信號分析與處理課本(五篇)

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信號分析與處理課本篇一

課程名稱：信號分析與處理

本章節(jié)授課內(nèi)容：緒論（信號概述）

教學日期授課教師姓名：李歧強

職稱：教授

授課對象：自動化09級

授課時數(shù)：3教材名稱及版本：信號分析與處理

楊西俠、柯晶編著

授課方式（講課√

試驗

實習

設計）

本單元或章節(jié)的教學目的與要求

本章主要介紹有關信號的基本概念——信號、信號的分類，并介紹信號分析和信號處理的相關知識。

要求學生把握信號、信息的概念及其相關之間的關系，理解信號分析和信號處理的概念。

授課主要內(nèi)容及學時分派（2學時）

1．1信號1．2信號的分類1．3信號分析與處理

輔助教學狀況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示教等）多媒體課件

主要外語詞匯

signal,periodicsignal,nonperiodicsignal,digitalsignal,analogsignal,signalprocess

參考教材（資料）

1.周浩敏．信號處理技術基礎．北京：航空航天大學出版社，2023

2.鄭君里，應啟絎，楊為理．信號與系統(tǒng)（其次版）．北京：高等教育出版社，20003．oppenheimav,willskyaswithnawabssandsystems(secondedition).prentichall,1999（清華大學出版社影印本）

4．orfanidisuctiontosignalchallinternational,inc,1996（清華大學出版社影印本）

5．陳行祿，秦永年．信號分析與處理．北京：航空航天大學出版社，19926．徐守時．信號與系統(tǒng)理論、方法和應用．合肥：中國科技大學出版社，1999

課程名稱：信號分析與處理

本章節(jié)授課內(nèi)容：模擬信號的頻譜分析

教學日期授課教師姓名：李歧強

職稱：教授

授課對象：自動化09級

授課時數(shù)：12教材名稱及版本：信號分析與處理

楊西俠、柯晶編著

授課方式（講課√

試驗

實習

設計）

本單元或章節(jié)的教學目的與要求

模擬信號分析是信號分析的基本內(nèi)容之一，也是本課程的最基礎部分。通過對模擬信號的頻譜分析，把握信號頻譜的概念以及周期信號，非周期信號和抽樣信號頻譜特點，為離散信號的分析打下良好的基礎。

要求學生把握周期信號，非周期信號和抽樣信號頻譜分析方法，理解與把握周期信號，非周期信號和抽樣信號頻譜特點。

授課主要內(nèi)容及學時分派（12學時）

（2學時）2．1連續(xù)時間信號的時域分析

（4學時）2．2周期信號的頻譜分析——傅里葉級數(shù)（4學時）2．3非周期信號的頻譜分析——傅里葉變換（2學時）2．4抽樣信號的傅里葉變換

重點、難點及對學生的要求（把握、熟悉、了解、自學）

1）把握與理解頻譜的基本概念。

2）把握周期信號的頻譜分析方法以及特點。（重點、難點）3）把握非周期信號的頻譜分析方法以及特點。（重點、難點）4）了解周期信號傅里葉級數(shù)和傅里葉變換的聯(lián)系與區(qū)別。5）把握抽樣信號的傅里葉變換。

主要外語詞匯

signal,periodicsignal,nonperiodicsignal,digitalsignal,analogsignal,stepsignal,impulsesignal,sinesignal,cosinesignal,rectangularpulsesignal,complexexponentialsignal,fourieranalysis,fouriertransform,fourierseries,fouriercoefficient,spectrumdensity,amplitudespectrum,phasespectrum,complexspectrum.輔助教學狀況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示教等）多媒體課件

復習思考題

2-12-22-32-42-5

2-62-72-82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-18

參考教材（資料）

1.周浩敏．信號處理技術基礎．北京：航空航天大學出版社，2023

2.鄭君里，應啟絎，楊為理．信號與系統(tǒng)（其次版）．北京：高等教育出版社，20003．oppenheimav,willskyaswithnawabssandsystems(secondedition).prentichall,1999（清華大學出版社影印本）

4．orfanidisuctiontosignalchallinternational,inc,1996（清華大學出版社影印本）

5．陳行祿，秦永年．信號分析與處理．北京：航空航天大學出版社，19926．徐守時．信號與系統(tǒng)理論、方法和應用．合肥：中國科技大學出版社，1999

課程名稱：信號與系統(tǒng)

本章節(jié)授課內(nèi)容：離散信號分析

教學日期授課教師姓名：李歧強

職稱：教授

授課對象：自動化09級

授課時數(shù)：10教材名稱及版本：信號分析與處理

楊西俠、柯晶編著

授課方式（講課√

試驗

實習

設計）

本單元或章節(jié)的教學目的與要求

離散信號分析是數(shù)字信號處理的基本內(nèi)容之一，也是本課程的重點。通過對信號的頻譜分析，把握信號特征，以便對信號作進一步處理，達到提取有用信號的目的。

要求學生把握離散信號分析方法，重視dtft，dfs，dft的基本概念，以及它們的區(qū)別與聯(lián)系，熟悉fft算法原理。

授課主要內(nèi)容及學時分派（10學時）

（1學時）3．1離散時間信號——序列（1學時）3．2序列的z變換（1學時）3．3序列的傅里葉變換（1學時）3．4離散傅里葉級數(shù)（dfs）（2學時）3．5離散傅里葉變換（dft）（2學時）3．6快速傅里葉變換（fft）（2學時）3．7離散傅里葉變換的應用

重點、難點及對學生的要求（把握、熟悉、了解、自學）

1）把握與熟悉dtft，dfs，dft的基本概念。（重點）2）把握dtft，dfs，dft的區(qū)別與聯(lián)系。（重點、難點）3）熟悉fft算法原理，正確繪制fft運算蝶形圖。4）了解dft的應用。

主要外語詞匯

discretetimesignal,sequence,discretetimefouriertransform,discretefouriertransform,discretefourierseries,principalvaluesequence,convolutionsum,bit-reversal,butterflyflowgraph

輔助教學狀況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示教等）多媒體課件

復習思考題

3-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-153-163-173-18

參考教材（資料）

1.周浩敏．信號處理技術基礎．北京：航空航天大學出版社，2023

2.鄭君里，應啟絎，楊為理．信號與系統(tǒng)（其次版）．北京：高等教育出版社，20003．oppenheimav,willskyaswithnawabssandsystems(secondedition).prentichall,1999（清華大學出版社影印本）

4．orfanidisuctiontosignalchallinternational,inc,1996（清華大學出版社影印本）

5．陳行祿，秦永年．信號分析與處理．北京：航空航天大學出版社，19926．程佩青．數(shù)字信號處理教程（其次版）．北京：清華大學出版社，20237．陳懷?。當?shù)字信號處理教程——matlab釋義現(xiàn)實現(xiàn)．北京：電子工業(yè)出版社，2023

課程名稱：信號與系統(tǒng)

本章節(jié)授課內(nèi)容：模擬濾波器的設計

教學日期授課教師姓名：李歧強

職稱：教授

授課對象：自動化09級

授課時數(shù)：6教材名稱及版本：信號分析與處理

楊西俠、柯晶編著

授課方式（講課√

試驗

實習

設計）

本單元或章節(jié)的教學目的與要求

信號處理中最廣泛的應用是濾波。數(shù)字濾波器的設計是數(shù)字信號處理中最基本的技術之一。但是某些數(shù)字濾波器實質(zhì)上是對模擬濾波器的模仿。通過本章的學習，了解模擬濾波器的基本概念和設計原理，為數(shù)字濾波器的學習打下基礎。

要求學生把握與理解模擬濾波器的基本概念及設計方法，把握butterworth和chebyshev模擬濾波器的設計。

授課主要內(nèi)容及學時分派（6學時）

（2學時）

4．1模擬濾波器的基本概念及設計方法（4學時）

4．2模擬濾波器的設計

重點、難點及對學生的要求（把握、熟悉、了解、自學）

1）把握與理解模擬濾波器的基本概念及設計方法。（重點）

2）把握butterworth和chebyshev模擬濾波器的設計。（重點、難點）3）了解頻率變換法設計高通、帶通和帶阻濾波器的方法。

主要外語詞匯

filter,butterworthapproximation,chebyshevapproximation,ideallow-passfilter,systemfunction.輔助教學狀況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示教等）多媒體課件

復習思考題4-14-24-34-4

參考教材（資料）

1.周浩敏．信號處理技術基礎．北京：航空航天大學出版社，20232．鄭君里，應啟絎，楊為理．信號與系統(tǒng)．北京：高等教育出版社，20003．oppenheimav,willskyaswithnawabssandsystems(secondedition).prentichall,1999（清華大學出版社影印本）

4．orfanidisuctiontosignalchallinternational,inc,1996（清華大學出版社影印本）

5．陳行祿，秦永年．信號分析與處理．北京：航空航天大學出版社，19926．程佩青．數(shù)字信號處理教程（其次版）．北京：清華大學出版社，20237．陳懷?。當?shù)字信號處理教程——matlab釋義現(xiàn)實現(xiàn)．北京：電子工業(yè)出版社，2023

課程名稱：信號與系統(tǒng)

本章節(jié)授課內(nèi)容：數(shù)字濾波器的設計

教學日期授課教師姓名：李歧強

職稱：教授

授課對象：自動化09級

授課時數(shù)：10教材名稱及版本：信號分析與處理

楊西俠、柯晶編著

授課方式（講課√

試驗

實習

設計）

本單元或章節(jié)的教學目的與要求

數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中最重要的基本內(nèi)容之一，通過本章的學習，了解數(shù)字濾波器的基本概念并把握iir和fir的原理及設計方法。

授課主要內(nèi)容及學時分派（10學時）

（1學時）5．1基本概念

（3學時）5．2iir數(shù)字濾波器設計

（4學時）5．3fir數(shù)字濾波1基本概念器設計（2學時）5．4數(shù)字濾波器的2iir數(shù)字濾波實現(xiàn)3fir數(shù)字濾波

重點、難點及對學生的要求（把握4數(shù)字濾波器的、熟悉、了解、自學）

1）把握與理解數(shù)字濾波器的基本概念及設計方法。（重點）2）把握iir和fir模擬濾波器的設計。（重點、難點）3）了解數(shù)字濾波器的實現(xiàn)。

主要外語詞匯

digitalfilter,impulseinvariance,bilineartransformation,windowfunction,finiteimpulseresponse(fir),infiniteimpulseresponse(iir),recursivedigitalfilter,nonrecursivedigitalfilter.輔助教學狀況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示教等）多媒體課件

復習思考題

5-15-2

5-3

5-4

5-5

5-6

5-75-85-95-105-11

參考教材（資料）

1.周浩敏．信號處理技術基礎．北京：航空航天大學出版社，20232．鄭君里，應啟絎，楊為理．信號與系統(tǒng)．北京：高等教育出版社，20003．oppenheimav,willskyaswithnawabssandsystems(secondedition).prentichall,1999（清華大學出版社影印本）

4．orfanidisuctiontosignalchallinternational,inc,1996（清華大學出版社影印本）

5．陳行祿，秦永年．信號分析與處理．北京：航空航天大學出版社，19926．程佩青．數(shù)字信號處理教程（其次版）．北京：清華大學出版社，20237．陳懷?。當?shù)字信號處理教程——matlab釋義現(xiàn)實現(xiàn)．北京：電子工業(yè)出版社，2023

信號分析與處理課本篇二

讀書報告

隨著低碳經(jīng)濟的提出和節(jié)能減排的號召，綠色汽車、節(jié)能減排已經(jīng)成為當今汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律，然而，面對因汽車增多而日益突出的交通擁堵問題、安全問題，使得車輛“智能化〞，成為汽車工業(yè)的發(fā)展方向之一。

汽車的智能化是環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運用了計算、現(xiàn)代傳感器、信息融合、通信、人工智能及自動控制技術，是典型的高新技術綜合體。他的實現(xiàn)必需要求汽車系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間發(fā)生信息的滾動和監(jiān)測，以使得汽車能夠在環(huán)境發(fā)生變化時做出正確的決策，所以信號分析與處理在現(xiàn)代汽車以及其研發(fā)過程中具有重要的地位。

我參與的項目是esp的硬件在環(huán)仿真試驗研究，通過學習《信號分析與處理》這本書，對我的科研工作有如下幫助：

1、它在試驗方案設計中具有重要的作用，幫助我們對整過試驗工作做全盤的計劃，在給定的目的要求下，有效、便利、真實、充分地再現(xiàn)某種物理現(xiàn)象，取得能透露該現(xiàn)象內(nèi)在規(guī)律的信息和數(shù)據(jù)，主要包括：試驗原理和方案的確定；測量系統(tǒng)的配置；試驗條件、步驟、方法；數(shù)據(jù)處理方案和精度要求。

2、試驗信號的采集，它是在人為控制下重現(xiàn)某種物理現(xiàn)象，并測取變化規(guī)律的信號和數(shù)據(jù)。關鍵是要保證采集后的信號和原始信號的真實性，即要避免出現(xiàn)采集信號失真的狀況發(fā)生，那就需要在采集過程中要滿足不失真條件：系統(tǒng)的輸入/輸出信號歸一化相關函數(shù)的值至少有一點為+1或者是－1。

3、數(shù)據(jù)的處理與分析，是對原始數(shù)據(jù)進行綜合、概括和信息變換，目的是去偽存真、由表及里，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律。

試驗對于工程技術科學是十分重要的，而試驗在論證工程技術時，信號的采集與處理扮演了很重要的作用。所以我覺得《信號分析與處理》這本書中重要的知識點是：對信號的時域和頻域分析以及它們之間的對應關系和內(nèi)在關系的分析；由于在采集信號過程中會出現(xiàn)好多干擾，故還應當對濾波器的設計進行好好學習。

在時域和頻域分析時，有一個重要的分析工具就是傅里葉變換，其中快速傅里葉變換（fft）特別重要。fft并不是一種新的變換形式，它只是離散傅里葉變換（dft）的一種快速算法。fft主要應用在快速卷積、相關和頻譜分析中，主要的算法有時間抽選和頻率抽選fft算法兩種，以時間抽選fft算法來講，它的特點是：基本運算單元都是蝶形，任何一個長度為n=2m的序列，總可通過m次分解最終成為2點的dft計算；原位計算，這是由蝶形運算帶來的好處，每一級蝶形運算的結(jié)果xm+1(p)無須另外存儲，只要再存入xm(p)中即可，xm+1(q)亦然。

這樣將大大節(jié)省存儲單元；變址計算，輸入為“混序〞（碼位倒置）排列，輸出按自然序排列，因而對輸入要進行“變址〞計算（即碼位倒置計算）?！白冎法晫嶋H上是一種“整序〞的行為，目的是保證“同址〞。要注意的是：該算法必需遵循兩條準則，對時間奇偶分，對頻率前后分。

《工程信號分析與處理》這門課程對我的論文工作有諸多幫助，是一門十分有用的課程，在以后的科研過程中還會更認真的來閱讀相關書籍。

信號分析與處理課本篇三

2023-2023學年第一學期期末考試

《信號分析與處理中的數(shù)學方法》

學號：姓名：

本卷須知：

1.嚴禁相互抄襲，如有雷同，直接依照不及格處理；2.試卷開卷；

3.本考試提交時間為2023年12月31日24時，逾期郵件無效；4.考試答案以pdf和word形式發(fā)送到sp_exam@。

1、表達卡享南—洛厄維變換，為什么該變換被稱為最正確變換，何為其實用時的困難所在，舉例說明其應用。

解：形為λφ()=(,)()(1-1)

0的方程稱為齊次佛萊德霍姆積分方程，其中φ（t）為未知函數(shù)，λ是參數(shù)，c（t,s）為已知的“核函數(shù)〞，它定義在[0，t]×[0，t]上，我們假定它是連續(xù)的，且是對稱的：

(t,s)=(s,t)(1-2)使積分方程(1-1)有解的參數(shù)λ稱為該方程的特征值，相應的解φ(t)稱為該方程的特征函數(shù)。

又核函數(shù)可表示為：

c(t,s)==1()()（1-3）

固定一個變量（例如t），則式（1-3）表示以s為變量的函數(shù)c(t,s)關于正交系{φ(s)}

n∞的傅里葉級數(shù)展開，而傅里葉級數(shù)正好是λ

n

φn(t)。

設x（t）為一隨機信號，則其協(xié)方差函數(shù)

（t,s）={[x(t)-e{x(t)}][x(s)-e{x(s)}]}是一個非隨機的對稱函數(shù)，而且是非負定的。為了能便利地應用式(1-3)，假定c(t,s)是正定的，在多數(shù)狀況下，這是符合實際的。當然，還假定c(t,s)在[0，t]×[0，t]上連續(xù)?，F(xiàn)在用特征函數(shù)系{φ(t)}作為基來表示x（t）：

nx(t)=n=1αnφn(t)(1-4)其中

t∞

αn

n

=x（t）φn（t）dt

0由于{φ（t）}是歸一化正交系，所以展開式（1-4）類似于傅里葉級數(shù)展開。但是由于x（t）是隨機的，從而系數(shù)xn也是隨機的，因此這個展開式實際上并不是尋常的傅里葉展開。

式(1-4)稱為隨機信號的卡享南-洛厄維展開。由于這種變換能使變換后的分量互不相關，而且這種展開的截斷既能使均方差誤差最小，又能使統(tǒng)計影響最小，故具有最優(yōu)性。

卡享南-洛厄維變換沒有固定的變換矩陣，它依靠于給定的隨機向量的協(xié)方差陣。正是這種變換的特點，也是它在實際使用時的困難所在，由于它需要依照不固定的矩陣求特征值和特征向量。

卡享南-洛厄維變換應用在數(shù)據(jù)壓縮技術中。依照最優(yōu)化原則的數(shù)據(jù)壓縮技術可以解決通訊和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的信道容量不足和計算機存儲容量不足的問題。通過對信號作正交變換，根據(jù)失真最小的原則在變換域進行壓縮?？ㄏ砟?洛厄維變換被選用并不是偶然的，由于這種變換消除了原始信號x的諸分量間的相關性，從而使數(shù)據(jù)壓縮能遵循均方誤差最小的準則實施。

2、最小二乘法的三種表現(xiàn)形式是什么？以傅里葉級數(shù)展開為例說明其各自的優(yōu)缺點。

解：希爾伯特空間中線性迫近問題的求解方法稱為最小二乘法。尋常它有三種不同的表現(xiàn)形式：投影法、求導法和配方法。我們以傅里葉級數(shù)展開為例來說明。

投影法：

設x為希爾伯特空間，{e1,e2,e3??}為x中的一組歸一化正交元素，x為x中的某一元素。在子空間m=span{e1,e2,e3??}中求一元素m，使得

x?m‖‖x-m0‖=minm‖∈(2-1)m由于m中的元素可表示為e1,e2,e3??的線性組合，那么問題就轉(zhuǎn)化為求系數(shù)α1,α2??使得

‖x-k=1akek‖=min2-2投影定理指出了最優(yōu)系數(shù)α

1∞,α2??應滿足x-k=1akek⊥ek,m=1,2,??

∞由此可得（x,em）=(k=1akek∞,em)=am

也就是說，當且僅當ak取為x關于歸一化正交系{e1,e2,e3??}的傅立葉系數(shù)ak=(x,ek)ck時式（2-2）成立。

＝δ

求導法：記泛函

f1,2,xkekk1

2(2-4)為了便于使用求導法求此泛函的最小值，將它表為

f1,2,xkek,xmemk1m1x2kckk2k1k12(2-5)

其中ckx,ek。于是最優(yōu)的1,2,應滿足

f0,m1,2,m即2cm2m0，或mcm,配方法：

m1,2,。

f1,2,2x2kckk2k1k12k2k2(2-6)

xcc2kckk2

k1k1k1k12xckck

2kk1k12minkck，k1,2，以上三種方法都稱為最小二乘法。比較起來，從數(shù)學理論上講，投影法較高深，求導法次之，配方法則屬初等；從方法難度上講，求導法最簡單，投影法和配方法各有千秋；從結(jié)果看，配方法最好，由于它不僅求出了最優(yōu)系數(shù)k，而且由配方結(jié)果馬上可知目標函數(shù)f1,2,的極值。此外，配方法和投影法都給出了f達到微小的充分和必要條件，但求導法給出的僅僅是極值的必要條件，假使是極值，還不知道是極大還是微小，所以是不完整的。

通過以上的比較，我們不能簡單地得出結(jié)論，說這三種方法孰勝孰劣。例如：投影法必需把所探討的最優(yōu)化問題放到某個希爾伯特空間的框架中去；

求導法必需有可行的求導法則，假使未知的變元是向量，矩陣或函數(shù)，求導法就不那么直捷了；

配方法則是一種技巧性很強的方法，假使目標函數(shù)的表達式比較繁雜（例如含有向量和矩陣），那么配方是相當困難的，甚至會束手無策。

因此，在不同的場合，根據(jù)不同的需要和可能，靈活地使用恰當?shù)姆椒?，是把握最小二乘法的關鍵。

3、二階矩有限的隨機變量希爾伯特空間中平穩(wěn)序列的預計問題的法方程稱為關于平穩(wěn)序列預計問題的yule-walker方程，試用投影法和求導法推導該方程。該方程的求解算法稱為最小二乘算法，請對這些算法的原理予以描述。

解：考慮二階矩有限的隨機變量希爾伯特空間中的序列x1,x2,，記子空間

mk,nspanxkn,xkn1,現(xiàn)在的問題是，用mk,n中的元素,xk1(3-1)

xknmxkmm1n(3-2)

來估計xk，并使得均放誤差最小，也就是求系數(shù)1，n使得

xkxn2kexxmin(3-3)

n2kk這個問題就是隨機序列的預計問題。投影法：

n根據(jù)投影定理，xk應是xk在子空間mk,n中的投影，即1，n滿足

nxxkmkmxkl,l1,m1,n(3-4)根據(jù)空間中的正交性定義，上式即為

exmm1nkmklxexkxkl,l1，n(3-5)這就是最正確預計的法方程。由于隨機序列x1,x2,是平穩(wěn)的，故式(3-5)可寫作

rm1nmlmrl,l1，n(3-6)其中rr。方程(3-6)即為exmxm是該平穩(wěn)序列的自相關，它滿足ryule-walker方程，它的分量形式為

r0r1rn1求導法：

r1r0rn2rn11r1rn22r2(3-7)r0nrn我們先將式(3-3)改寫為如下形式

f1,進一步推導有,nxkykk1n2min(3-8)

nnfxkyk,xkykk1k1x2x,ykkyk,ymkmk1k1m12nnn(3-9)

x2tty利用求導公式，應滿足f22y0，即y。

2最小二乘法是一種數(shù)學優(yōu)化技術。它通過最小化誤差的平方和尋覓數(shù)據(jù)的最正確函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還可用于曲線擬合。其他一些優(yōu)化問題也可通過最小化能量或最大化熵用最小二乘法來表達。

4、簡述卡爾曼濾波以及由其衍生出的ekf、ukf和粒子濾波的原理，指出卡爾曼濾波中q陣和r陣的確定方法以及對濾波結(jié)果的影響，并指出以上這些濾波算法可能的應用。

解：卡爾曼濾波器用反饋控制的方法估計過程狀態(tài)：濾波器估計過程某一時刻的狀態(tài)，然后以測量變量的方式獲得反饋。

卡爾曼濾波器可分為兩個部分：時間更新方程和測