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第一部分MATLAB基础3

第1章MATLAB基础知识3

1.1 MATLAB概述3

1.1.1 MATLAB的发展历程3

1.1.2 MATLAB系统4

1.2 MATLAB工作环境4

1.2.1命令行窗口4

1.2.2帮助系统窗口7

1.2.3图形窗口8

1.2.4 M文件编辑窗口10

1.2.5当前文件夹12

1.2.6搜索路径12

1.3 MATLAB程序控制结构13

1.3.1顺序结构13

1.3.2选择结构14

1.3.3循环结构18

1.3.4程序流程控制语句及其他常用命令18

1.4变量、数值与表达式21

1.4.1变量21

1.4.2数值24

1.4.3表达式25

1.5数组与矩阵26

1.5.1数组的创建与操作26

1.5.2常见的数组运算30

1.5.3矩阵的表示34

1.5.4 MATLAB矩阵寻访37

1.5.5 MATLAB矩阵的运算40

1.6数据分析42

1.6.1平均值、中值42

1.6.2数据比较43

1.6.3期望45

1.6.4方差45

1.6.5协方差与相关系数47

1.7图形的绘制49

1.7.1二维图形的绘制49

1.7.2图形绘制和编辑56

1.7.3三维图形的绘图68

本章小结76

第二部分 信号处理的基本理论79

第2章 信号与系统的分析基础79

2.1离散时间信号的概念79

2.2采样定理80

2.3离散时间序列82

2.3.1单位采样序列82

2.3.2单位阶跃序列83

2.3.3正弦序列85

2.3.4实指数序列86

2.3.5复指数序列87

2.3.6周期序列89

2.4信号的基本运算89

2.4.1序列相加与相乘89

2.4.2序列累加与序列值乘积91

2.4.3序列翻转与序列移位91

2.4.4常用连续时间信号的尺度变换93

2.4.5常用连续时间信号的奇偶分解94

2.4.6信号的积分和微分96

2.4.7卷积运算97

2.5信号波形的产生98

2.5.1线性调频函数与方波函数98

2.5.2随机函数与三角波函数101

2.5.3 rectpuls函数与diric函数102

2.5.4 sinc函数与tripuls函数105

2.5.5 gauspuls函数与pulstran函数106

2.6连续时间系统的时域分析108

2.6.1连续时间系统的零状态与零输入响应的求解分析108

2.6.2连续时间系统数值求解109

2.6.3连续时间系统冲激响应和阶跃响应分析110

2.6.4连续时间系统卷积求解112

2.7离散时间信号在MATLAB中的运算113

2.7.1离散时间系统113

2.7.2离散时间系统响应114

2.7.3离散时间系统的冲激响应和阶跃响应115

2.7.4离散时间信号的卷积和运算116

本章小结118

第3章 信号的变换119

3.1 Z变换概述119

3.1.1 Z变换的定义119

3.1.2 Z变换的收敛域120

3.2 Z变换的性质122

3.2.1线性性质122

3.2.2时域的移位122

3.2.3时域扩展性122

3.2.4时域卷积性质122

3.2.5微分性123

3.2.6积分性123

3.2.7时域求和123

3.2.8初值定理123

3.2.9终值定理123

3.3 Z反变换124

3.4离散系统中的Z域描述125

3.4.1离散系统函数频域分析126

3.4.2离散系统函数零点分析129

3.4.3离散系统差分函数求解132

3.5傅里叶级数和傅里叶变换134

3.6周期序列的离散傅里叶级数135

3.7离散的傅里叶变换136

3.8离散傅里叶变换的性质138

3.8.1线性138

3.8.2循环移位139

3.8.3循环卷积定理139

3.8.4共轭对称性139

3.9频率域采样140

3.9.1频率响应的混叠失真140

3.9.2频谱泄漏140

3.9.3栅栏效应141

3.9.4频率分辨率141

3.10快速傅里叶变换143

3.10.1直接计算DFT的问题及改进途径143

3.10.2基2时分的FFT算法144

3.10.3基2频分的FFT算法145

3.10.4快速傅里叶变换的 MATLAB实现146

3.11离散余弦变换151

3.11.1一维离散余弦变换152

3.11.2二维离散余弦变换152

3.11.3离散余弦函数152

3.12 Chirp Z变换154

3.13 Gabor函数156

3.13.1 Gabor函数定义156

3.13.2 Gabor函数的一般求法与解析理论157

3.13.3 Gabor展开159

本章小结162

第4章IIR滤波器的设计163

4.1 IIR滤波器结构163

4.1.1直接型164

4.1.2级联型166

4.1.3并联型171

4.2模拟滤波器的基础知识与原型设计176

4.2.1巴特沃斯滤波器设计177

4.2.2切比雪夫Ⅰ型滤波器设计183

4.2.3切比雪夫Ⅱ型滤波器设计184

4.2.4椭圆滤波器设计187

4.3频带变换190

4.3.1低通到低通的频带变换190

4.3.2低通到高通的频带变换191

4.3.3低通到带通的频带变换193

4.3.4低通到带阻的频带变换195

4.4冲激响应不变法与双线性变换法197

4.5滤波器最小阶数选择201

4.6滤波器设计203

4.6.1滤波器设计步骤206

4.6.2经典滤波器设计207

本章小结213

第5章FIR滤波器设计214

5.1 FIR滤波器的结构214

5.1.1直接型结构215

5.1.2级联型结构215

5.1.3频率采样型结构216

5.1.4快速卷积型结构220

5.2线性相位FIR滤波器的特性221

5.2.1相位条件221

5.2.2线性相位FIR滤波器频率响应的特点221

5.2.3线性相位FIR滤波器的零点特性231

5.3常用的窗函数法FIR滤波器设计234

5.3.1窗函数的基本原理234

5.3.2矩形窗234

5.3.3汉宁窗238

5.3.4海明窗240

5.3.5布莱克曼窗242

5.3.6巴特窗244

5.3.7凯塞窗246

5.3.8窗函数设计法247

5.4频率采样的FIR滤波器的设计249

5.4.1设计的思路与约束条件250

5.4.2误差设计250

5.5 FIR数字滤波器的最优设计253

5.5.1均方误差最小化准则253

5.5.2最大误差最小化准则254

5.5.3切比雪夫最佳一致逼近254

本章小结258

第6章 其他滤波器259

6.1维纳滤波器259

6.2卡尔曼滤波器262

6.3自适应滤波器264

6.3.1自适应滤波器简介264

6.3.2自适应滤波器在MATLAB中的应用265

6.4 Lattice滤波器267

6.4.1全零点Lattice滤波器267

6.4.2全极点Lattice滤波器269

6.4.3零极点的Lattice结构270

6.5线性预测滤波器272

6.5.1 AR模型272

6.5.2 MA模型277

6.5.3 ARMA模型279

本章小结283

第7章 随机信号处理284

7.1随机信号处理基础284

7.1.1随机信号的简介与时域统计描述284

7.1.2平稳随机序列及其数字特征286

7.1.3平稳随机序列的功率谱287

7.1.4基于随机信号处理的MATLAB函数288

7.2随机信号的功率谱分析293

7.2.1非参量类方法294

7.2.2参数法303

7.2.3子空间法308

本章小结309

第8章 小波在信号处理中的应用310

8.1小波分析概述310

8.1.1傅里叶变换与小波变换的比较310

8.1.2多分辨分析313

8.2小波变换314

8.2.1一维连续小波变换314

8.2.2高维连续小波变换315

8.2.3离散小波变换316

8.3小波包分析317

8.3.1小波包的定义317

8.3.2小波包的性质318

8.3.3几种常用的小波318

8.4小波工具箱介绍320

8.4.1启动小波工具箱320

8.4.2一维连续小波分析工具320

8.5信号的重构325

8.5.1 idwt函数326

8.5.2 wavedec函数327

8.5.3 upcoef函数328

8.5.4upwlev函数329

8.5.5 wrcoef函数330

8.5.6 wprec函数332

8.5.7 wprcoef函数332

8.6提升小波变换用于信号处理333

8.7信号去噪341

8.7.1信号阈值去噪341

8.7.2常用的去噪函数342

8.8小波变换在信号处理中的应用348

8.8.1分离信号的不同成分348

8.8.2识别信号的频率区间与发展趋势350

8.8.3基于小波变换的图像信号的局部压缩353

8.8.4小波在数字图像信号水印压缩方面的应用355

本章小结357

第三部分 信号处理的综合实例361

第9章 基于语音信号处理361

9.1语音产生的过程361

9.2语音信号产生的数学模型362

9.2.1激励模型362

9.2.2声道模型363

9.2.3辐射模型364

9.2.4语音信号的数字化和预处理364

9.3语音信号分析和滤波处理368

9.3.1语音信号的采集368

9.3.2语音信号的读入与打开368

9.3.3语音信号分析369

9.3.4含噪语音信号的合成371

9.3.5滤波器的设计373

9.4小波变换在语音信号处理中的应用381

9.4.1小波在语音信号增强中的应用381

9.4.2小波变换在语音信号压缩上的应用383

本章小结385

第10章 基于通信信号处理386

10.1幅度调制386

10.1.1 DSB-AM调制386

10.1.2普通AM调制387

10.1.3 SSB-AM调制388

10.1.4残留边带幅度调制390

10.2角度调制391

10.3数字调制392

10.3.1 FSK调制392

10.3.2 PSK调制393

10.3.3 QAM调制395

10.4自适应均衡397

10.4.1递归最小二乘算法（RLS）397

10.4.2盲均衡算法399

本章小结402

第11章 基于雷达信号处理403

11.1雷达的基本原理403

11.2雷达的用途404

11.2.1双/多基地雷达404

11.2.2相控阵雷达404

11.2.3宽带/超宽带雷达404

11.2.4合成孔径雷达405

11.2.5毫米波雷达405

11.2.6激光雷达405

11.3线性调频脉冲压缩雷达仿真405

11.3.1匹配滤波器406

11.3.2线性调频信号（LFM）407

11.3.3相位编码信号408

11.3.4噪声和杂波的产生410

11.3.5杂波建模与MATLAB实现413

11.4动目标的显示与检测417

本章小结421

第12章 信号处理的图形用户界面工具与设计422

12.1SPTool工具422

12.1.1主窗口422

12.1.2信号浏览器425

12.1.3滤波浏览器426

12.1.4频谱浏览器433

12.1.5滤波器设计器433

12.2图形用户界面（GUI）简介434

12.2.1 GUI的设计原则及步骤434

12.2.2 GUI模板与设计窗口435

12.3控制框对象及属性437

12.3.1按钮439

12.3.2滑块440

12.3.3单选按钮442

12.3.4复选框442

12.3.5静态文本443

12.3.6可编辑文本框445

12.3.7弹出式菜单446

12.3.8列表框446

12.3.9切换按钮447

12.3.10面板450

12.3.11按钮组450

12.3.12轴452

12.4 MATLAB专用对话框455

12.5 GUI的设计工具460

12.5.1布局编辑器460

12.5.2对象浏览器460

12.5.3用属性查看器设置控制框属性461

12.5.4对齐对象462

12.5.5Tab键顺序编辑器462

12.5.6菜单编辑器462

12.5.7编辑器465

12.6回调函数466

12.6.1 Callback程序基本操作466

12.6.2 CreateFcn467

12.7脉搏信号处理的GUI设计468

本章小结477

参考文献478