Simulink與信號(hào)處理

前言

　　在我上大學(xué)的時(shí)候，數(shù)字信號(hào)處理還是很新的東西。大學(xué)四年級(jí)下學(xué)期，系里開(kāi)了一門“數(shù)字濾波器”選修課。當(dāng)時(shí)班里年長(zhǎng)一點(diǎn)的同學(xué)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理是電子工程的未來(lái)，所以我就“隨大流”選學(xué)了那門課。后來(lái)，我有機(jī)會(huì)去“數(shù)字濾波器”課程所用教材的編著者鄒理和教授所在的西安交通大學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)教研室進(jìn)修，接觸了更多這方面的知識(shí)。1986年，我用當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)極為難得的，美國(guó)德州儀器（Texas Instruments）公司的第一臺(tái)數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)品——TMS32010，一個(gè)8位的數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于雷達(dá)信號(hào)處理的自適應(yīng)濾波器，于是開(kāi)始對(duì)數(shù)字信號(hào)處理產(chǎn)生興趣，并對(duì)如何開(kāi)發(fā)和研究數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)有了一些想法。1988年我在南京航空航天大學(xué)任教，那時(shí)學(xué)校教務(wù)處和主管青年教師的校領(lǐng)導(dǎo)很有遠(yuǎn)見(jiàn)，鼓勵(lì)青年教師從事科學(xué)研究。因此我在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了用圖形框圖進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的設(shè)想，并從學(xué)校得到了4000元人民幣的科研經(jīng)費(fèi)。當(dāng)時(shí)的4 000元差不多是我40個(gè)月的工資，作為啟動(dòng)基金還是一個(gè)不小的數(shù)字。由于我那時(shí)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，圖形用戶接口的編程方法以及高級(jí)程序設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)幾乎是空白，課題進(jìn)展極為困難，后來(lái)因?yàn)楦懊懒魧W(xué)，對(duì)這一課題的探索只得告一段落。攻讀博士學(xué)位期間，在幾位著名教授，如我的導(dǎo)師Richard J.Vaccaro、steven M.Kay和快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)明者之一的James W.Cooley等指導(dǎo)下，研究方向轉(zhuǎn)向信號(hào)處理的理論方面，也沒(méi)能有機(jī)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行用圖形框圖進(jìn)行信號(hào)處理系統(tǒng)的模擬與設(shè)計(jì)的研究。

內(nèi)容概要

本書是學(xué)習(xí)和使用Simulink對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行模擬和仿真的參考書籍，是筆者對(duì)多年來(lái)在MathWorks工作期間與公司軟件開(kāi)發(fā)人員及眾多用戶交流、切磋獲得的經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)的總結(jié)和提煉。全書共8章，介紹了Simulink的基本知識(shí)和Simulink的擴(kuò)展之一——信號(hào)處理模塊集，并按照一般信號(hào)處理系統(tǒng)的組成方式和信號(hào)流程介紹如何用Simulink建立系統(tǒng)模型——包括信號(hào)的產(chǎn)生，信號(hào)的濾波，信號(hào)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與信號(hào)估計(jì)，以及如何在Simulink系統(tǒng)模型中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。    這本書的重要特點(diǎn)是在討論信號(hào)處理系統(tǒng)建模時(shí)采用了大量實(shí)例。全書共提供了近100個(gè)Simulink模型文件，是學(xué)習(xí)Simulink軟件，掌握模塊特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)而建立復(fù)雜信號(hào)處理系統(tǒng)模型的寶貴參考資料。這本書的另一個(gè)重要特點(diǎn)是涉及面廣，取材新穎、實(shí)用。并且特別介紹了Simulink近幾年引入的幾個(gè)重要元素，如傳統(tǒng)代碼工具和內(nèi)嵌式MATLAB等。    本書可以作為電氣工程、自動(dòng)控制及其他專業(yè)老師、學(xué)生，及相關(guān)工程技術(shù)人員的參考用書。

作者簡(jiǎn)介

丁亦農(nóng)，MathWorks信號(hào)處理和通信應(yīng)用的首席工程師。在2007年加盟MathWorks之前，他曾在德州儀器，思科系統(tǒng)公司和三星移動(dòng)企業(yè)半導(dǎo)體和通信系統(tǒng)公司研究部門擔(dān)任研究人員/地區(qū)經(jīng)理。在美國(guó)，他有超過(guò)20個(gè)信號(hào)處理和無(wú)線通信等領(lǐng)域的國(guó)際專利。他于1991年在美國(guó)羅德島大學(xué)學(xué)習(xí)控制理論時(shí)，開(kāi)始使用MATLAB。丁亦農(nóng)擁有電氣工程領(lǐng)域的博士，碩士和本科學(xué)位。在來(lái)美國(guó)追求他的研究生學(xué)習(xí)前，他曾任南京航空航天大學(xué)講師。

書籍目錄

第1章  Simulink簡(jiǎn)介1  1.1  什么是Simulink1  1.2  Simulink的工作原理3    1.2.1  動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模擬3    1.2.2  動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真7    1.2.3  Simulink求解器9第2章  Simulink的基本知識(shí)11  2.1  Simulink的基本操作11    2.1.1  啟動(dòng)Simulink11    2.1.2  打開(kāi)系統(tǒng)模型12    2.1.3  輸入Simulink命令12    2.1.4  保存系統(tǒng)模型14    2.1.5  打印模型框圖15    2.1.6  常用鼠標(biāo)和鍵盤操作16  2.2  用Simulink建立系統(tǒng)模型16    2.2.1  系統(tǒng)框圖17    2.2.2  模塊的選擇18    2.2.3  模塊的連接18    2.2.4  設(shè)置模塊參數(shù)和添加評(píng)注19    2.2.5  建立子系統(tǒng)22    2.2.6  條件執(zhí)行子系統(tǒng)23    2.2.7  使用回調(diào)子程序25    2.2.8  模型參照26    2.2.9  Simulink模型工作區(qū)26  2.3  Simulink的模塊27    2.3.1  Simulink的基本模塊27    2.3.2  常用模塊子集28    2.3.3  連續(xù)時(shí)間模塊子集32    2.3.4  非連續(xù)時(shí)間模塊子集33    2.3.5  離散模塊子集35    2.3.6  邏輯與位操作模塊子集37    2.3.7  查表模塊子集38    2.3.8  數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊子集44    2.3.9  端口與子系統(tǒng)模塊子集46    2.3.10  信號(hào)特征模塊子集49    2.3.11  信號(hào)路徑模塊子集52    2.3.12  匯集模塊子集55    2.3.13  源模塊子集55    2.3.14  用戶自定義函數(shù)模塊子集56  2.4  用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真57    2.4.1  Simulink求解器的選擇58    2.4.2  仿真性能及精度的改善63第3章  Simulink的擴(kuò)展——信號(hào)處理模塊集65  3.1  幾個(gè)重要概念65    3.1.1  信號(hào)65    3.1.2  信號(hào)的采樣時(shí)間65    3.1.3  樣本信號(hào)65    3.1.4  幀信號(hào)68  3.2  信號(hào)處理模塊集的特征71    3.2.1  幀操作71    3.2.2  矩陣操作72    3.2.3  數(shù)據(jù)類型支持72    3.2.4  復(fù)雜的信號(hào)處理操作73    3.2.5  實(shí)時(shí)代碼生成73  3.3  采樣速率與幀頻率73    3.3.1  采樣速率與幀頻率的檢測(cè)73    3.3.2  幀信號(hào)Simulink模型中的采樣率75  3.4  模塊延遲(Delay)與反應(yīng)時(shí)間(Latency)75    3.4.1  模塊延時(shí)的類型76    3.4.2  模塊反應(yīng)時(shí)間76第4章  信號(hào)的產(chǎn)生81  4.1  離散時(shí)間信號(hào)81    4.1.1  有關(guān)時(shí)間與頻率的技術(shù)術(shù)語(yǔ)及定義81    4.1.2  進(jìn)行離散時(shí)間系統(tǒng)仿真時(shí)Simulink的設(shè)置82    4.1.3  Simulink的其他設(shè)置83  4.2  連續(xù)時(shí)間信號(hào)85  4.3  信號(hào)的產(chǎn)生85    4.3.1  用常數(shù)模塊產(chǎn)生信號(hào)85    4.3.2  用信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生信號(hào)86    4.3.3  用來(lái)自工作區(qū)信號(hào)模塊產(chǎn)生信號(hào)88    4.3.4  隨機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生89第5章  信號(hào)的濾波91  5.1  濾波器結(jié)構(gòu)及濾波器的特征指標(biāo)91  5.2  濾波器設(shè)計(jì)子模塊庫(kù)94    5.2.1  模擬濾波器的設(shè)計(jì)95    5.2.2  數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)96    5.2.3  使用離散傅里葉變換進(jìn)行數(shù)字濾波97  5.3  自適應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)99  5.4  多采樣率濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例102    5.4.1  CIC濾波器的設(shè)計(jì)104    5.4.2  CIC濾波器的分析與量化106    5.4.3  補(bǔ)償FIR濾波器的設(shè)計(jì)109    5.4.4  補(bǔ)償FIR濾波器的量化與分析110    5.4.5  編程可調(diào)FIR濾波器的設(shè)計(jì)113  5.5  用MATLAB濾波器工具箱GUI進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)114第6章  信號(hào)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與信號(hào)估計(jì)121  6.1  信號(hào)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估計(jì)與顯示121    6.1.1  基本工作模式(Basic Operations)122    6.1.2  流水工作模式(Running Operations)122    6.1.3  增容工作模式124  6.2  線性預(yù)測(cè)125    6.2.1  自相關(guān)函數(shù)與線性預(yù)測(cè)系數(shù)的關(guān)系125    6.2.2  萊文森—德賓(Levinson-Durbin)迭代126  6.3  自回歸過(guò)程的參數(shù)估計(jì)129    6.3.1  自回歸過(guò)程參數(shù)的估計(jì)方法130    6.3.2  自回歸參數(shù)的估計(jì)模塊132  6.4  自回歸過(guò)程的功率譜密度估計(jì)134第7章  復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)137  7.1  在Simulink中使用自定義模塊137    7.1.1  Fcn和MATLAB Fcn模塊137    7.1.2  Embedded MATLAB Function模塊139  7.2  關(guān)于S-函數(shù)(S-Function)142    7.2.1  S-函數(shù)的特征與類型142    7.2.2  S-函數(shù)的工作原理143    7.2.3  S-函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與使用144  7.3  在Simulink中使用C程序146  7.4  再談內(nèi)嵌式MATLAB148    7.4.1  內(nèi)嵌式MATLAB的特征148    7.4.2  內(nèi)嵌式MATLAB的主要命令149    7.4.3  內(nèi)嵌式MATLAB的編程實(shí)例150第8章  信號(hào)處理系統(tǒng)的建模與仿真實(shí)例153  8.1  在多輸入多輸出(MIMO)通信接收機(jī)中采用逐個(gè)干擾相消153    8.1.1  背景知識(shí)153    8.1.2  逐個(gè)干擾相消的工作原理154    8.1.3  MIMO-OFDM系統(tǒng)模型概述156    8.1.4  信道子系統(tǒng)158    8.1.5  最小均方誤差檢測(cè)子系統(tǒng)162    8.1.6  干擾相消與檢測(cè)子系統(tǒng)163    8.1.7  系統(tǒng)模擬與仿真163  8.2  濾波器滑變(Morphing) 在音頻信號(hào)處理中的應(yīng)用164    8.2.1  數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)164    8.2.2  阿瑪?shù)牧_滑變167    8.2.3  濾波器滑變系統(tǒng)模型概述170    8.2.4  濾波器滑變系統(tǒng)模型的子系統(tǒng)172索引175參考文獻(xiàn)178

章節(jié)摘錄

　　Simulink是一個(gè)與MATLAB融為一體，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬、仿真和分析的應(yīng)用軟件。這樣的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)可以是線性的、也可以是非線性的，可以是連續(xù)的、離散的，或者是兩者混合的系統(tǒng)。用simulink還可以對(duì)多速率系統(tǒng)進(jìn)行有效的模擬、仿真和分析。　　Simulink是基于模型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的平臺(tái)和工具　　在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)以系統(tǒng)模型為中心、以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求和指標(biāo)為目的進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試及驗(yàn)證的過(guò)程。在這一過(guò)程中，通過(guò)建模把通常以文字表達(dá)的對(duì)系統(tǒng)的要求、指標(biāo)及規(guī)范轉(zhuǎn)化成為一個(gè)可執(zhí)行的系統(tǒng)模型。這一模型所代表的不僅僅是一個(gè)理想化、線性化的系統(tǒng)，而是在考慮并反映了實(shí)際系統(tǒng)及運(yùn)行中可能存在的非線性、系統(tǒng)內(nèi)部噪聲、系統(tǒng)外部干擾等種種現(xiàn)象后得到的一個(gè)對(duì)系統(tǒng)的描述。使用simulink等于是把用戶的計(jì)算機(jī)變成了一個(gè)模擬和分析各種類型系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室?！　imulink的圖形用戶接口（GUI，Graphical User Interface）使用戶能像用紙和筆構(gòu)畫系統(tǒng)方框圖那樣用Sireulink提供的系統(tǒng)基本模塊建立系統(tǒng)模型。Simulink提供的系統(tǒng)基本模塊庫(kù)包括各類信號(hào)源，信號(hào)終端（顯示、示波器等），各類線性和非線性器件、連線、接插件等。如果Simulink提供的模塊不能滿足需要，用戶可以建立自定義模塊。Simulink提供的交互式圖形環(huán)境極大地簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，用戶沒(méi)有必要再像使用其他工具語(yǔ)言或程序那樣去建立描述系統(tǒng)的微分或差分方程式了。

編輯推薦

　　這本書的一個(gè)重要特征是在討論Simulink的工作原理、Simulink的基本模塊庫(kù)以及用Simulink建立信號(hào)處理系統(tǒng)模型時(shí)采用了大量實(shí)例，提供了近100個(gè)Simulink模型文件。這些建模實(shí)例建立在MATLAB/Simulink的R2009a的版本之上，并逐個(gè)進(jìn)行了測(cè)試。它們是學(xué)習(xí)Simulink軟件，掌握模塊特征和應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)而建立復(fù)雜信號(hào)處理系統(tǒng)模型的重要參考資料。本書的另一個(gè)重要特征是涉及面廣，取材新穎、實(shí)用。本書介紹了Simulink近幾年引入的幾個(gè)重要元素，如第7章中介紹的傳統(tǒng)代碼工具和內(nèi)嵌式MATLAB。使用傳統(tǒng)代碼工具已經(jīng)成為在用Simulink建立系統(tǒng)模型時(shí)采用C代碼的主要手段；而內(nèi)嵌式MATLAB的引入，為用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模，模擬，仿真及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供了不可或缺的，與Simulink圖形編程、圖形表達(dá)互補(bǔ)的文字編程功能。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無(wú)

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    Simulink與信號(hào)處理 PDF格式下載

---