本書為“十三五”普通高等教育規(guī)劃教材。
全書共六個部分21個實驗,第一至第五部分包含了基礎(chǔ)實驗和設(shè)計型實驗,可根據(jù)學(xué)生的專業(yè)要求選擇不同深度的內(nèi)容,第六部分是綜合型實驗,可作為開放性實驗、課程設(shè)計等內(nèi)容。六個部分分別是信號的MATLAB表示和運算、信號與系統(tǒng)的時域分析、系統(tǒng)的頻率域分析、系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、狀態(tài)方程及信號處理綜合實驗。本書每一個實驗均給出了例題的MATLAB程序及LabVIEW的VI,并附有思考題,部分實驗可通過掃描二維碼觀看視頻講解。
全書以信號處理的基本理論和應(yīng)用技術(shù)為主線,將“離散時間信號與系統(tǒng)分析”和“連續(xù)時間信號與信號分析”融為一體,注重知識結(jié)構(gòu)的對稱性和統(tǒng)一性;同時補(bǔ)充有關(guān)信號處理系統(tǒng)實現(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)用方法與實例,增強(qiáng)理論與實際的有機(jī)結(jié)合。
“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)。通過實驗可以使學(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,綜合運用所學(xué)知識,為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。同時提高學(xué)生分析歸納能力、編程計算能力和解決各種實際問題的能力,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“離散時間信號與系統(tǒng)分析”和“連續(xù)時間信號與信號分析”融為一體,注重知識結(jié)構(gòu)的對稱性和統(tǒng)一性;同時補(bǔ)充有關(guān)信號處理系統(tǒng)實現(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)用方法與實例,增強(qiáng)理論與實際的有機(jī)結(jié)合。
全書共六部分,第一部分是信號的MATLAB表示和運算(包括基本連續(xù)和離散信號的表示、連續(xù)時間信號和離散時間信號的基本運算),第二部分是信號與系統(tǒng)的時域分析(包括連續(xù)時間信號的卷積積分、連續(xù)LTI系統(tǒng)的時域分析、離散信號的卷積、離散LTI系統(tǒng)的時域分析),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、信號的時域采樣與恢復(fù)及采樣系統(tǒng)的仿真實現(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驗(包括語音信號濾波器設(shè)計、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、基于小波變換的心電信號濾波算法設(shè)計、基于LabVIEW的QRS波檢測系統(tǒng)設(shè)計、基于LabVIEW的心電信號采集系統(tǒng)設(shè)計和基于LabVIEW的HRV分析系統(tǒng)設(shè)計),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)計方法、小波變換基本理論、LabVIEW軟件的使用方法及如何用LabVIEW實現(xiàn)心電信號的采集與分析。每一個實驗均給出了例題的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)、馬曉婷等同學(xué),驗證了本書的所有實驗。
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)成果獎二等獎2項(第一完成人)。負(fù)責(zé)多項省級以上教學(xué)質(zhì)量工程項目的申報與建設(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劃1項(自動化專業(yè)),國家特色專業(yè)1項(自動化專業(yè))。主持完成校級教學(xué)研究項目5項,其中重點項目1項。發(fā)表教學(xué)論文近20篇,獲校級優(yōu)秀論文一等獎1篇,三等獎1篇。獲軟件著作權(quán)1項,獲專利1項,獲陜西高等學(xué)?茖W(xué)技術(shù)獎二等獎1項,獲?茖W(xué)技術(shù)獎二等獎1項。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表示和運算 1
實驗一 基本連續(xù)和離散信號的表示 1
實驗二 連續(xù)時間信號的基本運算 8
實驗三 離散時間信號的基本運算 15
第二部分 信號與系統(tǒng)的時域分析 21
實驗四 連續(xù)時間信號的卷積積分 21
實驗五 連續(xù)LTI系統(tǒng)的時域分析 24
實驗六 離散信號的卷積和 26
實驗七 離散LTI系統(tǒng)的時域分析 28
第三部分 系統(tǒng)的頻率域分析 31
實驗八 周期信號的頻譜 31
實驗九 非周期信號的頻譜 35
實驗十 信號的時域采樣與恢復(fù) 41
實驗十一 采樣系統(tǒng)的仿真實現(xiàn) 45
第四部分 系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 47
實驗十二 連續(xù)系統(tǒng)的S域分析 47
實驗十三 離散系統(tǒng)的Z域分析 51
第五部分 狀態(tài)方程 56
實驗十四 系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立與求解 56
第六部分 信號處理綜合實驗 64
實驗十五 語音信號濾波器設(shè)計 64
實驗十六 語音信號采集與恢復(fù) 66
實驗十七 基于數(shù)字濾波器的心電信號濾波設(shè)計 68
實驗十八 基于小波變換的心電信號濾波算法設(shè)計 71
實驗十九 基于LabVIEW的QRS波檢測系統(tǒng)設(shè)計 73
實驗二十 基于LabVIEW的心電信號采集系統(tǒng)設(shè)計 76
實驗二十一 基于LabVIEW的HRV分析系統(tǒng)設(shè)計 83