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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 CreateFcn 467

12.7脉搏信号处理的GUI设计 468

本章小结 477

参考文献 478