Cyfrowe przetwarzanie sygnałów z zastosowaniem MATLABA

  • Dodaj recenzję:
  • 3274
  • Producent: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
  • Autor: Stanisław Osowski
  • szt.
  • Cena netto: 42,86 zł 45,00 zł

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów z zastosowaniem MATLABA

rok wydania: 2016
ilość stron: 408
ISBN: 978-83-7814-518-9
oprawa: miękka

Opis
W książce zaprezentowano oryginalne autorskie ujęcie wybranych zagadnień cyfrowego przetwarzania sygnałów. Omówiono zagadnienia dotyczące: transformacji Fouriera, filtracji analogowej i dyskretnej, projektowania filtrów analogowych i cyfrowych, transformacji falkowej i pakietów falkowych oraz statystycznego przetwarzania sygnałów losowych. Szczególny nacisk położono na praktykę ich stosowania i interpretację fizyczną. Każdy rozdział zakończono zbiorem przykładowych zadań do samodzielnego rozwiązania.
 
Treści teoretyczne są bogato ilustrowane przykładami numerycznymi z wykorzystaniem specjalizowanych funkcji MATLABA. Wyniki przedstawiono w formie graficznej, ułatwiającej zrozumienie zagadnienia. Wskazano także uproszczoną drogę rozwiązywania praktycznych problemów przetwarzania sygnałów przy wykorzystaniu platformy obliczeniowej MATLABA.
 
Ze względu na interdyscyplinarny charakter tematyki książka może być wykorzystana w różnych dziedzinach nauk technicznych, np. elektrotechnice, elektronice, informatyce i fizyce.

Spis treści
Przedmowa / 11
Rozdział 1. Wprowadzenie w teorię sygnałów i układów dyskretnych / 13
1.1. Podstawowe  pojęcia teorii sygnałów / 13
1.2. Podstawowe  pojęcia systemów przetwarzania dyskretnego / 16
1.3. Klasyfikacja sygnałów / 18
1.4. Próbkowanie  sygnałów / 21
1.5. Przykłady sygnałów standardowychv23
1.6. Działania wektorowe na sygnałach dyskretnych / 25
1.7. Zadania  sprawdzające / 31

Rozdział 2. Szereg i transformacja Fouriera / 34
2.1. Szereg Fouriera / 34
2.1.1. Postać trygonometryczna szeregu Fouriera / 35
2.1.2. Postać wykładnicza szeregu Fouriera / 40
2.1.3. Twierdzenie Parsevala / 43
2.2. Transformacja  ciągła Fouriera / 44
2.2.1. Definicja transformacji Fouriera / 45
2.2.2. Przykłady transformat Fouriera / 46
2.2.3. Własności transformacji Fouriera / 47
2.3. Transformacja Fouriera ciągu dyskretnego / 51
2.4. Przykłady okien funkcyjnych i ich transformacji Fouriera / 57
2.5. Zadania  sprawdzające / 59

Rozdział 3. Dyskretna transformacja Fouriera / 61
3.1. Definicja dyskretnej transformacji Fouriera        61
3.2. Dyskretna transformacja Fouriera jako przekształcenie liniowe     .   65
3.3. Częstotliwość Nyquista / 67
3.4. Własności przekształcenia DFT / 70
3.5.   Implementacja FFT transformacji DFT / 72
3.5.1.  FFT z podziałem czasowym / 73
3.5.2.  FFT z podziałem częstotliwościowym / 76
3.5.3.  Implementacja FFT w Matlabie / 77
3.6. Zadania  sprawdzające / 80

Rozdział 4. Aspekty aplikacyjne transformaty Fouriera / 82
4.1.  Relacja transformaty do szeregu Fouriera / 82
4.2. Efekt  skończonej długości okna / 84
4.3. Interpretacja wyników FFT w relacji do rozkładu harmonicznych / 93
4.4. Problem aliasingu / 97
4.5. Praktyczne zasady transformacji Fouriera / 99
4.5.1. Podsumowanie  najważniejszych własności transformaty Fouriera / 99
4.5.2. Praktyczne wskazówki dotyczące transformacji Fouriera / 101
4.6. Krótkookresowa transformacja Fouriera sygnałów niestacjonarnych (STFT) / 104
4.6.1. Definicja STFT / 104
4.6.2. Problem doboru okna analizy STFT / 105
4.6.3. STFT sumy sygnałów / 112
4.7. Cepstrum  / 113
4.7.1. Pojęcia podstawowe / 113
4.7.2. Wykrywanie echa przy użyciu cepstrum / 116
4.7.3. Relacja  między cepstrum zespolonym i rzeczywistym / 119
4.8. Zadania  sprawdzające / 120

Rozdział 5. Transformacja Laplace’a / 122
5.1. Podstawy matematyczne / 122
5.2. Podstawowe  własności transformacji Laplace’a / 124
5.2.1. Liniowość przekształcenia / 124
5.2.2. Transformata pochodnej funkcji czasu / 125
5.2.3. Transformata  całki funkcji czasu / 125
5.2.4. Przesunięcie w dziedzinie częstotliwości / 125
5.2.5. Przesunięcie w dziedzinie czasu / 126
5.2.6. Transformata splotu  / 127
5.2.7. Twierdzenie o wartościach granicznych / 128
5.3. Przykłady transformat Laplace’a / 128
5.4. Wyznaczanie odwrotnej transformaty Laplace’a / 130
5.4.1. Metoda residuów / 131
5.4.2. Metoda  wykorzystująca tablice transformat / 133
5.4.3. Implementacja w Matlabie / 135
5.5. Transmitancja  układu / 137
5.6. Odpowiedzi czasowe układu / 138
5.6.1. Odpowiedź impulsowa / 138
5.6.2. Odpowiedź skokowa / 138
5.6.3. Odpowiedź czasowa na dowolne wymuszenie / 140
5.7. Stabilność układów liniowych / 140
5.8. Charakterystyki  częstotliwościowe układu / 144
5.9. Zadania  sprawdzające / 146

Rozdział 6. Przekształcenie Z / 149
6.1. Definicja przekształcenia Z /  149
6.2. Własności przekształcenia Z / 151
6.3. Przekształcenie odwrotne do Z / 152
6.4. Transmitancja  układu dyskretnego / 157
6.4.1. Odpowiedzi czasowe układu dyskretnego / 158
6.4.2. Układ FIR / 159
6.4.3. Układ IIR / 161
6.5. Stabilność układów dyskretnych  / 164
6.6. Charakterystyki  częstotliwościowe układu dyskretnego / 166
6.7. Zadania  sprawdzające / 168

Rozdział 7. Filtracja analogowa sygnałów / 170
7.1. Opis układów przetwarzania analogowego / 170
7.1.1. Opis stanowy / 170
7.1.2. Opisy  częstotliwościowe układu / 171
7.1.3. Transformacje opisów układów analogowych / 172
7.2. Problem wrażliwości układu / 175
7.2.1. Podstawowe  zależności wrażliwościowe / 175
7.2.2. Układy  drugiego rzędu / 179
7.3. Charakterystyki  częstotliwościowe układu analogowego / 180
7.3.1. Podstawowe  definicje / 180
7.3.2. Dopasowanie charakterystyk częstotliwościowych / 181
7.4. Rodzaje  filtrów / 183
7.4.1. Charakterystyki  częstotliwościowe filtrów idealnych / 183
7.4.2. Charakterystyki  częstotliwościowe filtrów rzeczywistych / 184
7.5. Filtracja  częstotliwościowa sygnału / 186
7.6. Zadania  sprawdzające / 190

Rozdział 8. Filtracja cyfrowa sygnałów / 192
8.1. Filtry IIR / 192
8.1.1. Opis matematyczny w dziedzinie zmiennej zespolonej z / 192
8.1.2. Opis  filtru przy użyciu zmiennych stanu / 195
8.2.  Filtry FIR / 198
8.3. Charakterystyki  częstotliwościowe fitrów cyfrowych / 199
8.3.1. Okresowość charakterystyk częstotliwościowych / 200
8.3.2. Charakterystyki  fitrów  IIR / 202
8.3.2.  Charakterystyki  filtrów  FIR / 204
8.4. Zadania  sprawdzające / 207

Rozdział 9.  Projektowania filtrów cyfrowych na bazie prototypu analogowego / 209
9.1. Założenia wstępne / 209
9.2. Projektowanie  filtru analogowego / 212
9.2.1. Aproksymacja Butterwortha / 212
9.2.2. Aproksymacje Czebyszewa / 214
9.2.3. Aproksymacja eliptyczna / 217
9.3. Transformacje  częstotliwościowe / 220
9.3.1. Transformacja  częstotliwościowa filtru dolnoprzepustowego / 221
9.3.2. Transformacja  filtru dolnoprzepustowego w górnoprzepustowy / 222
9.3.3. Transformacja  filtru dolnoprzepustowego w środkowoprzepustowy / 223
9.3.4. Transformacja  filtru dolnoprzepustowego w środkowozaporowy / 224
9.4. Transformacja  filtru analogowego w dyskretny / 225
9.4.1.  Transformacja biliniowa / 226
9.4.2. Metoda  niezmienniczości odpowiedzi impulsowej / 227
9.5. Funkcje  wspomagające projektowanie filtru IIR w Matlabie / 229
9.6. Transformacje  spektralne  filtrów IIR / 234
9.7. Zadania  sprawdzające / 236

10. Metody bezpośrednie projektowania filtrów cyfrowych / 239
10.1.  Metoda Youle’a-Walkera / 239
10.2.  Metody optymalizacyjne projektowania fi ltrów cyfrowych / 243
10.2.1.   Metoda optymalizacyjna w dziedzinie częstotliwości / 243
10.2.2.   Metoda optymalizacyjna projektowania fi ltru FIR na bazie odpowiedzi impulsowej / 245
10.3.  Metoda okien w projektowaniu filtrów FIR / 249
10.4.  Interfejs graficzny Matlaba do projektowania filtrów / 253
10.5.  Zadania sprawdzające / 259

Rozdział 11. Transformacja falkowa / 262
11.1. Informacje wstępne / 262
11.2. Ciągła transformacja falkowa / 266
11.2.1. Podstawowe definicje / 266
11.2.2. Falki stosowane w CWT / 270
11.3. Dyskretna transformacja falkowa / 273
11.4. Funkcje falkowe w analizie DWT / 275
11.5. Algorytm dekompozycji i rekonstrukcji Mallata / 280
11.5.1. Pojęcia wstępne / 280
11.5.2. Dekompozycja falkowa w algorytmie Mallata / 280
11.5.3. Rekonstrukcja sygnału w algorytmie Mallata / 284
11.5.4. Generacja filtrów falkowych / 285
11.6. Implementacja transformacji falkowej w Matlabie / 287
11.6.1. Tryb komend / 287
11.6.2. Tryb graficzny / 294
11.7. Zadania sprawdzające / 298

Rozdział 12. Transformacja falkowa dwuwymiarowa i pakiety falkowe / 300
12.1. Podstawowe definicje / 300
12.2. Dekompozycja falkowa dwuwymiarowa / 301
12.3. Algorytm rekonstrukcji w transformacji falkowej dwuwymiarowej / 304
12.4. Implementacja transformacji falkowej dwuwymiarowej w Matlabie / 306
12.5. Pakiety falkowe / 308
12.6. Implementacja pakietów falkowych w Matlabie / 311
12.7. Przykłady zastosowań transformacji falkowej w praktyce inżynierskiej / 314
12.8. Zadania sprawdzające / 319

Rozdział 13. Statystyczne przetwarzanie sygnałów losowych / 322
13.1. Podstawowe defi nicje / 322
13.2. Momenty statystyczne / 331
13.2.1. Proces losowy ciągły / 331
13.2.2. Proces losowy dyskretny / 334
13.2.3. Estymacja momentów statystycznych / 335
13.3. Sygnały stacjonarne / 337
13.4. Funkcje korelacyjne sygnałów stacjonarnych / 338
13.4.1. Funkcje autokorelacyjne / 338
13.4.2. Funkcje korelacji wzajemnej / 342
13.5. Widmowa gęstość mocy / 346
13.5.1. Podstawowe definicje / 346
13.5.2. Estymacja widmowej gęstości mocy / 350
13.5.3. Opis częstotliwościowy wybranych sygnałów losowych stacjonarnych / 355
13.6. Przejście sygnału losowego przez układ liniowy / 358
13.7. Przykłady zastosowań funkcji korelacji i gęstości widmowej / 359
13.7.1. Estymacja transmitancji widmowej układu liniowego / 359
13.7.2. Wyznaczanie mocy sygnału / 361
13.7.3. Identyfi kacja parametrów członu opóźniającego / 363
13.7.4. Wyznaczanie stosunku sygnału do szumu / 364
13.7.5. Wybielanie sygnału / 365
13.8.  Zadania sprawdzające / 368

Rozdział 14. Statystyki wyższych rzędów i polispektra / 371
14.1  Podstawowe  definicje / 371
14.1.1. Momenty statystyczne / 372
14.1.2. Kumulanty / 372
14.1.3. Kumulanty i momenty statystyczne mieszane / 375
14.2. Momenty i kumulanty procesów stacjonarnych / 377
14.3. Polispektra / 380
14.3.1. Podstawowe definicje / 380
14.3.2. Funkcje koherencji / 387
14.3.3. Polispektra wzajemne / 388
14.4. Estymacja statystyk wyższych rzędów i polispektrów / 389
14.4.1. Estymator bazujący na definicji / 389
14.4.2. Periodogram wyższego rzędu / 392
14.5. Statystyki układów liniowych zasilanych sygnałem losowym / 393
14.6. Zastosowania statystyk wyższego rzędu / 396
14.7. Zadania sprawdzające / /399

Literatura / 400