全相位數字譜分析方法 [All-Phase Digital Spectral Analysis Method] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　《全相位數字譜分析方法》係統地闡述新的信號檢測方法——全相位數字譜分析方法，此方法解決瞭現有譜分析存在的譜泄漏突齣和相位譜模糊的問題。
　　《全相位數字譜分析方法》將係統論述全相位譜分析理論的來源、原理、應用價值，涉及的內容包括全相位數據預處理、全相位FFT頻譜分析、基於譜內插的全相位FFT頻譜校正理論、基於相位差的全相位頻譜校正理論、全相位密集譜校正理論、全相位FFT測相理論及其衍生測相方法、雙相位FFT譜分析方法、全相位DTFT譜分析方法、基於全相位譜分析的欠采樣互素譜感知、全相位譜分析的應用舉例等內容。鑒於當前全相位譜分析理論已經被同行在圖像分析、物聯網感知、光學工程、電力諧波分析、鏇轉機械故障診斷、通信、儀器儀錶、雷達、水聲、語音處理、生物醫學等工程領域展開瞭大量應用，故運用《全相位數字譜分析方法》的新成果有望於進一步提升現有的各工程領域的性能。
　　《全相位數字譜分析方法》全部研究成果都經過瞭嚴格的理論推導、算法設計、仿真實驗等多層次的驗證，另外，絕大多數的研究成果還配有MATLAB程序代碼，非常適閤為從事工科門類中涉及信息檢測的科研工作的學者和工程師作參考。另外，就高等院校的讀者而言，可作為研究生參考資料，也適閤於高年級本科生閱讀。

作者簡介

　　黃翔東，1979年4月生，博士，天津大學副教授，中國高科技産業化研究會信號處理産業化分會理事。2007年3月獲天津大學信號與信息處理專業工學博士學位，同年4月留校工作至今。2009年6月晉升副教授。2009年和2011年分彆赴香港大學和澳門大學做短期訪問學者，2013年赴美國特拉華大學做1年訪問學者。共計發錶論文80餘篇，其中以第1作者在IEEE Trans on Signal Processing，IEEE Signal Processing Letters等信號處理期刊上發錶SCI檢索論文13篇，發錶EI檢索論文50餘篇，以第1發明人申請發明專利30項（以第1發明人授權專利12項）。齣版學術專著2部，教材1本。作為項圈負責人獲得過3項國傢自然科學基金、1項教育部博士點基金、1項軍工閤作項目、1項天津市重點基金和1項天津大學B類青年基金資助，並參與1項國傢重大儀器專項、1項973課題、4項國傢自然科學基金項目和多

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 新信息時代對譜分析需求
1．1．1 譜分析問題概括
1．1．2 信號間斷問題舉例
1．2 截斷問題的各種解決方案
1．3 全相位譜分析理論的發展曆史概述
1．3．1 重疊數字濾波階段
1．3．2 全相位譜分析的創立和完善
1．3．3 全相位譜分析理論的應用與全麵發展
1．4 本書的主要內容
1．5 本書的主要特點
參考文獻

第2章 全相位數據預處理
2．1 引言
2．2 三種全相位數據預處理
2．2．1 無窗全相位數據預處理
2．2．2 單窗全相位數據預處理
2．2．3 雙窗全相位數據預處理
2．2．4 全相位預處理的統一錶示及其捲積窗性質
2．3 確定信號的全相位數據預處理
2．3．1 DFT譜性能特徵變化
2．3．2 自相關特性的變化
2．4 全相位數據預處理後的統計特性
2．4．1 統計特性衡量指標及其仿真測試
2．4．2 統計特性變化的理論證明
2．5 小結
參考文獻

第3章 全相位FFT頻譜分析
3．1 數字譜分析理論的發展曆程
3．1．1 工程應用對譜分析的需求
3．1．2 數字譜分析發展的四個階段
3．1．3 全相位FFT譜分析與工程應用需求
3．2 全相位FFT譜分析方法的衍生
3．2．1 傳統DFT譜分析的缺陷及其原因
3．2．2 從傳統FFT譜分析到全相位FFT的衍生
3．2．3 簡化的全相位FFT譜分析流程
3．3 傳統FFT譜分析和全相位FFT譜分析的數學公式
3．3．1 單頻復指數信號的傳統FFT分析
3．2 單頻復指數信號的全相位FFT分析
3．3．3 單頻復指數信號的FFT和全相位FFT的矩陣形式分析
3．3．4 單頻復指數信號的FFT譜與全相位FFT譜對照
3．4 傳統FFT與全相位FFT分析數據實測與矢量解釋
3．4．1 數據實測分析
3．4．2 矢量分析
3．5 全相位FFT譜分析的基本性質
3．5．1 性質1
3．5．2 性質2
3．5．3 性質3
3．5．4 性質4
3．5．5 基本性質導齣的噪聲環境下全相位FFT與FFT的關係
3．6 全相位FFT譜分析兩時延譜自適應調節機理
3．6．1 傳統數據和全相位預處理後的數據的傅裏葉變換錶示
3．6．2 復指數信號的傳統傅裏葉譜及全相位傅裏葉譜的內在機理
3．6．3 全相位FFT的兩個子譜自適應調節機理
3．7 全相位FFT譜分析與平滑周期圖譜分析的比較
3．7．1 全相位FFT譜分析與平滑周期圖譜分析的區彆
3．7．2 仿真實驗比較
3．8 小結
參考文獻

第4章 基於譜內插的全相位FFT頻譜校正理論
4．1 現有譜校正方法及其主要問題
4．1．1 為什麼要引入譜校正
4．1．2 譜校正器的誤差來源
……

第5章 基於相位差的全相位頻譜校正理論
第6章 全相位密集譜校正理論
第7章 全相位FFT測相理論及其衍生測相方法
第8章 雙相位FFT譜分析方法
第9章 全相位DTFT譜分析方法
第10章 基於全相位譜分析的欠采樣互素譜感知
第11章 全相位譜分析的應用舉例

參考文獻

前言/序言

　　近年來，隨著以感知層為核心的物聯網應用在通信、交通、電力、醫療、農業、安防、軍用、海洋工程等各工程領域中的普遍展開，人類社會將逐漸進入以“信息物理融閤”為基礎的“第四次工業革命”時代。以物聯網為技術牽引，衡量“工業4.0時代”是否成熟的一個重要標誌就是“生産高度數字化”。在這個時代背景下，泛在分布的傳感器采集到的數據必然呈現幾何級數的增長，而傳感器能否從海量數據中準確提取現場對象的內在信息（即實現“智能感知”），就成瞭一個非常關鍵的因素。這迫切需要在信號處理領域有一套較係統和完善的信號處理方法來實現該任務。
　　信號處理所做的其實就是兩件事情：信號分解和信號重構。通俗地說，信號分解要解決的是“分析信號包含哪些成分”的問題；信號重構要解決的是“怎樣提取齣想要的信號成分”的問題。由此展開一係列具體應用，如信號分解衍生齣瞭頻譜分析、各種變換、壓縮編碼、稀疏錶示、陣列參數估計等；與此對應，信號重構衍生齣瞭數字濾波、各種反變換、信號解碼、信號去噪、波束生成等。而從物聯網應用來看，側重的是“感知”目標對象的屬性、特徵以及環境狀態，因而從信號處理角度來看，物聯網應用更期望在信號分解理論上有所突破，特彆是頻譜分析理論。
　　從數字信號處理的觀點來看，無論信號分解或重構，都是建立在離散數據處理上的。而任何數字信號處理算法隻能在有限長數據中進行，這就實際上需要對信號作截斷，而截斷會使得信號處理（如數字濾波、譜分析、信號重構等）的性能下降，這是個普遍存在而不可忽視的問題，也是數字信號處理這門學科不容迴避的問題。
　　本書提齣用“全相位處理方法”去解決數據截斷引起的信號處理性能下降的問題，其基本思路就是：考慮包含某樣點的所有可能的數據截斷情況並分彆進行處理，再有機綜閤這些處理結果即得到最終的輸齣。在命名這種新處理方法時，曾考慮過用“重疊信號處理”或“全重疊信號處理”等詞。侯正信教授提齣的“全相位”這個詞是非常恰當的，“全”是指整體，即綜閤考慮所有分段，“相位”是指局部，即某樣點對應於輸入和輸齣分段中所處的位置，因而“全相位”是個辯證統一的概念，既反映瞭以最大程度進行重疊處理的外在形式，又蘊含瞭其總體性能改善是源於對各子處理進行有機綜閤的內在實質。
　　若用全相位方法去處理因截斷引起的譜分析性能下降問題，就衍生齣瞭本書的全相位譜分析理論。截斷問題的廣泛存在性，注定賦予瞭全相位譜分析理論在工程中的廣泛適用性。本書的全相位譜分析理論旨在解決譜分析領域的一係列難題，如相位估計、密集譜識彆與估計、低頻實信號的頻率估計、欠采樣下信號的頻率估計、短樣本頻率估計等。
　　作者在2009年齣版瞭專著《數字信號全相位譜分析與濾波技術》，該專著齣版以來，學術界和工程界的同行們給予瞭較高的關注，並且專著所論述的學術方法在無綫通信、儀器儀錶設計、故障診斷、光學工程、雷達、水聲、生物醫學、生物信息學等各個工程領域中得到瞭廣泛應用。有關全相位信號處理方法的理論及應用的論文如雨後春筍般齣現（迄今為止，期刊論文數目達到600餘篇，學位論文80餘篇）。這些來自同行們的大量反饋對於本書的形成和完善起到瞭非常積極的推動作用。
　　2009年的專著更側重於介紹全相位濾波，全相位譜分析僅少量內容。而近幾年來，我們能感覺到，國內同行對譜分析領域的需求更加廣泛，因而我們在全相位譜分析領域做瞭大量細化、深入和拓展性的新研究工作。本書把已被國內同行驗證符閤工程應用的全相位譜分析的新成果納入其中，對大多數學術觀點作瞭更有深度的重新闡述，因而本書相比於2009年的專著，內容豐富程度大幅度提高，覆蓋麵更廣，這與國內同行們的支持是分不開的。另外，本書還彌補瞭2009年專著的一個缺陷，就是為幾乎所有的學術內容配備瞭MATLAB程序代碼（文件名與相應的圖、錶編號一緻），這樣更方便於讀者加深對理論原理及應用的理解。期望通過以上改進，本書可以更有針對性、更深入地為同行研究提供支持。
　　本書獲得國傢自然科學基金麵上項目（批準號：61271322）和國傢自然科學基金重點項目（批準號：61434004）以及科技部863項目（批準號：2015AAOIA703）資助。三十餘年來，國傢自然科學基金委員會對我們在全相位信號處理的研究方嚮給予瞭持續支持，反映瞭國傢對基礎研究的高度重視。我們也真誠期望能將基礎性研究成果迴饋給國傢和人民。
　　本書還得到瞭中國工程院毛二可院士、劉尚閤院士的推薦和IEEEFellow、“長江學者”馬建國教授的充分肯定以及科學齣版社魯永芳編輯的大力支持，天津大學青島海洋工程研究院信息工程研究所提供瞭清靜的寫作環境，另外，研究生張博、黎鳴詩做瞭一些勘誤工作，一並錶示真誠感謝。
　　限於作者的水平，不妥之處在所難免，懇切希望讀者給予批評指正。

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