現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)理處概論

現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理概論u

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ProCopyright2004-2011AsposePtyLtd.?《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理及其應(yīng)用》,清華大學(xué)出版社,何子述,夏v編al著ua,ti2o0n0l月eaed《so處se理S-s離fr隨.N機(jī)ET信3號(hào).5處Cnt,Pro西安電子Cp技yr大ig學(xué)ht出20-,20丁11o,se闊Py紅L,td.2002年12月?楊綠溪,現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理,科學(xué)出版社,2008年12月教材及參考文獻(xiàn)?《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》,華中科技大學(xué)出版社,姚u,,aoony,.1999年eatedw6ihAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro?《現(xiàn)ot號(hào)42》01Ae堪堪Ptd.電子工業(yè)出版社,2003?《現(xiàn)代信號(hào)處理》,張賢達(dá),清華大學(xué)出版社參考文獻(xiàn)?胡廣書(shū),數(shù)字Ean-l-y-理eatedt、hpSs,fo..學(xué)學(xué)5itPro社,1C9or(i203411AsposePtyLtd.?金年文,韋崗,現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理簡(jiǎn)明教程,清華大學(xué)出版社,2004年1月參考文獻(xiàn)?個(gè)人可以選擇所列參考書(shū)目中任意一本作為教材,都Eautoo,,n人所選為eatedwitA子子spsl材材id,,es利利f討NT3.5ClientPro?課oyi,,gh011AsposePtyLtd.?考核中涉及到的均從相應(yīng)配套習(xí)題集中選擇（姚天任,何子述,丁玉美等）教材選擇?高等數(shù)學(xué)及,數(shù)理統(tǒng)計(jì),概率論?信號(hào)與系valuationonly.?隨機(jī)過(guò)程eated

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平時(shí)（習(xí)題+討論+考勤30%）?考試（70%）i?課程特點(diǎn)及考核■7課程討論的主要問(wèn)題－1?研究對(duì)象:確定性信v－a>l隨ui號(hào)o；nonly.eate?dh目Ap:oi中do信r息；NET3.5ClientPro?主要內(nèi)o:pyright2004-2011AsposePtyLtd.?隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性；?隨機(jī)信號(hào)的參數(shù)建模；?功率譜估計(jì)（經(jīng)典譜估計(jì)和現(xiàn)代譜估計(jì)）；?時(shí)頻分析（短時(shí)傅立葉變換、維格納變換、小波變換）8了功率譜（這種說(shuō)法不準(zhǔn)確）?對(duì)信號(hào)特性的分析?信號(hào)處理技術(shù)?研究目的:提高信號(hào)質(zhì)量；?維納濾波理論（平穩(wěn)條件下）；?卡爾曼濾波理論（非平穩(wěn)條件下）；?自適應(yīng)濾波理論；課程討論的主要問(wèn)題

－2■?主pr:ight2004-2011AsposePtyLtd.eated

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ProEvaluationonly.9?現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和分析方法；結(jié)合有Eaut,io在.相關(guān)領(lǐng)eatedh應(yīng)Ap。ose.Slidesfor.NET3.5ClientProCopyright2004-2011AsposePtyLtd.課程特點(diǎn)■10?

確定性信號(hào)

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Copyright2004-2011AsposePtyLtd.?根據(jù)處理對(duì)象和應(yīng)用背景的不同而選擇相應(yīng)

的處理方法課程講述線索?本課程采用對(duì)不同處理對(duì)象的線索來(lái)講解:11?講授?多媒體教學(xué)為主,可能輔以板書(shū)eatedwith?Ao.,Sis導(dǎo)f,o.論論N.ClientPro?討opyright2004-2011AsposePtyLtd.?設(shè)定主題?學(xué)生為主?應(yīng)用為主?難點(diǎn),重點(diǎn)解析?課程主要內(nèi)容v成a6l完ton（（課ol為為y,教材為輔）授課方式學(xué)時(shí)分配（講授學(xué)時(shí)）講授內(nèi)容課時(shí)安排（學(xué)時(shí)）第0講概論,本科回顧8et機(jī)離i涉s礎(chǔ)e知Slidefor.NET3.5ClientPro第2講維納濾opyright20804-2011AsposePtyLtd.第3講卡爾曼濾波8第4講自適應(yīng)數(shù)字濾波器8第5講現(xiàn)代譜估計(jì)8總計(jì)48Evaluationonly.其地位2r.NET3.5Client

Pr現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理主要研究?jī)?nèi)容2學(xué)時(shí)分配（討論學(xué)時(shí)）討論主題課時(shí)安排（學(xué)時(shí)）現(xiàn)代譜估計(jì)應(yīng)用總計(jì)216維納濾波應(yīng)用卡爾曼濾波應(yīng)用自適應(yīng)濾波應(yīng)用最佳濾波C方o法pyright

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fationonly.eatedwo.o- Processing）:用數(shù)字計(jì)算機(jī)或其它專用數(shù)字設(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析、處理。?現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理:在傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理理論基礎(chǔ)之上，基于概率統(tǒng)計(jì)的思想，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化估計(jì)、線性代數(shù)和矩陣計(jì)算等理論進(jìn)行研究，處理的信號(hào)通常是離散時(shí)間隨機(jī)過(guò)程，且系統(tǒng)可能是時(shí)變、非線性的?傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處vluationonly.eatedi要AeSsrE3,,.et離離Pro散時(shí)prg變0-0Ap對(duì)etd.進(jìn)行處理。 ?數(shù)字信號(hào)處理（DSP,DigitalSignal前言?數(shù)字信號(hào)處理理論（theory）:根據(jù)從工程實(shí)際中抽象出的信號(hào)模型和系統(tǒng)模型，用的計(jì)算方法或計(jì)算技巧。例:DFT是理論；FFT是實(shí)現(xiàn)DFT的計(jì)算技巧，屬算法。用數(shù)學(xué)理論進(jìn)行Ea格lain到ol定y理.等結(jié)論。eatedwitA字soe處.l算ids(aflogr.iNt)3:.5ClientPro為高pr效ih042字0信11號(hào)Aps理eyt采d.前言

－數(shù)字信號(hào)處理理論與算法?非實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)（notreal-timeimplementation）用高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，在通用計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的信號(hào)eatedwitA；so對(duì)sls收f(shuō)or.NET3.5ClientPro數(shù)據(jù)pr征ih2，042提0取11與Aps等e。PtyLtd.實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)（real-timeimplementation）:用數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Ｓ脭?shù)字器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，如:DSPprocessor(TI,AD)；FPGA/CPLD；專用器件；或通用計(jì)算機(jī)等。前言

－數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)處理理論和算法E；va通lu常a

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l事y后.分析與仿1、基本概念和E基va本lu理at論io講nn楚ly、講透；eatedwt、hA注sp重o論Sfr體E工T3程5應(yīng)C用lin結(jié)tPro合；Copyright2004-2011AsposePtyLtd.3、適當(dāng)介紹近年來(lái)發(fā)展的新理論新方法；4、對(duì)信號(hào)的時(shí)域處理理論重點(diǎn)介紹,空域處理理論集中介紹。前言Evaluationonly.eated

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?離散時(shí)間信號(hào)處理基礎(chǔ)(本科內(nèi)容復(fù)習(xí))?

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自適應(yīng)濾波器課程涉及基本知識(shí)點(diǎn)?離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)；?

?離散時(shí)間隨機(jī)過(guò)程；?

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陣列信號(hào)處理與空域?yàn)V波；?

?盲信號(hào)處理理論。??功率譜估計(jì)與E信vlai估o論ly；.eatedwi?ts.l論ieo算.NT；3.5ClientPro??維Cp濾yih-；2011AsposePtyLtd.課程涉及內(nèi)容?經(jīng)典濾波器,是建立在信號(hào)和噪聲頻率分離的基礎(chǔ)上,通過(guò)將噪聲所在頻率區(qū)域幅值衰減來(lái)達(dá)到提高信噪比,于是針對(duì)不同的頻Elt生in低o通n,ly高.通,帶通等eatedwits器p；ose.Slidesfor.NET3.5ClientPro?C濾的o學(xué)r段h過(guò)021Ap,的ot.定的假定,然后通過(guò)合適的數(shù)學(xué)方式,來(lái)提高信噪比。譬如Kalman濾波器中,總會(huì)假定狀態(tài)噪聲和測(cè)量噪聲是不相關(guān)的；而在Weiner濾波器中還必須假定信號(hào)是平穩(wěn)的,等?？傊饔兴?要針對(duì)不同的問(wèn)題采用不同濾波器。譬如,要濾除工頻50HZ的影響,顯然不宜采用Kalman濾波器,可以采用限波器就可以了。過(guò)現(xiàn)經(jīng)典濾波器與現(xiàn)代濾波器?主要討論基于信號(hào)模型分析和濾波的基本理論和基本Ea法lu,at以ion應(yīng)ly濾波器和eatedwitA代sp譜os估e.計(jì)Sd核es心fr容N,E3介5紹C現(xiàn)lin數(shù)tPro字信Co號(hào)py處ri理gh的t042。01該1o為se眾Pt多ytd.號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域打下基礎(chǔ),包括通信、聲學(xué)、圖像、雷達(dá)、聲納、生物醫(yī)學(xué)、地球物理等領(lǐng)域的信號(hào)處理。目的和要求?起源于十七和十八世紀(jì)數(shù)學(xué)的一個(gè)學(xué)科?究用數(shù)字Ea符lain表ol信y號(hào),處理這eatedwitspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro?估Cp信yi的g04（-1pe分P,yt語(yǔ)d.音傳輸分析和語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)中）?把信號(hào)變換成某種更符合要求的形式（信號(hào)在通信信道上傳輸時(shí),要受到各種干擾,其中包括信道失真、衰落和混入背景噪聲,接受機(jī)的任務(wù)之一就是要補(bǔ)償?shù)暨@些干擾）o列v或列研序要些主概要?信號(hào)分類確定性信號(hào):可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系表示的信號(hào)；?隨機(jī)信號(hào)處理--對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行加工或變換?數(shù)學(xué)基礎(chǔ)--統(tǒng)計(jì)學(xué)中的判決理論和統(tǒng)計(jì)估計(jì)理論?目的--從各種實(shí)際信號(hào)中提取有用的信號(hào)隨機(jī)信號(hào):統(tǒng)計(jì)特El時(shí)ut改ionly.eatedwi?tsoe-.-l于ids計(jì)fr構(gòu).T.5ClientPro不是orh，t02性01，A不so用st性y的Ld.間函數(shù)來(lái)描述，不能準(zhǔn)確地加以重現(xiàn)概

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Copyright2004-2011AsposePtyLtd.?對(duì)象----物理信號(hào)(如電信號(hào)、光信號(hào)、聲信號(hào)及震動(dòng)信E號(hào)va等lu等at)iononly.eatedwtA用p領(lǐng).Slidesfor.NET3.5ClientPro生物Co醫(yī)py學(xué)r、22.0s、po雷se達(dá)Pytd.震學(xué)、語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)通信、核子科學(xué)等概

要（續(xù)二）經(jīng)典隨機(jī)信號(hào)理論20世紀(jì)40年代

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Pro20世紀(jì)50年代以后Copyright2004-2011AsposePtyLtd.歷史?整個(gè)40年代是隨機(jī)信號(hào)理論的初創(chuàng)和奠基時(shí)期Evaluationonly.eatedwith?A維so濾se波l論id-e-0fr代,Nee柯linro pyright2004-2011AsposePtyLtd.?匹配濾波器理論--諾斯（D.O.North）于1946?理想接受機(jī)理論--科捷利尼科夫（B.A.Kotelnikov）于1946經(jīng)典隨機(jī)信號(hào)處理--理論和技術(shù)生長(zhǎng)、發(fā)展和成熟時(shí)期?從連續(xù)的（或離散的）輸入數(shù)據(jù)中濾除噪聲和干擾以提取有用信息的過(guò)程稱為濾波，而相應(yīng)的裝置稱為濾波器。根據(jù)濾波器的輸出是否為輸入的線性函數(shù)，可將它分為線性濾波器和非線性濾波器兩種。濾波器研究的E一va課t題i:o.計(jì)和制造最佳eatedwitAe最s佳f濾o器是N夠3根n準(zhǔn)t則Pro?20世0y代r，i4于-最2p究o的s礎(chǔ)P。t假Ld.線性濾波器的輸入為有用信號(hào)和噪聲之和，兩者均為廣義平穩(wěn)過(guò)程，且知它們的二階統(tǒng)計(jì)特性。維納根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則（濾波器的輸出信號(hào)與需要信號(hào)之差的均方值最?。?，求得了最佳線性濾波器參數(shù)，這種濾波器被稱為維納濾波器。在維納研究的基礎(chǔ)上，人們還根據(jù)最大輸出信噪比準(zhǔn)則、統(tǒng)計(jì)檢測(cè)準(zhǔn)則以及其他最佳準(zhǔn)則求得的最佳線性濾波器。實(shí)際上，在一定條件下，這些最佳濾波器與維納濾波器是等價(jià)的。因而，討論線性濾波器時(shí)，一般均以維納濾波器作為參考。l一r波波波s濾e濾o的的波p優(yōu)濾s最維納濾波器?最佳線性濾波器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:1、使濾波器輸出的信號(hào)波形與發(fā)送信號(hào)波形之間的均方誤差最小，由此而導(dǎo)出器稱為匹配濾波器。?在數(shù)字通信中，匹配濾波器具有更廣泛eatedwith的A最ss線e.性Sd波es器fr為.納T3濾.5波C器lintPro；e2、t輸20-0比1sy時(shí)Ld.達(dá)到最大,由此而導(dǎo)出的最佳線性濾波

匹配濾波器Evaluationonly.的應(yīng)用。?整個(gè)50年代，為隨機(jī)信號(hào)處理的主要理論基礎(chǔ)--統(tǒng)計(jì)檢測(cè)理論和統(tǒng)計(jì)估計(jì)理論發(fā)展和成熟的時(shí)期:Evaluationonly.eatedwith?A信so論s-e-.香Shean]r于.1N93.5ClientPro p概理yi接g（poPno.）.eWtdo）d.?隨機(jī)信號(hào)處理使用的數(shù)學(xué)方法，基本上是統(tǒng)計(jì)學(xué)已經(jīng)完成的工作tsle德Add沃1Mi0德1（D--伍2頓念0爾2概0德t機(jī)密受h論率r險(xiǎn)驗(yàn)o風(fēng)后C??經(jīng)典隨機(jī)信號(hào)處理（續(xù)）?卡爾曼（Kalman

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Ltd.?多維信號(hào)處理與分析?

非線性檢測(cè)與估計(jì)問(wèn)題?自適應(yīng)理論?

量子估計(jì)理論現(xiàn)代隨機(jī)信號(hào)處理理論與技術(shù)起步和大發(fā)展的時(shí)期?信號(hào)處理的實(shí)際問(wèn)題,常常要解決在噪聲中提取信號(hào)。因此,我們需要尋找一種所謂有最佳是用來(lái)解決這一類從噪聲中提取信號(hào)問(wèn)題的濾波方法?？柭鼮V波是指當(dāng)輸入由白噪聲產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)時(shí),使期望輸出和實(shí)際輸出之間的均方根誤差達(dá)到最小的線性系統(tǒng)。線性過(guò)濾特性的E

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l波y器.當(dāng)信號(hào)與eatedwitsoe輸.l時(shí)id,es在f輸or出.T信.5盡linro確地Cprh,t040受11到Apt。yd.（Wiener）濾波與卡爾曼（Kalman）濾波就卡爾曼（Kalman

）濾波理論?非參數(shù)檢驗(yàn)（Nonparametrictests）是統(tǒng)計(jì)分析方法的重要組成部分,它與參數(shù)檢驗(yàn)共同構(gòu)成統(tǒng)計(jì)推斷的基本內(nèi)容。參數(shù)Elt總in分o布ny式.已知的情況eatedwitA,s對(duì)ps體e分S布ler值、NT差3等lnro往。Coh0析形0作2單1,1Atd.的方法就不再適用了。非參數(shù)檢驗(yàn)正是在總體方差未知或知道甚少的情況下,利用樣本數(shù)據(jù)對(duì)總體分布形態(tài)等進(jìn)行推斷的方法。由于非參數(shù)檢驗(yàn)方法在推斷過(guò)程中不涉及有關(guān)總體分布的參數(shù),因而得名為“非參數(shù)”檢驗(yàn)。e時(shí)原此s種p,o種定s于法p是往法非參數(shù)檢測(cè)與估計(jì)?魯棒:Robust，堅(jiān)韌、結(jié)實(shí)，在逆境中保持穩(wěn)定。魯棒性:Robustness，指控制系統(tǒng)在一定的參數(shù)攝動(dòng)下，Ea持lain的ol性y.。魯棒檢測(cè):eatedwitotonsees.sSDcetsino，r當(dāng).NT測(cè)3的.5數(shù)C據(jù)ltPro感。從60年代中期開(kāi)始，到70年代、80年代發(fā)展起來(lái)。這是對(duì)噪聲特性部分已知情況下的隨機(jī)信號(hào)處理問(wèn)題。在60年代中期，首先由休伯（P.J.Huber）提出。這就是所謂魯棒估計(jì)、魯棒濾波。魯棒檢測(cè)在很大程度上只是相對(duì)意義，即針對(duì)某些準(zhǔn)則或在一定范圍內(nèi)有意義。噪聲Cpr時(shí)ig,h040實(shí)11際Aps小et化yd.魯棒檢測(cè)?功率譜估計(jì)是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理主要內(nèi)容之一，主要研究信號(hào)在頻域中的各種特征，目的是根據(jù)有限數(shù)據(jù)在頻域內(nèi)提取被淹Eltn有o用ny號(hào).。包括:eatedwi?ts譜ps計(jì)e理.lidesfor.NET3.5ClientPro布萊克C曼o-pi(atck2mT-uy1)-o18PtyLtd.庫(kù)利和圖基--周期圖法，1965年?現(xiàn)代譜估計(jì)理論伯格（Burg）--最大熵譜分析法，1967帕曾(E.Parzen)--自回歸模型(AR)譜估計(jì)方法，1968年，諧波分析、最大似然法、自回歸移動(dòng)平均(ARMA)法，等現(xiàn)代譜估計(jì)理論很多?？梢苑譃榻?jīng)典譜估計(jì)方法與現(xiàn)代譜估計(jì)方法。?經(jīng)典譜估計(jì)中最簡(jiǎn)單的就是周期圖法,又分為直接法與間接法。直接法先取N點(diǎn)數(shù)據(jù)的a葉l變ut（o頻n譜o）n,l然y后.取頻譜與其eatedwitA自esfoN3C點(diǎn)樣功率譜Pro因此需要對(duì)周期圖法進(jìn)行修正,可以將信號(hào)序列x(n)分為n個(gè)不相重疊的小段,分別用周期圖法進(jìn)行譜估計(jì),然后將這n段數(shù)據(jù)估計(jì)的結(jié)果的平均值作為整段數(shù)據(jù)功率譜估計(jì)的結(jié)果。還可以將信號(hào)序列x(n)重疊分段,分別計(jì)算功率譜,再計(jì)算平均值作為整段數(shù)據(jù)的功率譜估計(jì)。這2種稱為分段平均周期圖法,一般后者比前者效果好。加窗平均周期圖法是對(duì)分段平均周期圖法的改進(jìn),即在數(shù)據(jù)分段后,對(duì)每段數(shù)據(jù)加一個(gè)非矩形窗進(jìn)行預(yù)處理,然后在按分段平均周期圖法估計(jì)功率譜。相對(duì)于分段平均周期圖法,加窗平均周期圖法可以減小頻率泄漏,增加頻峰的寬度。換計(jì)的.；數(shù)r計(jì)o函積p關(guān)乘相s的的估o。y是r周i0出4的-功2p細(xì)o,s分e辨P率t較L低t。d.?功率譜估計(jì)在現(xiàn)代信號(hào)處理中是一個(gè)很重要的課題,涉及的問(wèn)題Welch法就是利用改進(jìn)的平均周期圖法估計(jì)估計(jì)隨機(jī)信號(hào)的功率譜,它采用信號(hào)分段重疊,加窗,FFT等技術(shù)來(lái)計(jì)算功率譜。Elt法in較o,nWleylch法可以改eatedwit的leT3lnro好提C出oy,rg以h0的021的Aott。d.可以分為參數(shù)模型譜估計(jì)和非參數(shù)模型譜估計(jì)。參數(shù)模型譜估計(jì)有AR模型,MA模型,ARMA模型等；非參數(shù)模型譜估計(jì)有最小方差法和MUSIC法等。由于涉及的問(wèn)題太多,這里不再詳述,可以參考有關(guān)資料。率估估大o譜r大經(jīng)s性主線s計(jì)e曲估o譜s譜p計(jì)?這涉及到圖像處理理論、多維變換理論、多維數(shù)字濾波、多維數(shù)字譜估計(jì)。70年代以來(lái),隨年來(lái)出現(xiàn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)器件及其算法與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等,都為各種復(fù)雜的信號(hào)處理算法提供了前提條件。著大規(guī)模集成電Ea）ion.展,陣處理eatedwitso用se功.l部id件es等f(wàn)為or信.T提.5inro具。Cpr8h2,00大11規(guī)Apt路yd.展,并行算法結(jié)構(gòu)和流水線信號(hào)處理機(jī)以及近

多維信號(hào)處理與分析?大