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本書針對機械和電氣工程中的測試、診斷、控制以及系統(tǒng)分析問題，主要介紹了工程信號處理的基本理論和實用技術(shù)。全書共8章，內(nèi)容主要包括：連續(xù)和離散時間信號的分析(相關(guān)理論、頻譜分析以及幅值統(tǒng)計分析)、*信號分析與處理技術(shù)、系統(tǒng)動態(tài)特性分析方法(互譜理論、頻響函數(shù)與相干分析)、數(shù)字信號處理關(guān)鍵技術(shù)（數(shù)字化過程、相關(guān)、卷積、濾波、變換）、模擬和數(shù)字濾波器的設(shè)計方法。
本書結(jié)合工程應(yīng)用，針對教學(xué)重點、難點以及工程應(yīng)用節(jié)點問題，采用研討式學(xué)習(xí)和案例式教學(xué)方法，既注重數(shù)學(xué)公式及物理概念的解釋，同時又通過仿真實驗或工程實例進行分析驗證，便于理解和應(yīng)用。
本書可作為高等院校機械、電氣、測控技術(shù)與儀表、自動化工程等專業(yè)的本科教材，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生的教科書或工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)信號分析與處理技術(shù)的參考書。

在當(dāng)今時代，任何一個學(xué)科，都必須不斷地將前沿科學(xué)的最新成果滲透到本學(xué)科領(lǐng)域中，同本學(xué)科領(lǐng)域中已有的傳統(tǒng)方法有機結(jié)合，從而促進本學(xué)科的發(fā)展，使本學(xué)科始終充滿生機和活力。信號處理技術(shù)是一門具有系統(tǒng)的理論和先進軟硬件支持的新興學(xué)科，已廣泛地應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域，并促進了相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和學(xué)科建設(shè)的需要，滿足機械工程、電氣工程等專業(yè)本科生和廣大科技工作者迫切要求學(xué)習(xí)與掌握信號處理理論與技術(shù)的需要，作者于2000年出版了《機械信號處理及應(yīng)用》一書，該書針對當(dāng)時機械類專業(yè)的學(xué)生沒有學(xué)過積分變換、復(fù)變函數(shù)等課程的具體情況，取材結(jié)合機械工程測試，內(nèi)容深入淺出，重點安排得當(dāng)，得到機械類學(xué)生尤其是研究生的一致好評。
建立在牛頓力學(xué)和高斯電磁理論基礎(chǔ)上的機械和電氣工程學(xué)科通過與相關(guān)自然科學(xué)、工程科學(xué)的交叉融合，其內(nèi)涵正在向復(fù)雜機電系統(tǒng)集成及數(shù)字化方向發(fā)展。復(fù)雜機電系統(tǒng)將多種單元技術(shù)集成起來，在完成高度復(fù)雜的多物理過程中，實現(xiàn)能量、物質(zhì)與信息的傳遞。復(fù)雜機電系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，導(dǎo)致系統(tǒng)檢測、控制與維護所需的信息量急劇增加，為使系統(tǒng)能夠長期、穩(wěn)定、安全、可靠地運行，需要運用信息技術(shù)使得各子系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與外部環(huán)境之間、系統(tǒng)與操作者之間在信息層面構(gòu)成真正統(tǒng)一的整體。隨著學(xué)科專業(yè)的改革和發(fā)展，以及新教學(xué)大綱的實施，對機械工程、電氣工程以及儀器科學(xué)專業(yè)來說，信息的獲取和有關(guān)信號的處理技術(shù)顯得愈來愈重要了，因此，無論是在內(nèi)容的深度和廣度上，還是從學(xué)科發(fā)展趨勢上都需要對《機械信號處理及應(yīng)用》重新進行編寫。為此，除個別章節(jié)外，我們對《機械信號處理及應(yīng)用》重新進行了編寫，增加了數(shù)字系統(tǒng)與信號處理技術(shù)的內(nèi)容，增加并調(diào)整了部分結(jié)合工程實際的例題以及案例討論，在習(xí)題和例題中增加了MATLAB仿真內(nèi)容，名稱也相應(yīng)改為《工程信號分析與處理技術(shù)》。本書在保持《機械信號處理及應(yīng)用》強調(diào)概念的物理意義、重視數(shù)學(xué)方法與工程實際相結(jié)合的風(fēng)格和特色的基礎(chǔ)上，針對教學(xué)重點、難點以及工程應(yīng)用節(jié)點問題，增加了研討式學(xué)習(xí)和案例式教學(xué)內(nèi)容。
本書依然不要求學(xué)生先修信號與系統(tǒng)、復(fù)變函數(shù)等課程，仍以確定性信號的分析與處理為主要研究對象，但深度和要求作了相應(yīng)的調(diào)整；增加了數(shù)字系統(tǒng)和信號處理關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容；另外，隨機信號處理方面的內(nèi)容相比《機械信號處理及應(yīng)用》的分量明顯增加，這對于機電工程動力學(xué)分析、故障診斷以及測控技術(shù)方面的研究生和工程技術(shù)人員來說非常必要。由于MATLAB軟件已經(jīng)是國內(nèi)外大學(xué)通用的仿真分析平臺，且信號處理功能強大，因此要求學(xué)生應(yīng)能使用MATLAB編程，解決學(xué)習(xí)和實踐中有關(guān)信號分析和處理方面的問題。
為此本書增加了利用MATLAB編程仿真分析數(shù)字信號處理關(guān)鍵技術(shù)以及教學(xué)重點、難點和工程應(yīng)用問題方面的教學(xué)內(nèi)容。
在本書編寫過程中，考慮到機械和電氣工程專業(yè)的特點，編者參考了國內(nèi)外許多新出版的相關(guān)教材和參考文獻，總結(jié)了十幾年來從事工程測試、信號處理課程的教學(xué)實踐和科研經(jīng)歷。本書在課程安排上除課堂理論教學(xué)外，還包括三次上機作業(yè)和6學(xué)時動手實驗，共需要大約50學(xué)時。
本書由西安建筑科技大學(xué)的谷立臣教授主編，其中第1章、第3章、第4章、第8章由谷立臣編寫，第2章和各章習(xí)題由寇雪芹編寫，第5章、第6章、第7章由張征凱編寫。全書由谷立臣教授統(tǒng)稿。
全書共分8章，內(nèi)容安排如下：
第1章緒論。介紹學(xué)科背景、測試信號、信號分析、信號處理、信號與系統(tǒng)的關(guān)系等相關(guān)概念。
第2章信號與系統(tǒng)的基本概念。介紹信號與系統(tǒng)的基本概念，闡述系統(tǒng)對信號的影響方式。
第3章確定性信號的分析。講述連續(xù)時間信號的時域和頻域分析，包括周期信號、非周期信號、抽樣信號的傅里葉分析、信號的能量譜和功率譜等，建立信號頻譜分析的基本概念，為全書的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。
第4章隨機信號分析。介紹連續(xù)和離散時間隨機信號的基本概念，隨機信號在時、頻域中的數(shù)字特征；重點講述平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)隨機過程（信號），分析平穩(wěn)隨機信號通過線性非時變系統(tǒng)的特性，以及平穩(wěn)隨機信號分析的MATLAB實現(xiàn)，目的是為學(xué)習(xí)工程測試及信號的相關(guān)分析和譜分析奠定理論基礎(chǔ)。
第5章模擬信號的數(shù)字化。討論工程測試中模擬信號的數(shù)字化方法，包括數(shù)據(jù)采集、量化和預(yù)處理三方面的內(nèi)容。
第6章離散時間信號的分析。講述數(shù)字信號分析的基本內(nèi)容，包括離散傅里葉變換DFT、傅里葉變換和z變換之間的關(guān)系、快速傅里葉變換FFT及其譜分析、快速卷積、常用窗函數(shù)及窗函數(shù)的選擇，以及數(shù)字信號分析的MATLAB實現(xiàn)。
第7章數(shù)字濾波器。主要包括濾波器的基本原理及其分類、數(shù)字濾波器的設(shè)計方法及其MATLAB實現(xiàn)。
第8章信號分析與處理技術(shù)的工程應(yīng)用。介紹信號處理技術(shù)在機械工程和電氣工程中的應(yīng)用，重點介紹信號的幅值域分析、相關(guān)分析、頻譜分析在機械工程和電氣工程中解決實際問題的思路和過程。
本書在編寫過程中，得到了西安建筑科技大學(xué)的大力支持和幫助。在此，謹(jǐn)向?qū)Ρ緯木幹o予熱情指導(dǎo)和幫助的老師、研究生表示衷心感謝。
限于編者水平，書中難免有不妥之處，懇請讀者指正。

第1章緒論 1
1.1 信息、信號、信號處理技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 1
1.2 機電工程中的信號處理技術(shù) 3
1.3 工程測試、控制系統(tǒng)與信號處理 3
1.4 本書宗旨及內(nèi)容安排 5
1.5 習(xí)題 6
第2章信號與系統(tǒng)的基本概念 7
2.1 系統(tǒng)分析與信號 7
2.2 信號的分類 8
2.2.1 連續(xù)時間信號和離散時間信號 8
2.2.2 周期信號和非周期信號 9
2.2.3 能量有限信號和能量無限信號 10
2.3 典型信號 10
2.3.1 典型連續(xù)非奇異信號 10
2.3.2 典型奇異信號 14
2.3.3 典型離散信號 16
2.4 信號的運算 19
2.4.1 信號的移位、反褶與尺度變化 19
2.4.2 信號相加和相乘 20
2.4.3 信號的周期延拓 20
2.4.4 信號的抽樣 21
2.5 信號的分解 22
2.5.1 直流分量與交流分量 23
2.5.2 偶分量與奇分量 23
2.5.3 實部分量與虛部分量 23
2.6 系統(tǒng)的分類 23
2.6.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 23
2.6.2 連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng) 25
2.6.3 動態(tài)系統(tǒng)與即時系統(tǒng) 26
2.6.4 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 26
2.6.5 時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng) 27
2.6.6 因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng) 27
2.7 習(xí)題 28
第3章確定性信號的分析 31
3.1 周期信號的分析 31
3.1.1 定義 31
3.1.2 工程上常用的周期信號 31
3.1.3 周期信號的時域分析 32
3.1.4 周期信號的頻域分析 36
3.1.5 周期信號的有限項傅里葉級數(shù) 43
3.1.6 信號的重構(gòu)和吉伯斯現(xiàn)象 45
3.2 非周期信號的分析傅里葉變換(Fourier Translation) 46
3.2.1 傅里葉變換 46
3.2.2 頻譜密度函數(shù)F() 48
3.2.3 傅里葉變換存在的條件 48
3.2.4 典型非周期信號的頻譜 49
3.2.5 傅里葉變換的性質(zhì) 52
3.2.6 周期信號的傅里葉變換 56
3.3 能量譜 59
3.4 卷積 61
3.4.1 卷積及其物理意義 61
3.4.2 卷積定理 65
3.5 脈沖抽樣信號的傅里葉變換 68
3.5.1 時域抽樣 68
3.5.2 頻域抽樣 71
3.6 要點和復(fù)習(xí)題 72
3.7 習(xí)題 73
第4章隨機信號分析 77
4.1 隨機信號及其分析方法 77
4.1.1 隨機信號與隨機過程 77
4.1.2 隨機過程及其描述 78
4.1.3 隨機過程的研究方法 81
4.2 隨機過程的概率分布 82
4.2.1 隨機過程X(t)的一維概率分布 82
4.2.2 隨機過程X(t)的二維(聯(lián)合)概率分布 82
4.2.3 隨機過程X(t)的n維(聯(lián)合)分布函數(shù) 83
4.3 隨機過程的數(shù)字特征 83
4.3.1 隨機過程的數(shù)學(xué)期望和方差 83
4.3.2 隨機過程的協(xié)方差函數(shù)和相關(guān)函數(shù) 85
4.3.3 兩個隨機過程的數(shù)字特征 86
4.4 平穩(wěn)隨機過程 87
4.4.1 平穩(wěn)隨機過程的定義 87
4.4.2 平穩(wěn)過程的數(shù)字特征 87
4.4.3 各態(tài)歷經(jīng)(遍歷）過程 89
4.5 平穩(wěn)隨機信號通過線性系統(tǒng) 92
4.5.1 平穩(wěn)隨機信號通過線性連續(xù)系統(tǒng) 93
4.5.2 白噪聲通過線性系統(tǒng) 99
4.5.3 隨機序列通過線性系統(tǒng) 100
4.6 平穩(wěn)隨機信號分析以及MATLAB實現(xiàn) 101
4.6.1 隨機信號的數(shù)字特征及MATLAB實現(xiàn) 101
4.6.2 隨機信號的時域分析相關(guān)函數(shù)和協(xié)方差 104
4.6.3 隨機信號的頻域分析功率譜估計 108
4.7 系統(tǒng)傳遞函數(shù)估計 121
4.8 相干函數(shù) 124
4.9 運用功率譜分析提取微弱信號實驗 126
4.10 要點和復(fù)習(xí)題 138
4.11 習(xí)題 138
第5章模擬信號的數(shù)字化 141
5.1 模擬信號的數(shù)字化過程 142
5.2 采樣定理 145
5.2.1 頻混現(xiàn)象 145
5.2.2 采樣頻率 146
5.2.3 信號復(fù)原 146
5.3 信號的預(yù)處理 148
5.3.1 信號編排（野點剔除） 148
5.3.2 信號檢驗 149
5.3.3 信號準(zhǔn)備 150
5.4 要點和復(fù)習(xí)題 154
5.5 習(xí)題 154
第6章離散時間信號的分析 155
6.1 離散時間信號的z域分析 155
6.1.1 z變換的定義 155
6.1.2 z變換的收斂域 155
6.1.3 常用序列及其z變換 156
6.1.4 z變換的性質(zhì) 158
6.2 離散傅里葉變換 158
6.2.1 離散時間信號的z變換與傅里葉變換的關(guān)系 159
6.2.2 離散傅里葉變換的定義 160
6.2.3 離散傅里葉變換的性質(zhì) 161
6.3 快速傅里葉變換（FFT） 162
6.3.1 快速傅里葉變換算法 162
6.3.2 利用快速傅里葉變換（FFT）進行譜分析 164
6.3.3 利用FFT計算線性卷積快速卷積 166
6.4 窗函數(shù) 168
6.4.1 引入窗函數(shù)的必然性 168
6.4.2 常用窗函數(shù)的特點 170
6.4.3 窗函數(shù)的選擇 175
6.5 要點和復(fù)習(xí)題 175
6.6 習(xí)題 176
第7章數(shù)字濾波器 177
7.1 數(shù)字濾波器的基本概念 177
7.1.1 濾波器基本原理 177
7.1.2 濾波器的分類 178
7.1.3 濾波器的技術(shù)要求 178
7.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計 179
7.2.1 IIR濾波器 179
7.2.2 FIR濾波器 186
7.3 要點和復(fù)習(xí)題 189
7.4 習(xí)題 189
第8章信號分析與處理技術(shù)的工程應(yīng)用 190
8.1 測試信號幅值域分析及工程應(yīng)用 190
8.1.1 信號幅值的統(tǒng)計特征參數(shù) 190
8.1.2 測試信號幅值域分析的工程應(yīng)用實例分析 194
8.2 測試信號相關(guān)分析及工程應(yīng)用 205
8.2.1 工程測試信號相關(guān)分析的重要性 205
8.2.2 相關(guān)函數(shù)的物理意義 206
8.2.3 相關(guān)函數(shù)的性質(zhì) 208
8.2.4 測試信號相關(guān)分析的工程應(yīng)用 210
8.3 測試信號頻譜分析及工程應(yīng)用 217
8.3.1 自譜密度函數(shù)的導(dǎo)出和定義 218
8.3.2 雙邊和單邊自功率譜密度函數(shù) 218
8.3.3 自功率譜密度函數(shù)的物理意義 219
8.3.4 自功率譜密度函數(shù)的性質(zhì) 219
8.3.5 頻譜分析的幾種常用描述方法 221
8.3.6 測試信號頻域分析的工程應(yīng)用 222
8.4 要點和復(fù)習(xí)題 227
8.5 習(xí)題 227
參考文獻 229

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