全相位数字谱分析方法 [All-Phase Digital Spectral Analysis Method] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《全相位数字谱分析方法》系统地阐述新的信号检测方法——全相位数字谱分析方法，此方法解决了现有谱分析存在的谱泄漏突出和相位谱模糊的问题。
　　《全相位数字谱分析方法》将系统论述全相位谱分析理论的来源、原理、应用价值，涉及的内容包括全相位数据预处理、全相位FFT频谱分析、基于谱内插的全相位FFT频谱校正理论、基于相位差的全相位频谱校正理论、全相位密集谱校正理论、全相位FFT测相理论及其衍生测相方法、双相位FFT谱分析方法、全相位DTFT谱分析方法、基于全相位谱分析的欠采样互素谱感知、全相位谱分析的应用举例等内容。鉴于当前全相位谱分析理论已经被同行在图像分析、物联网感知、光学工程、电力谐波分析、旋转机械故障诊断、通信、仪器仪表、雷达、水声、语音处理、生物医学等工程领域展开了大量应用，故运用《全相位数字谱分析方法》的新成果有望于进一步提升现有的各工程领域的性能。
　　《全相位数字谱分析方法》全部研究成果都经过了严格的理论推导、算法设计、仿真实验等多层次的验证，另外，绝大多数的研究成果还配有MATLAB程序代码，非常适合为从事工科门类中涉及信息检测的科研工作的学者和工程师作参考。另外，就高等院校的读者而言，可作为研究生参考资料，也适合于高年级本科生阅读。

作者简介

　　黄翔东，1979年4月生，博士，天津大学副教授，中国高科技产业化研究会信号处理产业化分会理事。2007年3月获天津大学信号与信息处理专业工学博士学位，同年4月留校工作至今。2009年6月晋升副教授。2009年和2011年分别赴香港大学和澳门大学做短期访问学者，2013年赴美国特拉华大学做1年访问学者。共计发表论文80余篇，其中以第1作者在IEEE Trans on Signal Processing，IEEE Signal Processing Letters等信号处理期刊上发表SCI检索论文13篇，发表EI检索论文50余篇，以第1发明人申请发明专利30项（以第1发明人授权专利12项）。出版学术专著2部，教材1本。作为项圈负责人获得过3项国家自然科学基金、1项教育部博士点基金、1项军工合作项目、1项天津市重点基金和1项天津大学B类青年基金资助，并参与1项国家重大仪器专项、1项973课题、4项国家自然科学基金项目和多

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 新信息时代对谱分析需求
1．1．1 谱分析问题概括
1．1．2 信号间断问题举例
1．2 截断问题的各种解决方案
1．3 全相位谱分析理论的发展历史概述
1．3．1 重叠数字滤波阶段
1．3．2 全相位谱分析的创立和完善
1．3．3 全相位谱分析理论的应用与全面发展
1．4 本书的主要内容
1．5 本书的主要特点
参考文献

第2章 全相位数据预处理
2．1 引言
2．2 三种全相位数据预处理
2．2．1 无窗全相位数据预处理
2．2．2 单窗全相位数据预处理
2．2．3 双窗全相位数据预处理
2．2．4 全相位预处理的统一表示及其卷积窗性质
2．3 确定信号的全相位数据预处理
2．3．1 DFT谱性能特征变化
2．3．2 自相关特性的变化
2．4 全相位数据预处理后的统计特性
2．4．1 统计特性衡量指标及其仿真测试
2．4．2 统计特性变化的理论证明
2．5 小结
参考文献

第3章 全相位FFT频谱分析
3．1 数字谱分析理论的发展历程
3．1．1 工程应用对谱分析的需求
3．1．2 数字谱分析发展的四个阶段
3．1．3 全相位FFT谱分析与工程应用需求
3．2 全相位FFT谱分析方法的衍生
3．2．1 传统DFT谱分析的缺陷及其原因
3．2．2 从传统FFT谱分析到全相位FFT的衍生
3．2．3 简化的全相位FFT谱分析流程
3．3 传统FFT谱分析和全相位FFT谱分析的数学公式
3．3．1 单频复指数信号的传统FFT分析
3．2 单频复指数信号的全相位FFT分析
3．3．3 单频复指数信号的FFT和全相位FFT的矩阵形式分析
3．3．4 单频复指数信号的FFT谱与全相位FFT谱对照
3．4 传统FFT与全相位FFT分析数据实测与矢量解释
3．4．1 数据实测分析
3．4．2 矢量分析
3．5 全相位FFT谱分析的基本性质
3．5．1 性质1
3．5．2 性质2
3．5．3 性质3
3．5．4 性质4
3．5．5 基本性质导出的噪声环境下全相位FFT与FFT的关系
3．6 全相位FFT谱分析两时延谱自适应调节机理
3．6．1 传统数据和全相位预处理后的数据的傅里叶变换表示
3．6．2 复指数信号的传统傅里叶谱及全相位傅里叶谱的内在机理
3．6．3 全相位FFT的两个子谱自适应调节机理
3．7 全相位FFT谱分析与平滑周期图谱分析的比较
3．7．1 全相位FFT谱分析与平滑周期图谱分析的区别
3．7．2 仿真实验比较
3．8 小结
参考文献

第4章 基于谱内插的全相位FFT频谱校正理论
4．1 现有谱校正方法及其主要问题
4．1．1 为什么要引入谱校正
4．1．2 谱校正器的误差来源
……

第5章 基于相位差的全相位频谱校正理论
第6章 全相位密集谱校正理论
第7章 全相位FFT测相理论及其衍生测相方法
第8章 双相位FFT谱分析方法
第9章 全相位DTFT谱分析方法
第10章 基于全相位谱分析的欠采样互素谱感知
第11章 全相位谱分析的应用举例

参考文献

前言/序言

　　近年来，随着以感知层为核心的物联网应用在通信、交通、电力、医疗、农业、安防、军用、海洋工程等各工程领域中的普遍展开，人类社会将逐渐进入以“信息物理融合”为基础的“第四次工业革命”时代。以物联网为技术牵引，衡量“工业4.0时代”是否成熟的一个重要标志就是“生产高度数字化”。在这个时代背景下，泛在分布的传感器采集到的数据必然呈现几何级数的增长，而传感器能否从海量数据中准确提取现场对象的内在信息（即实现“智能感知”），就成了一个非常关键的因素。这迫切需要在信号处理领域有一套较系统和完善的信号处理方法来实现该任务。
　　信号处理所做的其实就是两件事情：信号分解和信号重构。通俗地说，信号分解要解决的是“分析信号包含哪些成分”的问题；信号重构要解决的是“怎样提取出想要的信号成分”的问题。由此展开一系列具体应用，如信号分解衍生出了频谱分析、各种变换、压缩编码、稀疏表示、阵列参数估计等；与此对应，信号重构衍生出了数字滤波、各种反变换、信号解码、信号去噪、波束生成等。而从物联网应用来看，侧重的是“感知”目标对象的属性、特征以及环境状态，因而从信号处理角度来看，物联网应用更期望在信号分解理论上有所突破，特别是频谱分析理论。
　　从数字信号处理的观点来看，无论信号分解或重构，都是建立在离散数据处理上的。而任何数字信号处理算法只能在有限长数据中进行，这就实际上需要对信号作截断，而截断会使得信号处理（如数字滤波、谱分析、信号重构等）的性能下降，这是个普遍存在而不可忽视的问题，也是数字信号处理这门学科不容回避的问题。
　　本书提出用“全相位处理方法”去解决数据截断引起的信号处理性能下降的问题，其基本思路就是：考虑包含某样点的所有可能的数据截断情况并分别进行处理，再有机综合这些处理结果即得到最终的输出。在命名这种新处理方法时，曾考虑过用“重叠信号处理”或“全重叠信号处理”等词。侯正信教授提出的“全相位”这个词是非常恰当的，“全”是指整体，即综合考虑所有分段，“相位”是指局部，即某样点对应于输入和输出分段中所处的位置，因而“全相位”是个辩证统一的概念，既反映了以最大程度进行重叠处理的外在形式，又蕴含了其总体性能改善是源于对各子处理进行有机综合的内在实质。
　　若用全相位方法去处理因截断引起的谱分析性能下降问题，就衍生出了本书的全相位谱分析理论。截断问题的广泛存在性，注定赋予了全相位谱分析理论在工程中的广泛适用性。本书的全相位谱分析理论旨在解决谱分析领域的一系列难题，如相位估计、密集谱识别与估计、低频实信号的频率估计、欠采样下信号的频率估计、短样本频率估计等。
　　作者在2009年出版了专著《数字信号全相位谱分析与滤波技术》，该专著出版以来，学术界和工程界的同行们给予了较高的关注，并且专著所论述的学术方法在无线通信、仪器仪表设计、故障诊断、光学工程、雷达、水声、生物医学、生物信息学等各个工程领域中得到了广泛应用。有关全相位信号处理方法的理论及应用的论文如雨后春笋般出现（迄今为止，期刊论文数目达到600余篇，学位论文80余篇）。这些来自同行们的大量反馈对于本书的形成和完善起到了非常积极的推动作用。
　　2009年的专著更侧重于介绍全相位滤波，全相位谱分析仅少量内容。而近几年来，我们能感觉到，国内同行对谱分析领域的需求更加广泛，因而我们在全相位谱分析领域做了大量细化、深入和拓展性的新研究工作。本书把已被国内同行验证符合工程应用的全相位谱分析的新成果纳入其中，对大多数学术观点作了更有深度的重新阐述，因而本书相比于2009年的专著，内容丰富程度大幅度提高，覆盖面更广，这与国内同行们的支持是分不开的。另外，本书还弥补了2009年专著的一个缺陷，就是为几乎所有的学术内容配备了MATLAB程序代码（文件名与相应的图、表编号一致），这样更方便于读者加深对理论原理及应用的理解。期望通过以上改进，本书可以更有针对性、更深入地为同行研究提供支持。
　　本书获得国家自然科学基金面上项目（批准号：61271322）和国家自然科学基金重点项目（批准号：61434004）以及科技部863项目（批准号：2015AAOIA703）资助。三十余年来，国家自然科学基金委员会对我们在全相位信号处理的研究方向给予了持续支持，反映了国家对基础研究的高度重视。我们也真诚期望能将基础性研究成果回馈给国家和人民。
　　本书还得到了中国工程院毛二可院士、刘尚合院士的推荐和IEEEFellow、“长江学者”马建国教授的充分肯定以及科学出版社鲁永芳编辑的大力支持，天津大学青岛海洋工程研究院信息工程研究所提供了清静的写作环境，另外，研究生张博、黎鸣诗做了一些勘误工作，一并表示真诚感谢。
　　限于作者的水平，不妥之处在所难免，恳切希望读者给予批评指正。
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