MATLAB信号处理——算法、仿真与实现

MATLAB是工程应用软件的平台。它利用计算机为信号处理、系统建模、数值计算、理论验证及系统仿真等提供解决方案，已经成为国内外学者热衷采用的科研辅助工具。编写《MATLAB信号处理——算法、仿真与实现》的目的是借助MATLAB的矩阵运算、函数及工具箱解决信号处理中复杂的公式推导与理论计算、繁琐的绘图及结果分析等问题，帮助读者全面掌握MATLAB编程、Simulink仿真、典型工具箱软件及各类具体应用的系统建模知识。全书涵盖了如下核心知识要点：
? 数字信号处理建模理论基础与仿真；
? 通信系统时域分析的MATLAB实现；
? 通信系统频域分析与设计的MATLAB实现；
? IIR/FIR滤波器设计的MATLAB实现；
? 语音信号处理的MATLAB实现；
? 图像信号处理的MATLAB实现；
? 随机信号处理及谱分析的MATLAB实现；
? 小波工具箱的使用及在信号处理领域的MATLAB实现；
? 场论中矢量信号计算的MATLAB编程实现及图形化描述；
? Simulink模块设计与仿真。

MATLAB广泛用于数据分析、无线通信、深度学习、数据挖掘、图像处理、计算机视觉与信号处理等领 域。本书以数字信号处理为背景,系统讨论了 MATLAB在信号处理领域的知识与应用,具体包括数字信 号处理的基本理论、分析方法、算法的设计与实现、输出结果的数值与可视化展示等内容,涉及信号处理的 各个方面,是一本比较全面的参考书。 本书分为13章,全面系统地讨论了信号处理的相关问题。其中第1~7章介绍了信号的采集、Z变换、 离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、噪声分布函数、IIR数字滤波器以及 FIR数字滤波器的相关知识和实现 方法;第8、9章着重对随机信号处理、功率谱分析、小波变换加以阐述;第10~13章介绍了 MATLAB在 信号处理领域主要工具箱的使用与设计过程。本书涉及的 MATLAB代码已经全部调试通过,所附结果均 为书中代码运行输出结果,并在代码中备注了较详尽的解释说明。 本书的特点是实用,知识内容与应用实例紧密结合,讲解深入浅出,实例程序既有单个函数的应用方 法,又包括整体系统的程序实现,同时也展示后的分析计算结果。本书可作为高校电子信息工程、通信 工程以及计算机科学与技术专业本科生和研究生的教学用书,也可作为科研技术人员的参考用书。

张轶  湖北沙市人，武汉纺织大学副教授，硕士生导师。多年来工作在教学与科研的线，主讲“MATLAB应用实践”“多媒体通信技术”“数据交换与传输”“无线传感网络”“计算机网络与仿真”“数据挖掘”“数学建模与仿真 ”“电磁场与电磁波”等本科生课程，以及“随机信号分析与仿真”“移动通信技术”等研究生课程。已发表教学研究类论文6篇，出版普通高等教育“十三五”规划教材2部，主持省级教学研究与改革项目2项，以及*高等学校电子信息专业教学指导委员会教学改革研究项目1项，主持完成中国纺织工业联合会教研项目1项、校级研究生教育教学研究项目1项，指导完成湖北省大学生创新创业实践项目1项，连续两年指导本科生毕业设计获得省级优秀学士论文。荣获院级青年教师讲课比赛二等奖，武汉纺织大学本科教学质量一等奖。

020年对中国而言是不平凡的一年，是万众一心攻坚克难的一年。近年来，中国在科研上展示了迎难而上的决心和实力，这些成就与信号处理密切相关。探月工程“嫦娥四号”探测器在月球背面成功着陆，这是人类的首次，开启了探月新旅程； 中国工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放5G商用牌照，中国进入5G商用元年； “天机芯”全球首款异构融合类脑计算芯片登上《自然》杂志的封面； 首次验证远距离双场量子密钥分发……
MATLAB主要面向科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境，将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等功能集成在一个易于使用的视窗环境中，具有基于矩阵进行运算，绘制函数和数据曲线，实现算法，创建用户界面及连接其他编程语言等特点，为科学研究、工程设计提供了一种全面的解决方案。
数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)是基于数字运算方法，实现信号变换、滤波、检测、估值、调制解调以及快速算法等功能的一门学科。数字信号处理具有高精度、高可靠性、可编程控制、可时分复用及便于集成化等优点。在实际应用中，首先需采集原始信号，如果原始信号是连续时间信号，则需经抽样成为离散信号，再经模数转换器转换为二进制数字信号。本书提供了利用MATLAB在计算机上解决信号处理问题中涉及的案例分析思路、方法、MATLAB脚本和大量的例题。
本书特点
由浅入深，循序渐进。首先从MATLAB在信号处理中的基本函数出发，讲解信号处理各个流程中用到的函数调用方式及实现示例，每章节都有精心设计的MATLAB场景分析，后以系统为单位介绍MATLAB实际应用。
内容丰富，涉及广泛。本书内容基本涵盖了信号处理的各个方面，在全书的组织过程中，章节安排合理，强调代码的实用化、模块化，配合已有的公式推导参考资料，集中介绍实际应用和项目开发。
以功能场景组织内容。例如，在小波工具箱这一节，关于Display Mode(显示模式)的分类，即按照Show and Scroll、Full Decomposition、Separate Mode、Superimpose Mode和Tree Mode共5种模式展开举例介绍。
各章节内容独立，读者可选择阅读。本书各章节间只有基本概念的逻辑关联，在程序实现和数据仿真方面各自独立，读者可以根据课时要求，完成对所需章节的阅读，并不影响阅读的连贯性。

感谢
在本书的编写过程中得到了武汉纺织大学电子与电气工程学院领导与同仁的大力支持，在此感谢电子与电气工程学院和通信工程教研室对于本书的出版给予的大力支持，同时感谢校领导的关心与支持。感谢国家自然科学基金（No.11804256）、*教指委教学改革研究项目（No.2020YB33）、中国纺织工业联合会教学改革项目、研究生教学改革与研究项目、湖北省科技厅项目（No.2019ADC033）以及湖北省教育厅项目（No.2019GB033; No.20Y090）的资助。此外，肖适、夏舸、李劲、王骏和丁磊也为本书的编写提供了较多的帮助，在此一并表示感谢。特别感谢清华大学出版社首席策划盛东亮在整个出版过程中付出的努力，感谢钟志芳编辑细致入微的审查，才使得本书日益完善。
由于作者水平有限，再加上时间、篇幅的限制，书中难免存在疏漏，恳请广大读者批评指正，我们将对本书进行持续更新，以确保内容的实时性和适用性。欢迎读者在使用过程中与我们交流，提出宝贵的意见和建议。

编者于武汉纺织大学崇真楼