，这是本值得常备在手边的工具书。

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这本《MATLAB语言与控制系统仿真》对我来说，简直是打开了新世界的大门。我之前对MATLAB的理解仅限于一些基础的矩阵运算，总觉得它高深莫测，代码晦涩难懂。然而，这本书的讲解方式非常平易近人，它不是那种冷冰冰的理论堆砌，而是真正地从读者的角度出发，循序渐进地引导我们进入MATLAB的编程世界。书里对M文件的结构、常用函数以及程序流程控制的讲解细致入微，即便是初学者也能很快上手。特别是书中结合了大量的控制系统实例，比如PID控制器的设计与调优，那种将抽象的数学模型转化为具体代码实现的过程，让人豁然开朗。我记得有一次调试一个二阶系统的仿真，卡在了某个参数设置上很久，翻阅这本书的对应章节后，作者对关键参数影响的描述让我茅塞顿开，瞬间找到了问题的症结。可以说，它不仅仅是一本工具书，更像是一位耐心的老师，陪伴我度过了最迷茫的入门阶段。对那些希望系统学习MATLAB在工程应用中强大功能的读者来说，这本书的实践价值是无可替代的。

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这本书的结构设计非常合理，它采取了一种“先理论，后应用，再深入”的渐进式学习路径。它并没有一开始就强迫读者去面对复杂的微分方程组，而是先从MATLAB脚本语言的基础语法和数据结构讲起，为后续的控制算法实现打下坚实的基础。当引入控制理论概念时，作者总会先用简洁的数学语言定义，紧接着就给出相应的M文件实现代码，甚至连调试代码中常见的陷阱和优化技巧都有所涉及。这种紧凑而高效的组织方式，让我能够迅速地将新学到的知识点应用到具体的仿真任务中去。特别是书中关于“系统辨识”和“鲁棒控制”的章节，它们并没有被简单地作为一个附加内容提及，而是被深入地整合进了仿真流程中，这显示出作者对现代控制工程实践的深刻理解。这本书提供的知识体系是完整且具有前瞻性的，它不仅仅教会你如何“做”，更重要的是让你理解“为什么这么做”。

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这本书的排版和视觉呈现也值得称赞，这对于一本技术类书籍来说尤为重要。字体大小适中，代码块与正文的区分度很高，使得长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是，书中大量的图表绘制得非常清晰专业。在讲解传递函数和状态空间模型时，作者没有仅仅依赖文字描述，而是配上了从MATLAB图形界面生成的高质量波形图和根轨迹图，这些视觉辅助极大地降低了理解复杂控制理论的门槛。我注意到，作者在引用经典控制理论时，总是能巧妙地将之转化为相应的MATLAB函数调用，形成了一种无缝衔接的阅读体验。例如，在讲解李雅普诺夫稳定性分析时，书中的例子不仅给出了理论判据，还展示了如何通过编写脚本来自动化计算和验证，这种“代码即验证”的思维方式，让人印象深刻。总而言之，这本书在细节上的打磨，体现了作者对读者的尊重和对知识传授的认真态度。

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坦率地说，我对这本书的期望值本来并不算太高，毕竟市面上讲控制系统仿真的书籍汗牛充栋。但《MATLAB语言与控制系统仿真》的独特之处在于其对“仿真”这一环节的深度挖掘。很多教材只是简单地带过仿真步骤，但这本书详尽地阐述了如何利用Simulink搭建复杂的、非线性的系统模型，并且深入探讨了求解器的选择对仿真结果准确性和效率的影响。我特别欣赏作者在模型验证和误差分析部分投入的篇幅，这正是实际工程中最容易被忽视却又至关重要的一环。书中用生动的图例展示了不同离散化方法在模拟连续时间系统时的动态差异，这种对比极具说服力。我过去在做项目时，经常因为仿真结果与预期不符而抓耳挠腮，现在回想起来，很可能是因为对仿真环境的底层逻辑理解不够透彻。这本书弥补了理论与实践之间的鸿沟，让我对“仿真”二字有了更严谨、更科学的认知。对于有一定基础，希望将仿真技术提升到工程应用层面的工程师和研究生来说，这本书的价值远超其价格。

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俺老师的书，支持！

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