現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理

前言

　　本教材系按原電子工業(yè)部（現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)部）的《1996-2000年全國(guó)電子信息類專業(yè)教材編審出版規(guī)劃》，由全國(guó)通信工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編審、推薦出版。本教材由華中理工大學(xué)姚天任教授擔(dān)任主編，主審趙榮椿教授，責(zé)任編委阮秋琦教授。　　本教材的參考學(xué)時(shí)數(shù)為54學(xué)時(shí)。教材的主要內(nèi)容有：維納濾波器和卡爾曼濾波器的原理和計(jì)算，自適應(yīng)濾波器的理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，功率譜現(xiàn)代估計(jì)方法的基本理論和各種算法，同態(tài)信號(hào)處理技術(shù)及其應(yīng)用，高階譜分析理論和技術(shù)基礎(chǔ)，小波變換的理論、方法和應(yīng)用，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論、方法和應(yīng)用。為加深對(duì)基本概念和基本理論的理解，加強(qiáng)對(duì)基本方法和基本技能的掌握，本書第一章對(duì)現(xiàn)代信號(hào)處理理論及其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行了扼要的復(fù)習(xí)，又在各章末安排了相當(dāng)數(shù)量的復(fù)習(xí)思考題和較多的習(xí)題。書中某些重要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程和工程實(shí)用計(jì)算機(jī)程序，在書末附錄中給出。各章末列有重要參考文獻(xiàn)，供讀者進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)時(shí)參考。書中的重要名詞術(shù)語(yǔ)的中英文索引也附在書末?！　?shù)字信號(hào)處理是一門理論和技術(shù)發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的前沿交叉性學(xué)科。因此，在使用本教材時(shí)，要特別注意對(duì)基本概念、基本理論、基本方法和基本技能的掌握，在此基礎(chǔ)上努力把理論和實(shí)際應(yīng)用很好地結(jié)合起來，不斷跟蹤本學(xué)科和本應(yīng)用領(lǐng)域的新發(fā)展。這樣，才有可能在自己的工作中爭(zhēng)取做出創(chuàng)造性的成果?！　”窘滩牡谝徽轮恋谖逭乱约暗谄哒掠梢μ烊螆?zhí)筆，第六章和第八章由孫洪執(zhí)筆編寫。書末附錄中的計(jì)算機(jī)程序，由車忠志、向陽(yáng)松、郭士奎、徐強(qiáng)、蘇勇、江濤、王有倫、胡建兵等碩士和田金文博士編寫，并在計(jì)算機(jī)上調(diào)試通過。博士生李中捷和盧燕青碩士參加了書中插圖的繪制。湖北省電信局廖仁斌副局長(zhǎng)、湖北省數(shù)據(jù)局楊文鵬局長(zhǎng)對(duì)本書的編著給予了關(guān)心和支持。作者的歷屆研究生都為本書提出過許多寶貴意見。借此機(jī)會(huì)謹(jǐn)向以上同志表示誠(chéng)摯的感謝。

內(nèi)容概要

　　本書是九五電子部重點(diǎn)教材、電子信息類高等學(xué)校規(guī)劃教材之一。本書全面、系統(tǒng)、深入地討論了現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。全書由自成體系而又有聯(lián)系的八章組成，分別論及統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理基礎(chǔ)，維納和卡爾曼濾波器，自適應(yīng)濾波器，現(xiàn)代功率譜估計(jì)，同態(tài)信號(hào)處理，高階譜估計(jì)，小波分析，以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理?！　”緯m合于信息與通信工程學(xué)科各專業(yè)及相近專業(yè)的研究生和專業(yè)人員用作教材或參考書。

作者簡(jiǎn)介

　　姚天任，1940年11月出生于四川省南充縣。1962年畢業(yè)于北京清華大學(xué)。1982年至1984年為美國(guó)辛辛那提大學(xué)訪問學(xué)者?，F(xiàn)任華中科技大學(xué)教授，信息與通信工程學(xué)科博士生導(dǎo)師，中國(guó)電子學(xué)會(huì)信號(hào)處理分會(huì)副主任委員，《信號(hào)處理》學(xué)報(bào)編輯委員會(huì)副主任?！　≈饕獙W(xué)科研究方向有：數(shù)字信號(hào)處理及其在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用，語(yǔ)音壓縮編碼，語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音去噪等?！　O洪，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，通信工程系系主任。在華中理工大學(xué)（現(xiàn)名：華中科技大學(xué)）獲得工學(xué)學(xué)士、工學(xué)碩士和工學(xué)博士學(xué)位。1997年-1998年在法國(guó)國(guó)立高等工藝學(xué)院和國(guó)立高等電信學(xué)院作訪問學(xué)者，1998年應(yīng)邀到德國(guó)杜伊斯堡大學(xué)進(jìn)行合作研究，1999年、2000年、2001應(yīng)邀在法國(guó)國(guó)立高等電信學(xué)院作訪問教授，并指導(dǎo)研究生。主要從事信號(hào)處理和現(xiàn)代通信的理論和技術(shù)的研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家基金委國(guó)際合作項(xiàng)目和國(guó)家863項(xiàng)目等十余項(xiàng)課題的研究。先后提出“離散幅度信號(hào)分析概念和方法”和“幅度－頻率域的統(tǒng)計(jì)多分辨率的概念和計(jì)算方法”，在《中國(guó)科學(xué)》雜志上發(fā)表。合著《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》被列入“九五”電子部重點(diǎn)教材。譯著：《合成孔徑雷達(dá)圖像處理》（法文），《現(xiàn)代數(shù)字圖像處理》（法文）；《數(shù)字信號(hào)處理》（英文）等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文160余篇。作為組織委員組織了2003年在巴黎召開的IEEE第7屆信號(hào)處理理論與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)；多次在國(guó)際信號(hào)處理學(xué)術(shù)大會(huì)，國(guó)際雷達(dá)學(xué)術(shù)會(huì)議，IEEE國(guó)際信息和通信技術(shù)學(xué)術(shù)大會(huì)上任分會(huì)主席。 IEEE信號(hào)處理學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)信號(hào)處理學(xué)會(huì)委員，國(guó)家教育部電子信息科學(xué)與工程專業(yè)教育指導(dǎo)分委員會(huì)委員，國(guó)家教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金評(píng)審專家，遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室兼職教授。

書籍目錄

第一章 基礎(chǔ)知識(shí)1.1 隨機(jī)矢量1.2 相關(guān)抵消1.3 Gram-schidt正變化1.3.1 基本定義1.3.2 正交投影定理和Gram-schidt正變化1.4 偏相關(guān)系數(shù)1.5 功率譜和周期圖1.6 譜分解1.6.1 最小相位序列1.6.2 部分能量和最小時(shí)延1.6.3 自相關(guān)函數(shù)的不變性1.6.4 最小時(shí)延性質(zhì)1.6.5 最小相位性質(zhì)1.6.6 譜分解定理1.7 信號(hào)的參數(shù)模型習(xí)題參考文獻(xiàn)第二章 維納濾波和卡爾曼濾波2.1 維納濾波的標(biāo)準(zhǔn)方程2.2 維納-霍夫方程的求解2.2.1 FIR維納濾波器2.2.2 非因果IIR維納濾波器2.2.3 因果IIR維納濾波器2.3 維納濾波的均方誤差2.4 因果IIR維納濾波器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.5 標(biāo)量卡爾曼濾波器2.6 矢量卡爾曼濾波器2.6.1 信號(hào)矢量和數(shù)據(jù)矢量2.6.2 矢量卡爾曼濾波器的遞推計(jì)算公式2.7 維納濾波和卡爾曼濾波的計(jì)算和應(yīng)用舉例2.7.1 維納濾波器2.7.2 卡爾曼濾波器復(fù)習(xí)思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第三章 自適應(yīng)濾波器3.1 自適應(yīng)濾波原理3.2 自適應(yīng)線性組合器3.3 均方誤差性能曲面3.4 二次性能曲面的基本性質(zhì)3.5 最陡下降法3.6 學(xué)習(xí)曲線和收斂速度3.7 自適應(yīng)的最小均方(LMS)算法3.8 權(quán)矢量噪聲3.9 失調(diào)量3.10 自適應(yīng)的遞歸最小二乘方(RLS)算法3.11 IIR遞推結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器的LMS算法3.12 自適應(yīng)濾波器計(jì)算舉例3.13 自適應(yīng)濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)3.13.1 LMS算法自適應(yīng)濾波器的直接實(shí)現(xiàn)3.13.2 分布運(yùn)算自適應(yīng)濾波器3.13.3 余數(shù)制自適應(yīng)濾波器3.14 最小二乘自適應(yīng)濾波器3.14.1 最小二乘濾波器的矢量空間分析3.14.2 投影矩陣和正交投影矩陣3.14.3 時(shí)間更新3.15 最小二乘格形(LSL)自適應(yīng)算法3.15.1 前向預(yù)測(cè)和后向預(yù)測(cè)3.15.2 預(yù)測(cè)誤差濾波器的格形結(jié)構(gòu)3.15.3 LSL自適應(yīng)算法3.15.4 LSL自適應(yīng)算法的性能3.16 快速橫向?yàn)V波(FTF)自適應(yīng)算法3.16.1 FTF算法涉及到的4個(gè)橫向?yàn)V波器3.16.2 橫向?yàn)V波算子的時(shí)間更新3.16.3 FTF自適應(yīng)算法中的時(shí)間更新關(guān)系3.16.4 FTF自適應(yīng)算法流程3.16.5 FTF自適應(yīng)算法的性能3.16.6 FTF算法計(jì)算量的進(jìn)一步減少3.17 自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用3.17.1 自適應(yīng)系統(tǒng)模擬和辨識(shí)3.17.2 自適應(yīng)逆濾波3.17.3 自適應(yīng)干擾抵消3.17.4 自適應(yīng)預(yù)測(cè)復(fù)習(xí)思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第四章 功率譜估計(jì)的現(xiàn)代方法4.1 從經(jīng)典譜估計(jì)到現(xiàn)代譜估計(jì)4.2 譜估計(jì)的參數(shù)模型方法4.3 AR模型的Yule—Walker方程4.4 Levinson—Durbin算法4.5 AR模型的穩(wěn)定性及其階的確定4.6 AR譜估計(jì)的性質(zhì)4.6.1 AR譜估計(jì)隱含著自相關(guān)函數(shù)的外推4.6.2 AR譜估計(jì)與最大熵譜估計(jì)等效4.6.3 AR譜估計(jì)與線性預(yù)測(cè)譜估計(jì)等效4.6.4 AR譜估計(jì)等效于最佳白化處理4.6.5 AR譜估計(jì)的界4.7 格形濾波器4.8 AR模型參數(shù)提取方法4.8.1 Yule—Walker法4.8.2 協(xié)方差法4.8.3 Burg法4.9 AR譜估計(jì)的異?，F(xiàn)象及其補(bǔ)救措施4.9.1 虛假譜峰4.9.2 譜線分裂4.9.3 噪聲對(duì)AR譜估計(jì)的影響4.10 MA和ARMA模型譜估計(jì)4.10.1 MA模型譜估計(jì)4.10.2 ARMA模型譜估計(jì)4.11 白噪聲中正弦波頻率的估計(jì)4.11.1 最大似然法4.11.2 修正協(xié)方差A(yù)R譜估計(jì)方法4.11.3 特征分解頻率估計(jì)4.11.4 信號(hào)子空間頻率估計(jì)4.11.5 噪聲子空問頻率估計(jì)復(fù)習(xí)思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第五章 同態(tài)信號(hào)處理5.1 廣義疊加原理5.2 乘法同態(tài)系統(tǒng)5.3 卷積同態(tài)系統(tǒng)5.4 復(fù)倒譜定義5.4.1 復(fù)對(duì)數(shù)的多值性問題5.4.2 X(z)的解析性問題5.5 復(fù)倒譜的性質(zhì)5.6 復(fù)倒譜的計(jì)算方法5.6.1 按復(fù)倒譜定義計(jì)算5.6.2 最小相位序列的復(fù)倒譜的計(jì)算5.6.3 復(fù)對(duì)數(shù)求導(dǎo)數(shù)計(jì)算法5.6.4 遞推計(jì)算方法復(fù)習(xí)思考題習(xí)題參考文獻(xiàn)第六章 高階譜分析6.1 三階相關(guān)和雙譜的定義及其性質(zhì)6.2 累量和多譜的定義及其性質(zhì)6.2.1 隨機(jī)變量的累量6.2.2 隨機(jī)過程的累量6.2.3 多譜的定義6.2.4 累量和多譜的性質(zhì)6.3 累量和多譜估計(jì)6.4 基于高階譜的相位譜估計(jì)6.5 基于高階譜的模型參數(shù)估計(jì)6.5.1 AR模型參數(shù)估計(jì)6.5.2 MA模型參數(shù)估計(jì)6.5.3 ARMA模型參數(shù)估計(jì)6.6 利用高階譜確定模型的階6.7 多譜的應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第七章 小波分析第八章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理第四章附錄第六章附錄第七章附錄第八章附錄部分習(xí)題參考答案索引

編輯推薦

　　《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》適合于信息與通信工程學(xué)科各專業(yè)及相近專業(yè)的研究生和專業(yè)人員用作教材或參考書。

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