本书以MATLAB R2020a版本为基础，系统地讨论数字信号处理的基本理论、基本分析方法、基本算法和设计方法，是一本比较全面的MATLAB信号处理参考书。本书共10章，全面系统地阐述数字信号处理的相关知识，包括MATLAB基础、离散时间信号与系统、Z变换、傅里叶变换、IIR滤波器的设计、FIR滤波器的设计、自适应滤波器的设计、随机信号处理、小波分析、信息处理中的应用等。此外还给出了MATLAB在信号处理中的一些简单应用。
本书内容丰富，讲解深入浅出，可作为电子工程、计算机工程、信号处理以及通信工程等专业的本科生和研究生的参考书，也适合工程技术人员参考。
面向新手，实例丰富，轻松掌握
实操为主，结合实践，提升技能
理论与实践并重，全面讲解信号处理的基础知识与应用实践
编程示例丰富，通过150个教学示例让你边学边练，快速掌握相关知识
MATLAB作为一种新兴的用于科学计算领域的高级语言，具有编程简便、计算功能强大、语言简单、运行效率高等特性，同时拥有便捷强大的绘图功能。目前，MATLAB已得到国际公认，并被广泛应用于科学实践与实际工程计算中。
MATLAB现在已经用于数值分析、矩阵计算、符号运算、图形处理、图像处理、动态仿真、信号处理、声音处理、系统建模等领域。随着科学的发展MATLAB不断地更新和改进，在今后的科学研究和工程应用中将会发挥越来越大的作用。本书将通过大量的例子全面、系统地介绍使用MATLAB R2020a进行数字信号处理的方法。
本书特点
由浅入深，循序渐进：本书以初中级读者为对象，从MATLAB的基础知识讲起，接着叙述数字信号处理的基本理论，并辅以MATLAB的实例分析，最后介绍MATLAB的一些实际应用。
内容翔实，覆盖面广：本书涉及数字信号处理的各个方面，在讲解的过程中，合理安排章节，既注重理论，又强调在实际中的应用，使读者能快速掌握MATLAB信号处理技术。
实例经典，轻松易学：学习实际工程应用案例的具体操作是掌握MATLAB的最好方式，本书最后一章通过两个综合应用案例透彻详尽地讲解了MATLAB在各方面的应用。
本书内容
本书基于MATLAB R2020a讲解了MATLAB的基础知识，以及它在数字信号处理中的应用。全书章节安排如下：
第1章 MATLAB基础 第6章 FIR滤波器的设计
第2章 离散时间信号与系统 第7章 其他滤波器
第3章 Z变换 第8章 随机信号处理
第4章 傅里叶变换 第9章 小波分析
第5章 IIR滤波器的设计 第10章 信号处理中的应用
读者对象
本书适合MATLAB初学者和希望提高数字信号处理能力的读者，具体如下：
( 从事信号处理工作的从业人员 ( 初学MATLAB的技术人员
( 大中专院校的教师和学生 ( 相关培训机构的教师和学员
本书编者
本书主要由李欣编写，参与编写的还有张樱枝、张君慧等。虽然编者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平所限，疏漏之处在所难免，希望广大读者和同人不吝指正，共同促进本书质量的提高。
读者服务
为了方便解决本书的疑难问题，读者在学习过程中遇到与本书有关的技术问题，可以发送邮件到邮箱book_hai@126.com，编者会尽快给予解答。读者也可以访问“算法仿真在线”公众号，在相关栏目下留言获取帮助。
编 者
2021年6月
计算机\程序设计
本书内容
本书基于MATLAB R2020a编写，循序渐进地讲解了MATLAB的基础知识，以及它在数字信号处理中的应用。全书章节安排如下：
第1章 MATLAB基础
第2章 离散时间信号与系统
第3章 Z变换
第4章 傅里叶变换
第5章 IIR滤波器的设计
第6章 FIR滤波器的设计
第7章 其他滤波器
第8章 随机信号处理
第9章 小波分析
第10章 信号处理中的应用
本书特点
由浅入深，循序渐进：本书以初中级读者为对象，从MATLAB的基础知识讲起，接着叙述数字信号处理的基本理论，并辅以MATLAB的实例分析，最后介绍MATLAB的一些实际应用。
内容翔实，覆盖面广：本书涉及数字信号处理的各个方面，在讲解的过程中，合理安排章节，既注重理论，又强调在实际中的应用，使读者能快速掌握MATLAB信号处理技术。
实例经典，轻松易学：学习实际应用案例的具体操作是掌握MATLAB的最好方式，本书最后一章通过两个综合案例透彻详尽地讲解了MATLAB在各方面的应用。
本书读者对象
从事信号处理工作的从业人员
初学MATLAB的技术人员
大中专院校的教师和学生
相关培训机构的教师和学员
前言
第1章 MATLAB基础 1
1.1 MATLAB概述 1
1.1.1 什么是MATLAB 1
1.1.2 MATLAB语言的特点 2
1.1.3 MATLAB系统 4
1.2 MATLAB的基本操作与应用 5
1.2.1 操作界面概述 5
1.2.2 命令行窗口 5
1.2.3 当前文件夹窗口和路径管理 6
1.2.4 工作区窗口和数组编辑器 6
1.2.5 变量的编辑命令 7
1.2.6 绘图命令 8
1.2.7 MATLAB程序的控制流语句 9
1.2.8 M文件 10
1.3 MATLAB帮助系统 11
1.3.1 纯文本帮助信息 11
1.3.2 帮助导航 11
1.3.3 示例帮助 12
1.4 本章小结 12
第2章 离散时间信号与系统 13
2.1 离散序列 13
2.1.1 单位采样序列 13
2.1.2 单位阶跃序列 15
2.1.3 矩形序列 16
2.1.4 正弦序列 16
2.1.5 实指数序列 17
2.1.6 复指数序列 18
2.1.7 周期序列 19
2.2 信号的产生 20
2.2.1 方波函数 21
2.2.2 随机函数 21
2.2.3 三角波函数 22
2.2.4 sinc函数 23
2.2.5 线性调频函数 23
2.2.6 diric函数 24
2.2.7 rectpuls函数 25
2.2.8 tripuls函数 25
2.2.9 pulstran函数 26
2.2.10 gauspuls函数 27
2.3 信号的运算 27
2.3.1 信号的时移、反折和尺度变换 27
2.3.2 信号的加法和乘法运算 29
2.3.3 信号的奇偶分解 31
2.3.4 信号的积分和微分 32
2.4 连续时间系统的时域分析 33
2.4.1 连续时间系统求解 33
2.4.2 连续时间系统数值求解 34
2.4.3 连续时间系统符号求解 36
2.4.4 连续时间系统卷积求解 37
2.5 离散时间信号的运算 38
2.5.1 离散时间系统响应 38
2.5.2 离散时间系统的冲激响应和阶跃响应 39
2.5.3 离散时间信号的卷积和运算 40
2.6 离散时间系统 43
2.6.1 离散时间系统概述 43
2.6.2 离散时间系统的描述方法 44
2.6.3 采样定理 45
2.7 本章小结 50
第3章 Z变换 51
3.1 Z变换概述 51
3.1.1 Z变换的定义 51
3.1.2 Z变换的收敛域 52
3.2 Z反变换 53
3.3 Z变换的性质 55
3.4 Z变换在离散系统中的应用 59
3.4.1 Z域系统函数零点分析 59
3.4.2 Z域系统函数频域分析 64
3.4.3 Z域系统差分函数求解 67
3.5 本章小结 70
第4章 傅里叶变换 71
4.1 傅里叶变换的形式 71
4.2 序列的傅里叶变换 72
4.2.1 周期序列的离散傅里叶级数 72
4.2.2 非周期序列和周期序列的关系 73
4.2.3 有限长序列的线性卷积和圆周卷积 75
4.2.4 有限长序列的傅里叶表示 75
4.3 离散傅里叶变换 77
4.3.1 傅里叶级数和傅里叶变换 77
4.3.2 离散傅里叶级数的性质 80
4.3.3 离散傅里叶变换的性质 82
4.3.4 频率采样 82
4.4 快速傅里叶变换 86
4.4.1 按时间抽取的FFT算法 86
4.4.2 按频率抽取的FFT算法 89
4.4.3 快速傅里叶变换的MATLAB实现 90
4.5 Chirp-Z变换 94
4.6 傅里叶变换的应用 96
4.6.1 离散傅里叶反变换 96
4.6.2 线性卷积的FFT求法 102
4.6.3 相关系数的快速求法 103
4.7 离散余弦变换 104
4.8 Gabor函数 105
4.8.1 Gabor函数定义 106
4.8.2 Gabor函数的一般求法 107
4.8.3 Gabor变换的解析理论 107
4.9 本章小结 110
第5章 IIR滤波器的设计 111
5.1 数字滤波器概述 111
5.1.1 滤波器的分类 111
5.1.2 滤波器设计步骤 124
5.2 常用的模拟低通滤波器的特性 125
5.2.1 振幅平方函数 125
5.2.2 模拟滤波器原型 126
5.3 根据模拟滤波器设计IIR滤波器 143
5.3.1 脉冲响应不变法 143
5.3.2 双线性变换法 148
5.4 从模拟滤波器低通模型到数字滤波器 151
5.4.1 低通变换 152
5.4.2 高通变换 153
5.4.3 带通变换 154
5.4.4 带阻变换 155
5.5 从低通数字滤波器到各种数字滤波器的频率变换 155
5.5.1 低通?低通 156
5.5.2 低通?高通 157
5.5.3 低通?带通 159
5.5.4 低通?带阻 160
5.6 本章小结 160
第6章 FIR滤波器的设计 161
6.1 FIR滤波器的结构 161
6.1.1 直接型结构 162
6.1.2 级联型结构 162
6.1.3 频率采样型结构 162
6.2 线性相位FIR滤波器的特性 167
6.2.1 相位条件 168
6.2.2 线性相位滤波器频率响应的特点 168
6.2.3 线性相位滤波器的零点特性 176
6.3 基本窗函数FIR滤波器的设计 177
6.3.1 窗函数的基本原理 177
6.3.2 矩形窗 181
6.3.3 汉宁窗 183
6.3.4 汉明窗 189
6.3.5 布莱克曼窗 193
6.3.6 凯塞?贝塞尔窗 195
6.3.7 窗函数设计法 197
6.4 频率采样的FIR滤波器的设计 199
6.4.1 设计方法 199
6.4.2 约束条件 199
6.4.3 误差设计 200
6.5 FIR数字滤波器的最优设计 206
6.5.1 最小均方误差准则 206
6.5.2 最大误差最小化准则 207
6.5.3 切比雪夫最佳一致逼近 207
6.6 FIR与IIR数字滤波器的比较 212
6.7 本章小结 213
第7章 其他滤波器 214
7.1 维纳滤波器 214
7.1.1 维纳滤波器的基本原理 214
7.1.2 维纳滤波器实现 220
7.2 卡尔曼滤波器 223
7.2.1 卡尔曼滤波器的基本原理 223
7.2.2 扩展卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器 227
7.3 自适应滤波器 241
7.3.1 自适应滤波器的基本原理 241
7.3.2 格型自适应滤波器 247
7.3.3 LS自适应滤波器 251
7.4 本章小结 251
第8章 随机信号处理 252
8.1 随机信号处理基础 252
8.1.1 随机信号的基本定义 252
8.1.2 离散随机信号的统计描述 252
8.1.3 平稳随机序列及其数字特征 255
8.1.4 平稳随机序列的功率谱 256
8.1.5 随机序列的各态历经性 257
8.1.6 特定的随机序列 257
8.1.7 MATLAB在随机信号处理中的基本应用 257
8.2 随机信号的频谱分析 260
8.2.1 非参量类方法 262
8.2.2 参数法 269
8.2.3 子空间法 272
8.3 随机信号系统处理模型 273
8.3.1 AR(1)模型 273
8.3.2 AR(2)模型 274
8.3.3 AR(p)模型 274
8.3.4 MA模型 280
8.3.5 ARMA模型 282
8.4 本章小结 286
第9章 小波分析 287
9.1 信号的小波变换 287
9.1.1 信号的连续小波变换 287
9.1.2 信号的离散小波变换 288
9.1.3 信号的小波包 290
9.1.4 常用的小波函数 292
9.2 信号分析 294
9.2.1 信号的重构 294
9.2.2 提升小波在信号中的应用 297
9.3 信号去噪 301
9.3.1 小波阈值去噪 302
9.3.2 小波消噪阈值的选取规则 305
9.4 小波分析和傅里叶分析的比较 306
9.5 本章小结 308
第10章 信号处理中的应用 309
10.1 瞬时混合盲信号分离 309
10.1.1 盲信号分离方法 309
10.1.2 主成分分析 313
10.1.3 独立成分分析 318
10.1.4 盲信号处理应用实例 325
10.2 雷达信号处理 327
10.2.1 雷达信号处理方法 327
10.2.2 雷达散射截面信号处理 332
10.3 本章小结 336
参考文献 337
