Introduction To Digital Signal Processing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tae Hong Park

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:2009-11

价格:$ 108.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789812790279

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信
• 电子工程
• 算法
• MATLAB
• 傅里叶变换
• 滤波器
• 采样定理

信号处理的基石：模拟与离散系统的深度探析 书籍名称：信号与系统导论：从连续到数字的桥梁 内容简介： 本书旨在为读者构建一个全面而深入的信号与系统理论基础，特别侧重于连接连续时间（模拟）信号处理与离散时间（数字）信号处理之间的核心概念和数学工具。我们坚信，扎实的连续系统理解是掌握现代数字信号处理技术的前提，因此本书采取“从宏观到微观，从模拟到数字”的渐进式教学路径。 全书共分十二章，结构紧凑，逻辑严密，力求在理论的严谨性与工程应用的直观性之间取得最佳平衡。 第一部分：连续时间信号与系统的基础 (第1章至第4章) 第1章：信号的本质与分类 本章首先对“信号”的物理意义和数学表示进行详尽阐述。我们探讨了连续时间信号（CT Signals）的定义、表示方法，包括梯级函数、指数函数、正弦信号等基本构建块。深入分析了信号的分类，如周期与非周期信号、能量信号与功率信号、因果与非因果信号、稳定与不稳定信号。重点讨论了信号的时域特性，如奇偶分解和时移、尺度变换的几何意义。此外，本章引入了理想冲激函数（Dirac Delta Function）的严格定义及其在采样和滤波理论中的核心作用，这是连接模拟与数字世界的关键桥梁。 第2章：线性时不变（LTI）系统的核心原理 本章是全书的理论基石。我们首先定义了系统的基本性质：线性、时不变性、因果性与稳定性。随后，系统地引入了线性时不变（LTI）系统的概念。LTI系统最重要的特征在于其响应完全由系统的卷积决定。本章花费大量篇幅详细推导并阐述了连续时间系统的卷积积分运算，并使用图解法辅助读者理解卷积在时域中的物理意义——即系统对输入信号的“加权累积响应”。通过实例演示，展示了LTI系统如何通过结构实现特定的信号处理功能，例如平滑或微分。 第3章：傅里叶分析在连续时间系统中的应用 本章将分析工具的核心——傅里叶级数和傅里叶变换引入信号与系统分析。我们首先回顾了周期信号的傅里叶级数表示，重点在于理解频谱的概念及其在系统分析中的优势：将复杂的时域卷积运算转化为简单的频域乘法运算。随后，系统推导了傅里叶变换（FT）及其反变换，讨论了其基本性质，如线性性、时移性、双边性、帕塞瓦尔定理等。通过傅里叶变换，我们深入分析了LTI系统在频域中的表现，即频率响应 $H(jomega)$，并阐明了系统幅频特性和相频特性对信号处理的实际影响。 第4章：拉普拉斯变换及其在系统分析中的威力 傅里叶变换的局限性在于它无法完美处理所有类型的不稳定信号。本章引入了更通用的分析工具——单边拉普拉斯变换（SLT）。我们详细定义了拉普拉斯变换及其收敛域（ROC）。重点分析了拉普拉斯变换与傅里叶变换之间的关系，以及ROC在确定系统因果性、稳定性和收敛性中的关键作用。随后，我们利用拉普拉斯变换对线性常系数微分方程（LTI系统的时域微分方程表示）进行求解，引入了系统的传递函数 $H(s)$ 概念，并展示了如何利用s平面上的极点和零点来分析系统的动态特性。 第二部分：离散时间信号与系统的桥接 (第5章至第8章) 第5章：离散时间信号的表示与处理 本部分标志着理论的转向。本章引入了离散时间信号（DT Signals）的概念，将其定义为在整数时间点上采样的信号序列。讨论了基本序列，如单位脉冲序列 $delta[n]$ 和单位阶跃序列 $u[n]$。重点阐述了信号的周期性、能量与功率的离散时间定义。本章的关键在于引入离散卷积和，并将其与连续时间卷积积分进行类比，展示了离散系统分析的数学结构相似性。 第6章：离散时间LTI系统的分析 与连续时间系统相对应，本章集中讨论离散时间LTI系统的性质和分析方法。通过系统推导，展示了离散系统的响应完全由输入序列与系统的单位脉冲响应 $h[n]$ 之间的卷积和决定。本章详细探讨了稳定性、因果性在离散系统中的判定标准，并提供了构建FIR（有限冲击响应）和IIR（无限冲击响应）滤波器的初步思路。 第7章：Z变换——离散系统的频域工具 本章将拉普拉斯变换的思想移植到离散域，引出了Z变换。我们详细定义了双边和单边Z变换，并深入分析了收敛域（ROC）对系统特性的决定性作用。Z变换的优势在于它能够将离散卷积转化为代数乘法。本章探讨了Z变换的性质，特别是时移和卷积的Z域对应。核心内容是利用Z变换求解差分方程，得到系统的系统函数 $H(z)$，并教授读者如何通过在z平面上绘制极点和零点来直观地判断离散系统的稳定性。 第8章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）的引入 本章是连接理论与实际应用的关键。我们首先探讨了如何将连续傅里叶变换的概念应用于离散信号，从而得到周期离散时间傅里叶变换（DTFT）。然后，引入了DFT，将其定义为对DTFT在均匀角度上的采样，这是实现数字计算的基础。详细阐述了DFT的性质及其与连续傅里叶变换的联系。最后，本章简要介绍并强调了快速傅里叶变换（FFT）算法的划时代意义，解释了它如何使得DFT的计算复杂度从 $O(N^2)$ 锐减至 $O(Nlog N)$，为实际的数字信号处理应用奠定了计算基础。 第三部分：采样理论与系统设计展望 (第9章至第12章) 第9章：信号的采样与重建：模拟到数字的转化 本章专注于信号处理中最关键的一步——采样。详细阐述了采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）的数学推导和物理意义，解释了采样率、信号带宽与混叠（Aliasing）现象之间的关系。深入分析了理想采样、脉冲采样、零阶保持（ZOH）和一阶保持（FOH）的数学模型及其在频域中的表现。本章还探讨了抗混叠滤波器的设计原则及其在实际系统中的必要性。 第10章：连续时间系统与离散时间系统的映射 本章探讨了如何从已有的连续时间系统设计中导出对应的离散时间系统。详细介绍了两种主要的脉冲不变法（Impulse Invariance Method）和双线性变换法（Bilinear Transformation）。重点分析了双线性变换（Tustin's Method）的优点，如它能确保将连续时间系统的稳定性映射到离散时间系统，并讨论了它在频率映射中引入的非线性压缩效应（频率翘曲）。 第11章：离散时间滤波器的初步设计 在掌握了Z变换和DFT的基础上，本章开始探讨数字滤波器的基本结构。详细分析了FIR滤波器（基于全零点结构，具有线性相位特性）和IIR滤波器（基于Z域的传递函数，结构上与模拟滤波器相似）的结构。通过窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）初步介绍了设计FIR滤波器的时域方法，并解释了窗函数对过渡带宽度和旁瓣衰减的影响。 第12章：系统分析的进一步工具：状态空间表示 为了处理更复杂的、多输入多输出（MIMO）或高阶系统，本章引入了状态空间表示法。我们将LTI系统（无论是连续还是离散）重写为一组一阶微分方程（或差分方程）的矩阵形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}u$ 或 $mathbf{x}[n+1] = mathbf{A}mathbf{x}[n] + mathbf{B}u[n]$。本章讨论了状态转移矩阵的计算、系统的可控性与可观测性分析，为更高级的控制理论和系统辨识打下坚实的基础。 本书通过严谨的数学推导和大量的工程示例，确保读者不仅理解“如何做”，更深刻地理解“为什么这样做”，为后续深入学习数字信号处理、通信系统或控制工程奠定无懈可击的理论基础。

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