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MATLAB數字信號處理85個實用案例精講——入門到進階

( 簡體 字)
作者:宋知用類別:1. -> 工程繪圖與工程計算 -> Matlab
譯者:
出版社:北京航空航天大學出版社MATLAB數字信號處理85個實用案例精講——入門到進階 3dWoo書號: 45754
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缺書
NT售價: 300

出版日:11/1/2016
頁數:481
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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(請先登入會員)
ISBN:9787512422667
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

內容簡介:

目錄:

第1章 Z 變換和離散傅裡葉變換………… 1

1.1 Z 變換………… 1

1.1.1 Z 變換的表示式………… 1

1.1.2 Z 變換的收斂域………… 3

1.1.3 基本Z 變換對………… 4

1.1.4 線性系統的Z 變換……… 5

1.1.5 Z 變換特性…………… 5

1.1.6 Z 逆變換………… 6

1.2 DFT的由來………… 9

1.3 DFT的性質…………… 13

參考文獻…………… 15

第2章快速傅裡葉變換和頻譜分析………… 16

2.1 快速傅裡葉變換(FFT)……… 16

2.1.1 基2時間抽取FFT演算法………… 17

2.1.2 基2頻率抽取FFT演算法………… 19

2.1.3 快速傅裡葉逆變換(IFFT)演算法………… 22

2.1.4 案例2.1:快速傅裡葉變換的MATLAB函數……… 22

2.1.5 案例2.2:如何經IFFT後得到實數序列…… 26

2.1.6 案例2.3:如何使實數序列在時間域上位移後也為實數序列……… 31

2.2 離散信號的譜分析……… 38

2.2.1 案例2.4:頻譜圖中頻率刻度(橫坐標)的設置…… 39

2.2.2 案例2.5:如何計算正弦信號的幅值和初始相角…… 42

2.2.3 案例2.6:怎樣認識一個單頻的正弦信號的相位譜……… 45

2.2.4 案例2.7:為什麼FFT後得到的頻譜大部分都為0 …… 48

2.2.5 案例2.8:如何把頻譜圖的縱坐標設置為分貝刻度……… 50

2.2.6 頻譜分析過程中的混疊現象、柵欄現象和洩漏現象……… 53

2.2.7 案例2.9:同樣經矩形窗截斷,為什麼有的發生洩漏而有的沒有發生洩漏… 56

2.2.8 窗函數………… 58

2.2.9 案例2.10:加窗函數後頻譜幅值變了,如何修正…… 61

2.2.10 解析度………… 63

2.2.11 案例2.11:如何選擇採樣頻率和信號長度……… 65

2.2.12 案例2.12:FFT中的補零問題………… 67

2.2.13 快速卷積和快速相關……… 73

2.2.14 案例2.13:能否用迴圈相關計算延遲量…… 79

參考文獻…………… 84

第3章數位濾波器的設計………… 85

3.1 數字濾波器基礎………… 85

3.1.1 數位濾波器的傳遞函數………… 85

3.1.2 數位濾波器的頻率回應分析……… 87

3.1.3 數字濾波器的分類………… 88

3.1.4 數位濾波器的構成………… 90

3.2 典型模擬低通濾波器………… 93

3.2.1 巴特沃斯模擬低通濾波器………… 93

3.2.2 切比雪夫Ⅰ型和Ⅱ型模擬低通濾波器……… 94

3.2.3 橢圓型模擬低通濾波器………… 96

3.2.4 類比原型低通濾波器的頻率變換……… 97

3.2.5 類比濾波器設計的MATLAB函數………… 97

3.2.6 案例3.1:巴特沃斯、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型和橢圓型濾波器的相同和不同之處… 102

3.2.7 案例3.2:設計模擬濾波器的幾種程式設計方法的相同和不同之處…… 104

3.2.8 案例3.3:在頻帶變換的模擬濾波器設計中,怎樣計算Wn和Bs … 105

3.3 利用脈衝回應不變法設計IIR數位濾波器…… 107

3.3.1 脈衝回應不變法變換原理……… 107

3.3.2 模擬濾波器的數位化方法……… 108

3.3.3 混疊失真…………… 109

3.3.4 用脈衝回應不變法設計數位濾波器的優缺點…… 110

3.4 利用雙線性變換法設計IIR數位濾波器……… 111

3.4.1 雙線性變換法的變換原理……… 111

3.4.2 雙線性變換法的優缺點………… 113

3.4.3 利用雙線性變換法設計數位濾波器的步驟……… 114

3.5 陷波器與全通濾波器……… 115

3.5.1 陷波器………… 115

3.5.2 全通濾波器………… 116

3.6 IIR數位濾波器設計的MATLAB函數……… 118

3.7 IIR濾波器設計的案例………… 123

3.7.1 案例3.4:用留數求得脈衝不變法數位濾波器與調用impinvar函數得到的是否一樣…… 123

3.7.2 案例3.5:在調用bilinear函數時為何有的Fs處用實際頻率值,有的卻用Fs=1 … 125

3.7.3 案例3.6:為什麼不能用impinvar函數…… 128

3.7.4 案例3.7:為什麼濾波器的輸出會溢出或沒有數值…… 131

3.7.5 案例3.8:用bilinear函數時,如果Wp和Ws都沒有先做預畸會有什麼結果… 137

3.7.6 案例3.9:如何把任意S系統轉換為Z系統……… 138

3.7.7 案例3.10:把濾波器的濾波過程用差分方程的運算來完成……… 142

3.7.8 案例3.11:濾波函數filter的調用格式為[y,zf]=filter(b,a,x,zf),其中的zi和zf有何作用

…………… 148

3.7.9 案例3.12:如何使用數位陷波器濾除工頻信號…… 151

3.7.10 案例3.13:如何設計數位全通濾波器對IIR濾波器進行相位補償…… 153

3.7.11 案例3.14:為什麼零相位濾波在起始和結束兩端都受瞬態效應的影響…… 154

3.8 線性相位與FIR系統的相位特性………… 158

3.9 FIR型數位濾波器的窗函數設計法……… 161

3.9.1 理想數位濾波器的單位脈衝回應………… 162

3.9.2 FIR型數位濾波器的矩形窗設計法………… 162

3.9.3 窗函數設計法……… 165

3.10 FIR型數位濾波器的頻率採樣設計法…… 167

3.10.1 預期頻率特性的設置方法……… 167

3.10.2 頻率採樣法的設計過程……… 167

3.10.3 頻率採樣法的改進……… 168

3.11 最優等波紋FIR濾波器的設計………… 169

3.11.1 最小最大化問題的設計……… 170

3.11.2 對極值數目的限制……… 171

3.11.3 Parks-McClellan演算法………… 172

3.12 FIR濾波器設計中的MATLAB函數…… 172

3.13 FIR濾波器設計的案例………… 176

3.13.1 案例3.15:在窗函數法設計FIR中如何選擇窗函數和階數N ……176

3.13.2 案例3.16:用ideal_lp函數和fir1函數設計的濾波器是否相同… 178

3.13.3 案例3.17:用凱澤窗設計FIR濾波器的優點…… 181

3.13.4 案例3.18:為什麼FIR濾波器不適用於設計數位陷波器…… 183

3.13.5 案例3.19:通過FIR濾波器的輸出,延遲量如何校正……… 185

3.13.6 案例3.20:通過fir2函數設計任何回應的FIR濾波器…… 188

3.13.7 案例3.21:通過firpm 函數設計的FIR濾波器為什麼達不到指標要求… 190

3.13.8 案例3.22:如何設計多頻帶的FIR濾波器……… 194

3.13.9 案例3.23:如何用FIR濾波器設計數位微分器……… 197

3.13.10 案例3.24:如何用FIR濾波器設計數位希爾伯特變換器……… 198

3.14 用FDATool設計數位濾波器……… 200

3.14.1 IIR濾波器設計………… 200

3.14.2 FIR濾波器設計………… 209

3.14.3 SOS係數的進一步說明……… 211

3.14.4 案例3.25:如何把SOS或Hd轉變為濾波器的係數……… 212

3.15 用fdesign和design設計數位濾波器…… 215

3.15.1 案例3.26:為什麼在使用design函數時常會出現“invaliddesignmethod” … 222

3.15.2 案例3.27:用fdesign design的方法與前幾節介紹的經典方法設計的濾波器是否相同

………… 226

3.15.3 案例3.28:用fdesign design方法有什麼優點……… 230

3.16 三分之一倍頻程濾波器………… 233

3.16.1 案例3.29:以FFT IFFT分析方法求出三分之一倍頻程濾波器各頻帶的聲壓級… 234

3.16.2 案例3.30:以降採樣方法求出三分之一倍頻程濾波器各頻帶的聲壓級…… 237

3.16.3 案例3.31:用fdesign design方法求出三分之一倍頻程濾波器各頻帶的聲壓級… 240

參考文獻…………… 242

第4章信號處理中簡單實用的方法………… 243

4.1 最小二乘法擬合消除趨勢項………… 243

4.1.1 消除趨勢項函數………… 244

4.1.2 案例4.1:基線漂移的修正……… 244

4.2 尋找信號中的峰值和穀值……… 247

4.2.1 MATLAB中峰穀值檢測的函數……… 247

4.2.2 案例4.2:已知一個脈動信號,如何求信號的週期……… 248

4.2.3案例4.3:如何利用findpeaks函數求穀值…… 249

4.2.4 案例4.4:在findpeakm 函數用?q?參數時如何進行內插…… 251

4.3 信號中包絡的提取………… 256

4.3.1 希爾伯特變換……… 256

4.3.2 案例4.5:用希爾伯特變換計算信號的包絡……… 259

4.3.3 案例4.6:用求極大值和極小值的方法來計算信號的包絡線……… 262

4.3.4 案例4.7:用倒譜法來計算語音信號頻譜的包絡線…… 266

4.4 提取信號中的特殊區間………… 268

4.4.1 尋找特殊區間的MATLAB函數……… 268

4.4.2 案例4.8:如何從一組資料中取得波谷的開始位置和結束位置…… 269

4.5 平滑處理………… 272

4.5.1 案例4.9:五點三次平滑法……… 272

4.5.2 案例4.10:在帶噪資料中如何尋找極小值———介紹MATLAB自帶的平滑函數smooth

…………… 274

4.5.3 案例4.11:在Savitzky-Golay平滑濾波時如何選擇窗長和階數…… 278

4.6 數據的延拓…………… 282

4.6.1 自回歸模型的基本理論………… 282

4.6.2 前向預測與後向預測……… 284

4.6.3 前向預測與後向預測的MATLAB函數…… 285

4.6.4 案例4.12:如何消除信號經零相位濾波後兩端的瞬態效應……… 287

4.6.5 案例4.13:消除希爾伯特變換的端點效應……… 289

參考文獻…………… 291

第5章 DFT的拓展………… 292

5.1 短時傅裡葉變換……… 292

5.1.1 短時傅裡葉變換和短時傅裡葉逆變換……… 292

5.1.2 短時傅裡葉變換的MATLAB函數………… 293

5.1.3 案例5.1:調用tfrstft函數後用什麼方法作STFT的譜圖…… 295

5.1.4 案例5.2:如何通過spectrogram得到一些特定頻率的頻譜……… 303

5.1.5 案例5.3:能否對信號的STFT譜圖再逆變換轉成時間序列……… 308

5.2 細化FFT(Zoom-FFT) ………… 310

5.2.1 經典的複調製頻譜細化分析方法………… 310

5.2.2 複解析帶通濾波器的複調製頻譜細化分析方法……… 312

5.2.3 細化頻譜分析的MATLAB函數……… 316

5.2.4 案例5.4:在函數exzfft_ma中頻率刻度是如何計算的……… 318

5.2.5 案例5.5:如何利用細化頻譜提取間諧波的頻率……… 321

5.3 線性調頻Z 變換(CZT)………… 322

5.3.1 線性調頻Z 變換的原理………… 322

5.3.2 MATLAB的線性調頻Z 變換函數………… 324

5.3.3 案例5.6:CZT能細化頻譜嗎………… 324

5.4 Goertzel演算法………… 329

5.4.1 Goertzel演算法簡介………… 329

5.4.2 DTMF信號簡介………… 331

5.4.3 Goertzel演算法對DTMF的應用……… 332

5.4.4 Goertzel演算法和DTMF編解碼的MATLAB函數…… 333

5.4.5 案例5.7:如何產生DTMF編碼和如何利用Goertzel演算法在帶噪DTMF中提取出數值

…………… 334

參考文獻…………… 342

笫6章 DFT的內插………… 344

6.1 狄裡克萊核與窗函數……… 344

6.1.1 連續信號與加矩形窗相乘的傅裡葉變換…… 344

6.1.2 連續信號離散化………… 344

6.1.3 離散矩形窗序列與狄裡克萊核……… 345

6.1.4 余弦窗函數及其離散傅裡葉變換………… 347

6.2 比值法校正…………… 347

6.2.1 矩形窗的比值法校正………… 347

6.2.2 漢寧窗的比值法校正……… 349

6.2.3 比值校正法的MATLAB函數……… 350

6.2.4 案例6.1:如何消除信號中正弦信號的干擾……… 352

6.3 能量重心校正法……… 356

6.3.1 能量重心法校正頻率、幅值和相角的原理……… 357

6.3.2 能量重心校正法的MATLAB函數………… 358

6.3.3 案例6.2:能量重心校正法與比值校正法的比較……… 359

6.4 相位差校正法………… 360

6.4.1 時域平移相位差校正法………… 361

6.4.2 改變窗長的相位差校正法……… 363

6.4.3 通用相位差法……… 363

6.4.4 相位差的校正計算公式………… 365

6.4.5 通用相位差校正法的MATLAB函數……… 366

6.4.6 案例6.3:旋轉機械的振動測試……… 367

6.4.7 案例6.4:感應電機轉子故障電流的分析…… 369

6.4.8 案例6.5:ZFFT分析後的相位差校正法…… 373

6.5 全相位校正技術……… 375

6.5.1 全相位的資料結構和預處理………… 375

6.5.2 全相位中的卷積窗函數………… 377

6.5.3 全相位FFT譜分析……… 377

6.5.4 FFT/apFFT綜合相位差校正法……… 379

6.5.5 全相位時移相位差法校正法………… 379

6.5.6 全相位校正技術的MATLAB函數………… 380

6.5.7 案例6.6:傳統FFT相位差校正法與FFT/apFFT綜合相位差校正法、全相位時移相位

差校正法比較……… 383

參考文獻…………… 386

笫7章諧波分析………… 387

7.1 窗函數的進一步介紹……… 387

7.1.1 Blackman-Harris窗函數………… 388

7.1.2 Rife-Vincent窗函數……… 389

7.1.3 Nuttall窗函數……… 390

7.2 單峰譜線插值演算法………… 390

7.2.1 單峰譜線插值演算法原理………… 390

7.2.2 基於多項式逼近的單峰譜線插值………… 391

7.2.3 常用窗函數單峰譜線的修正公式………… 392

7.2.4 案例7.1:如何求不同余弦窗函數單峰修正法中α=g-1(β)的係數和λ(γ)的係數… 393

7.2.5 案例7.2:用不同窗函數對一組諧波資料進行計算比較……… 397

7.3 雙峰譜線插值演算法………… 401

7.3.1 雙峰譜線插值演算法原理………… 401

7.3.2 基於多項式逼近的雙峰譜線插值………… 401

7.3.3 常用窗函數雙峰譜線的修正公式………… 402

7.3.4 案例7.3:怎麼求出不同余弦窗函數雙峰修正法中α=g-1(β)的係數和ν(γ)的係數…… 403

7.3.5 案例7.4:用不同窗函數對一組諧波資料進行計算比較……… 405

7.4 Prony法………… 411

7.4.1 Prony法原理………… 411

7.4.2 Prony法的MATLAB函數……… 412

7.4.3 案例7.5:能否用Prony法分析處理諧波信號…… 413

7.4.4 案例7.6:用Prony法分析處理暫態信號…… 416

參考文獻…………… 420

第8章功率譜的估算………… 422

8.1 平穩隨機信號及其特徵描述………… 422

8.2 非參數法的功率譜估計………… 427

8.2.1 相關圖法…………… 427

8.2.2 週期圖法…………… 428

8.2.3 週期圖法的改進(一):平滑單一週期圖…… 429

8.2.4 週期圖法的改進(二):多個週期圖求平均……… 430

8.2.5 非參數法功率譜估計的MATLAB函數…… 431

8.2.6 案例8.1:求功率譜密度時,調用FFT與調用periodogram函數有何差別…… 434

8.2.7 案例8.2:對週期圖法和自相關法求出的功率譜進行比較…… 435

8.2.8 案例8.3:對週期圖法和改進週期圖法求出的功率譜進行比較…… 437

8.2.9 案例8.4:已知功率譜密度,能否求出對應的時域信號……… 438

8.3 參數法的功率譜估計……… 442

8.3.1 最大熵法…………… 443

8.3.2 自相關法…………… 444

8.3.3 協方差法…………… 445

8.3.4 Burg演算法估計法………… 445

8.3.5 改進的協方差估計法……… 447

8.3.6 AR模型階數的確定……… 448

8.3.7 AR模型功率譜密度估算的MATLAB函數……… 449

8.3.8 案例8.5:比較四種AR模型功率譜密度估算的方法……… 451

8.4 MATLAB中通用的功率譜估算函數…… 453

8.4.1 通用功率譜估算函數spectrum 和psd的介紹…… 453

8.4.2 案例8.6:用傳統功率譜函數和用spectrum psd函數有何差別… 458

8.5 傳遞函數和相干函數的估算………… 462

8.5.1 傳遞函數和相干函數的估算方法………… 463

8.5.2 MATLAB中的傳遞函數和相干函數……… 464

8.5.3 案例8.7:已知輸入和輸出序列,如何求傳遞函數……… 465

8.5.4 案例8.8:用求自譜和互譜的方法求得相干函數與調用mscohere函數得到的相干函數

是否有差別………… 466

8.5.5 案例8.9:調用mscohere函數時其中的參數如何選擇……… 470

參考文獻…………… 473

附錄 MATLAB函數速查表………… 474
序: