“信號與系統(tǒng)”課程是高等學(xué)校電子信息類專業(yè)本科重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。目前已進(jìn)入信息化時(shí)代,智能技術(shù)的飛速發(fā)展,使得信號分析與處理方法廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理等諸多領(lǐng)域。而信號與系統(tǒng)的分析方法正是為信號的數(shù)字處理奠定了理論基礎(chǔ)。通過實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生鞏固所學(xué)基本理論,掌握基本的信號與系統(tǒng)分析的理論及方法,綜合運(yùn)用所學(xué)知識,為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)提高學(xué)生分析歸納能力、編程計(jì)算能力和解決各種實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新能力。
全書以信號處理的基本理論和應(yīng)用技術(shù)為主線,將“離散時(shí)間信號與系統(tǒng)分析”和“連續(xù)時(shí)間信號與信號分析”融為一體,注重知識結(jié)構(gòu)的對稱性和統(tǒng)一性;同時(shí)補(bǔ)充有關(guān)信號處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和工程應(yīng)用內(nèi)容,包括語音信號處理和心電信號處理等領(lǐng)域的應(yīng)用方法與實(shí)例,增強(qiáng)理論與實(shí)際的有機(jī)結(jié)合。
全書共六部分,第一部分是信號的MATLAB表示和運(yùn)算(包括基本連續(xù)和離散信號的表示、連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號的基本運(yùn)算),第二部分是信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析(包括連續(xù)時(shí)間信號的卷積積分、連續(xù)LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析、離散信號的卷積、離散LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析),第三部分是系統(tǒng)的頻率域分析(包括周期信號和非周期信號的頻譜、信號的時(shí)域采樣與恢復(fù)及采樣系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)),第四部分是系統(tǒng)的復(fù)頻域分析(包括連續(xù)系統(tǒng)的S域分析和離散系統(tǒng)的Z域分析),第五部分是系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立與求解,第六部分是信號處理綜合實(shí)驗(yàn)(包括語音信號濾波器設(shè)計(jì)、語音信號采集與恢復(fù)、基于數(shù)字濾波器的心電信號濾波設(shè)計(jì)、基于小波變換的心電信號濾波算法設(shè)計(jì)、基于LabVIEW的QRS波檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于LabVIEW的心電信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于LabVIEW的HRV分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)),該部分介紹了心電信號的基本知識、巴特沃斯與切比雪夫兩種濾波器的設(shè)計(jì)方法、小波變換基本理論、LabVIEW軟件的使用方法及如何用LabVIEW實(shí)現(xiàn)心電信號的采集與分析。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)均給出了例題的MATLAB程序和LabVIEW的VI,并附有思考題。
本書內(nèi)容豐富、全面,富有代表性及先進(jìn)性;編排按先易后難、先基本后綜合的順序,具有層次化、模塊化的結(jié)構(gòu),讀者可根據(jù)學(xué)時(shí)要求自行選擇。
本書由西安工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院編寫,第一部分由尚宇編寫,第二部分由潘海仙編寫,第三部分由楊紅麗、朱婷婷編寫,第四、五部分由張艷玲編寫,第六部分由尚宇編寫,全書由尚宇主編定稿。感謝研究生楊妮、張?zhí)稹ⅠR曉婷等同學(xué),驗(yàn)證了本書的所有實(shí)驗(yàn)。
由于編者水平有限,書中難免有不足之處,歡迎廣大讀者批評指正,使本書進(jìn)一步完善。
尚宇,女,碩士研究生導(dǎo)師。西安工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院副院長,1994年7月畢業(yè)于于西安工業(yè)學(xué)院電子工程系應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè),獲學(xué)士學(xué)位;2003年4月畢業(yè)于西安工業(yè)學(xué)院控制理論與控制工程方向,獲碩士學(xué)位。2004-2016年任西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院副院長,主管教學(xué)工作。2009年赴美國猶太州立大學(xué)訪學(xué)。2015年任中國電子教育學(xué)會高等教育分會理事。多次獲校級優(yōu)秀教師、共產(chǎn)黨員稱號。
多年來從事信號處理領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作,獲陜西省教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)(第一完成人)。負(fù)責(zé)多項(xiàng)省級以上教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目的申報(bào)與建設(shè)工作:主持獲批省級精品資源共享課1門(信號與系統(tǒng)),第二完成人獲批國家卓越工程師計(jì)劃1項(xiàng)(自動(dòng)化專業(yè)),國家特色專業(yè)1項(xiàng)(自動(dòng)化專業(yè))。主持完成校級教學(xué)研究項(xiàng)目5項(xiàng),其中重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)。發(fā)表教學(xué)論文近20篇,獲校級優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)1篇,三等獎(jiǎng)1篇。獲軟件著作權(quán)1項(xiàng),獲專利1項(xiàng),獲陜西高等學(xué)?茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng),獲校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇,第一作者被三大檢索收錄3篇。
前言
第一部分 信號的MATLAB表示和運(yùn)算 1
實(shí)驗(yàn)一 基本連續(xù)和離散信號的表示 1
實(shí)驗(yàn)二 連續(xù)時(shí)間信號的基本運(yùn)算 8
實(shí)驗(yàn)三 離散時(shí)間信號的基本運(yùn)算 15
第二部分 信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析 21
實(shí)驗(yàn)四 連續(xù)時(shí)間信號的卷積積分 21
實(shí)驗(yàn)五 連續(xù)LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析 24
實(shí)驗(yàn)六 離散信號的卷積和 26
實(shí)驗(yàn)七 離散LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析 28
第三部分 系統(tǒng)的頻率域分析 31
實(shí)驗(yàn)八 周期信號的頻譜 31
實(shí)驗(yàn)九 非周期信號的頻譜 35
實(shí)驗(yàn)十 信號的時(shí)域采樣與恢復(fù) 41
實(shí)驗(yàn)十一 采樣系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn) 45
第四部分 系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 47
實(shí)驗(yàn)十二 連續(xù)系統(tǒng)的S域分析 47
實(shí)驗(yàn)十三 離散系統(tǒng)的Z域分析 51
第五部分 狀態(tài)方程 56
實(shí)驗(yàn)十四 系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立與求解 56
第六部分 信號處理綜合實(shí)驗(yàn) 64
實(shí)驗(yàn)十五 語音信號濾波器設(shè)計(jì) 64
實(shí)驗(yàn)十六 語音信號采集與恢復(fù) 66
實(shí)驗(yàn)十七 基于數(shù)字濾波器的心電信號濾波設(shè)計(jì) 68
實(shí)驗(yàn)十八 基于小波變換的心電信號濾波算法設(shè)計(jì) 71
實(shí)驗(yàn)十九 基于LabVIEW的QRS波檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73
實(shí)驗(yàn)二十 基于LabVIEW的心電信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 76
實(shí)驗(yàn)二十一 基于LabVIEW的HRV分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 83