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出版者:中国林业出版社发行部

作者:刘永信

出品人:

页数:235

译者:

出版时间:2006-6

价格:22.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787503844126

丛书系列:21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材

图书标签:

• 控制科学与技术
• Expertise
• 工程技术
• 控制理论
• 现代控制
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• 数学模型
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• 线性系统
• 状态空间
• 最优控制
• 鲁棒控制

《数字信号处理：原理与应用》 这是一本面向电子工程、通信工程、计算机科学等领域专业人士和高年级本科生、研究生编写的数字信号处理教材。本书旨在系统地介绍数字信号处理的基本原理、核心算法和实际应用，帮助读者深入理解信号如何在数字域中被分析、转换和处理。 核心内容概览： 本书从最基础的离散时间信号和系统概念入手，逐步深入到更复杂的处理技术。 离散时间信号与系统： 详细阐述了离散时间信号的表示方法，如序列、冲激序列等。重点介绍了线性时不变（LTI）系统的基本性质，如叠加性、时不变性、因果性、稳定性，以及用卷积定理来描述LTI系统的输入输出关系。理解LTI系统是后续所有数字信号处理方法的基础。 傅里叶分析： 这是数字信号处理的核心工具之一。本书将深入讲解离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）及其性质。会详细阐述DFT的计算方法，包括快速傅里叶变换（FFT）算法，这是实现高效数字信号处理的关键。傅里叶分析使得我们能够从频率域理解信号的特性，对于滤波、频谱分析等应用至关重要。 Z变换： Z变换作为傅里叶变换的推广，能够更全面地分析离散时间系统，尤其是在处理稳定性和因果性方面。本书将详细讲解Z变换的定义、收敛域、性质以及逆Z变换的方法。Z变换在系统函数表示、系统分析和设计中发挥着不可替代的作用。 数字滤波器设计： 滤波器是数字信号处理中最常见的应用之一。本书将涵盖两大类数字滤波器的设计方法：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。对于IIR滤波器，将介绍Butterworth、Chebyshev、Elliptic等经典设计方法。对于FIR滤波器，则会讲解窗函数法、频率采样法、最优逼近法（如Parks-McClellan算法）等。本书会对比IIR和FIR滤波器的优缺点，以及在不同应用场景下的选择依据。 采样理论： 采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的关键步骤。本书将深入探讨奈奎斯特-香农采样定理，阐述采样频率与信号带宽之间的关系，以及过采样和欠采样的影响。还会介绍采样过程中的量化误差和信号重建的技术。 随机信号处理： 许多实际信号都具有随机性，如噪声信号。本书将引入平稳随机过程、自相关函数、功率谱密度等概念，讲解如何分析和处理随机信号。这部分内容对于通信、雷达、生物医学信号分析等领域非常重要。 有限字长效应： 在实际的数字信号处理器件中，信号和系数的表示都存在字长限制，这会导致量化误差、溢出等问题。本书将分析这些有限字长效应如何影响系统的性能，并介绍一些减缓其影响的策略。 实际应用： 除了理论讲解，本书还提供了丰富的实际应用案例，帮助读者将所学知识应用于解决实际问题。这些应用可能涵盖但不限于： 通信系统： 信源编码、信道编码、调制解调、均衡等。 音频处理： 音频压缩、语音识别、回声消除、音乐合成等。 图像和视频处理： 图像压缩、特征提取、滤波、去噪、运动估计等。 雷达和声纳： 目标检测、跟踪、距离-多普勒分析等。 生物医学工程： 心电图（ECG）、脑电图（EEG）信号分析、医学成像等。 控制系统： 数字控制器设计、系统辨识等（仅作为应用场景提及，不深入控制理论本身）。 本书特点： 循序渐进的教学方法： 从基本概念到高级算法，逻辑清晰，易于理解。 详实的数学推导： 所有核心算法和理论都有严谨的数学证明，帮助读者掌握其内在原理。 丰富的例题与习题： 每章都配有大量例题，帮助读者巩固所学知识，并提供具有挑战性的习题，以检验和提高读者的分析和解决问题的能力。 强调实际应用： 通过介绍各种实际应用，让读者了解数字信号处理技术的广泛性和重要性。 清晰的图表与插图： 大量运用图表和插图来直观地解释复杂的概念和算法。 通过学习本书，读者将能够掌握数字信号处理的核心理论和技术，为进一步深入研究相关领域或从事相关工作打下坚实的基础。

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这本书的理论深度和广度，真不是盖的，它简直像一个精心构建的知识迷宫，每深入一层，都有新的挑战和豁然开朗的惊喜。我得说，作者在处理高阶非线性系统的部分，处理得尤为精彩，完全摆脱了传统教材那种冷冰冰的数学推导，而是巧妙地引入了拓扑学和微分几何的直观概念。读到相平面分析那块时，我感觉自己仿佛置身于一个三维的动态空间中，那些奇异点、极限环的形态变化，都被作者用极其凝练但又充满画面感的语言描绘了出来。最让我印象深刻的是关于鲁棒控制的章节，它没有停留在H无穷范数的简单介绍上，而是深入探讨了结构不确定性对控制性能的影响，并且给出了一系列非常实用的设计工具箱。坦白讲，有些地方的推导过程确实需要反复咀嚼，比如李雅普诺夫函数的构造，但正是这种需要“啃”下去的感觉，才让人觉得物有所值，每一次攻克一个难点，都像是完成了一次智力上的远征。这本书绝对不是快餐读物，它是需要沉下心来，带着笔和草稿纸去“对话”的。

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这本书的行文风格，可谓是独树一帜，它在严谨性与亲和力之间找到了一个绝妙的平衡点。你可以感觉到作者是一位真正热爱教学的专家，他似乎坐在你的对面，耐心地为你拆解每一个复杂的逻辑链条。他很少使用那种高高在上的、拒人于千里之外的学术腔调，相反，语言里充满了鼓励和引导。比如，当他介绍到维纳-霍夫曼滤波器的原理时，没有直接抛出复杂的矩阵代数，而是先用一个简单的目标跟踪场景引入，说明为什么需要“估计”而不是“测量”，这种层层递进的叙述方式，极大地降低了读者的心理门槛。更难能可贵的是，书中对于一些经典控制理论的局限性，也敢于直面和批判。它不会神化某一种方法，而是客观地指出“在什么条件下，这种方法是最好的，而在另一种情境下，它可能就力不从心了”。这种坦诚的态度，培养了读者一种批判性思维，让人明白，工程设计永远是一门关于权衡的艺术。

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从工程实践的角度来看，这本书的实用价值简直是教科书级别的典范。它没有陷在纯粹的数学美学中无法自拔，而是始终牢牢地锚定在“如何让系统动起来并稳定运行”这一核心目标上。作者在介绍状态空间法时，不仅仅是讲解了矩阵的运算，更重要的是，他花了大量的篇幅来讨论如何从物理模型中提取出准确的状态变量，以及在传感器噪声和执行器限制下，如何对理论模型进行修正和妥协。我尤其赞赏书中对数字控制实现的探讨，它非常坦诚地指出了连续时间系统到离散时间系统转换过程中可能出现的各种陷阱，比如采样周期的选择对带宽和量化误差的影响，这些都是在仿真软件里跑几次循环试不出来的宝贵经验。书末附带的几个案例分析，从机器人关节的力矩控制到大型电力系统的稳定性分析，无不体现了理论与工程实践之间那种紧密无间的联系，看完后立刻感觉自己手里握住了解决实际问题的“钥匙”。

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这本书的装帧设计确实很有心思，封面那种深沉的蓝配上银色的字体，初看就给人一种庄重而又不失现代感的印象。内页的纸张质量也挺上乘，摸起来很舒服，长时间阅读下来眼睛也不会感到特别疲劳。我尤其欣赏它在章节排版上的用心，逻辑结构非常清晰，每一部分的过渡都处理得非常自然流畅，使得即便是初学者也能很快地跟上作者的思路。书中大量的图示和曲线图，标注得极为精确，很多复杂的概念通过这些视觉化的辅助一下子就变得立体起来，不再是抽象的公式堆砌。比如说，某个关于系统稳定性的章节，通过一个生动的反馈回路图解，将伯德图和奈奎斯特图的判据解释得丝丝入扣，让人豁然开朗。而且，书里还穿插了一些历史背景的小插曲，这些“花边”内容虽然不直接影响核心理论的学习，但极大地丰富了阅读体验，让人对这项学科的发展脉络有了更宏观的认识，感觉不仅仅是在学习技术，更是在回顾一段工程智慧的演进史。整体而言，从物理触感到内容呈现，这本书在细节上体现了出版方对读者的尊重和对知识本身的敬畏。

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这本书的知识体系构建，堪称宏大而又细密。它就像一幅精心绘制的控制科学全景地图，起点是基础的线性系统理论，然后逐步向着现代控制、最优控制、估计理论等多个方向延伸，最终形成一个相互印证、层层递进的知识网络。不同于一些只专注于某一领域的专著，这本书的强大之处在于它的“贯穿性”。从早期的传递函数视角到后来的状态空间视角，作者没有割裂地讲解，而是清晰地展示了它们之间的数学等价性和物理含义的互通。特别是关于卡尔曼滤波器的介绍，它不仅详尽地阐述了贝叶斯估计在时间更新和状态更新中的应用，还巧妙地将其与现代观测器理论联系起来，使得整个估计与控制的闭环概念浑然一体。阅读这本书的过程，就像是攀登一座知识的高峰，每当你以为已经到达顶端时，作者总会指出一条新的岔路，通往更广阔的视野。这是一部能让人在多年后回顾仍能从中汲取新知的“基石”之作。

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2010.07-2011.07

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