MATLAB信号处理（第2版）"
本书以MATLAB R2020a为平台，面向初中级读者，由浅入深地讲解MATLAB在信号处理中的应用知识。本书按逻辑编排，自始至终采用实例描述，内容完整且每章相对独立，是一本全面讲解MATLAB信号处理的工具书。
全书分为3个部分共15章。第1部分介绍MATLAB的基础知识，涵盖MATLAB基本语法概念、程序设计方法、图形绘制技巧等；第2部分介绍数字信号处理基本理论及其MATLAB实现，涵盖信号处理基础、信号变换、IIR滤波器的设计、FIR滤波器设计、其他滤波器、小波在信号处理中的应用等；第3部分为基于MATLAB信号处理的具体应用，涵盖的内容有基于MATLAB的语音信号处理、通信信号处理、雷达信号处理以及信号处理的工具应用等内容。
本书以实用为目标，深入浅出，实例引导，讲解翔实，适合作为理工科高等院校本科生、研究生教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的参考书。
数字信号处理是随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科，它的重要性
在各个领域的应用中日益增加。简言之，数字信号处理是把信号转换成用数字或符号表示的序列，通过计
算机或信号处理设备，用数字的数值计算方法处理，以达到提取有用信息便于实际应用的目的。
MATLAB 是一个功能强大的数学软件，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级
技术计算语言和交互式环境，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一
种全面的解决方案。
目前，MATLAB 已成为图像处理、信号处理、通信原理、自动控制等专业的重要基础课程的首选实验
平台，而对于学生而言最有效的学习途径是结合某一专业课程的学习掌握该软件的使用与编程。
1．本书特点
由浅入深，循序渐进：本书以初中级读者为对象，内容安排上考虑 MATLAB 进行仿真和运算分析时的
基础知识和实践操作，从基础开始，由浅入深地帮助读者掌握 MATLAB 的分析方法。
步骤详尽，内容新颖：本书结合作者多年 MATLAB 使用经验及实际应用案例，将 MATLAB 软件的使
用方法与技巧详细地讲解给读者，使读者在阅读时能够快速掌握书中所讲内容。
实例典型，轻松易学：学习实际工程应用案例的具体操作是掌握 MATLAB 最好的方式。本书通过综合
应用案例，透彻翔实地讲解了 MATLAB 在各领域的应用。
2．本书内容
本书以初中级读者为对象，结合多年 MATLAB 使用经验与实际工程应用案例，将 MATLAB 的使用方
法与技巧详细地讲解给读者。本书在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，讲解过程辅以相应的图示，使读者
在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。
本书就数字信号处理的基本理论、算法及 MATLAB 实现进行系统地论述。全书共分为 3 部分共 15 章，
具体内容安排如下：
第一部分为 MATLAB 基础知识，介绍 MATLAB 的基本语法概念、程序设计方法、图形绘制技巧等内
容，让读者对 MATLAB 有一个概要性的认识。各章安排如下：
第1章 初识MATLAB 第2章 MATLAB基础
第 3 章 程序设计 第4章 图形绘制
第二部分为信号处理理论，介绍数字信号处理基本理论和方法及其 MATLAB 实现，向读者展示了
MATLAB 在处理数字信号方面的应用方法及技巧。各章安排如下：
第 5 章 信号处理基础 第6 章 信号变换
第 7 章 IIR 滤波器设计 第8 章 FIR 滤波器设计
第 9 章 其他滤波器 第10 章 随机信号处理
第11章 小波信号分析
第三部分为信号处理实践，介绍 MATLAB 在语音信号处理、通信信号处理、雷达信号处理中的应用，
6 MATLAB 信号处理（第 2 版）
让读者进一步领略 MATLAB 的强大功能和广泛的应用范围。本部分还介绍了 MATLAB 中的信号处理工具。
各章安排如下：
第12章 语音信号处理 第13章 通信信号处理
第14章 雷达信号处理 第15章 信号处理工具
3．读者对象
本书适合于 MATLAB 初学者和期望提高应用 MATLAB 进行信号处理能力的读者，具体说明如下：
初学 MATLAB 的技术人员 广大从事信号处理的科研工作人员
大中专院校的教师和在校生 相关培训机构的教师和学员
参加工作实习的“菜鸟” MATLAB 爱好者
4．读者服务
读者可以通过“算法仿真”微信公众号与作者联系，沟通图书使用方法，获取更多相关学习资源。公
众号会不定期分享各类 MATLAB 知识，帮助读者学习。
5．本书作者
本书由沈再阳编著，虽然作者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中有欠
妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。最后希望本书能为读者的学
习和工作提供帮助！
编 者
第一部分 MATLAB 基础知识
第 1 章 初识 MATLAB.. 3
1.1 工作环境.. 3
1.1.1 操作界面简介 .. 3
1.1.2 命令行窗口 4
1.1.3 命令历史记录窗口. 6
1.1.4 当前文件夹窗口和路径管理 . 8
1.1.5 搜索路径 8
1.1.6 工作区窗口和数组编辑器 10
1.1.7 变量的编辑命令 .. 11
1.1.8 存取数据文件 12
1.2 帮助系统 13
1.2.1 纯文本帮助. 13
1.2.2 帮助导航 . 13
1.2.3 示例帮助 . 14
1.3 本章小结 14
第 2 章 MATLAB基础 15
2.1 基本概念 15
2.1.1 数据类型概述 15
2.1.2 整数类型 . 16
2.1.3 浮点数类型. 18
2.1.4 常量与变量. 19
2.1.5 标量、向量、矩阵与数组 20
2.1.6 字符型数据. 21
2.1.7 运算符.. 22
2.1.8 复数 24
2.1.9 无穷量和非数值量.. 25
2.2 向量. 25
2.2.1 向量的生成. 26
2.2.2 向量的加减和数乘运算 27
2.2.3 向量的点积和叉积运算 28
14 MATLAB 信号处理（第 2 版）
2.3 数组. 30
2.3.1 数组的创建和操作.. 30
2.3.2 数组的常见运算 .. 33
2.4 矩阵. 37
2.4.1 矩阵生成 . 37
2.4.2 向量的生成. 40
2.4.3 矩阵加减运算 41
2.4.4 矩阵乘法运算 42
2.4.5 矩阵的除法运算 .. 43
2.4.6 矩阵的分解运算 .. 43
2.5 字符串 44
2.5.1 字符串变量与一维字符数组 .. 44
2.5.2 对字符串的多项操作 . 45
2.5.3 二维字符数组 46
2.6 符号. 48
2.6.1 符号表达式的生成.. 48
2.6.2 符号矩阵 . 48
2.6.3 常用符号运算 49
2.7 关系运算和逻辑运算 .. 50
2.7.1 关系运算 . 50
2.7.2 逻辑运算 . 51
2.7.3 常用函数 . 53
2.8 复数. 54
2.8.1 复数和复矩阵的生成 . 55
2.8.2 复数的运算. 56
2.9 数据类型间的转换 56
2.10 本章小结. 58
第 3 章 程序设计.. 59
3.1 MATLAB 编程概述 59
3.1.1 编辑器窗口. 59
3.1.2 编程原则 . 61
3.2 M 文件和函数 . 62
3.2.1 M 文件.. 62
3.2.2 匿名函数 . 64
3.2.3 主函数与子函数 .. 65
3.2.4 重载函数 . 66
3.2.5 eval、feval 函数 66
3.2.6 内联函数 . 68
3.2.7 向量化和预分配 .. 70
目 录 15
3.2.8 函数参数传递 71
3.3 程序控制 73
3.3.1 分支控制语句 74
3.3.2 循环控制语句 75
3.3.3 其他控制语句 78
3.4 程序调试和优化. 82
3.4.1 程序调试命令 82
3.4.2 常见错误类型 83
3.4.3 效率优化 . 86
3.4.4 内存优化 . 87
3.5 本章小结 88
第 4 章 图形绘制.. 89
4.1 数据图像绘制简介 89
4.1.1 离散数据可视化 .. 89
4.1.2 连续函数可视化 .. 91
4.2 二维绘图 93
4.2.1 二维图形绘制 93
4.2.2 二维图形的修饰 .. 95
4.2.3 子图绘制法101
4.2.4 二维绘图的经典应用 103
4.3 三维绘图..107
4.3.1 三维绘图函数 ..107
4.3.2 隐藏线的显示和关闭 110
4.3.3 三维绘图的实际应用 111
4.4 特殊图形绘制 112
4.4.1 绘制特殊二维图形.112
4.4.2 绘制特殊三维图形.113
4.5 本章小结..116
第二部分 信号处理理论
第 5 章 信号处理基础.. 119
5.1 离散时间信号的概念 .119
5.1.1 序列的定义119
5.1.2 采样定理 120
5.2 典型离散时间序列 ..122
5.2.1 单位冲激序列 ..122
5.2.2 单位阶跃序列 ..123
5.2.3 矩形序列 124
16 MATLAB 信号处理（第 2 版）
5.2.4 正弦序列 125
5.2.5 实指数序列126
5.2.6 复指数序列127
5.2.7 周期序列 128
5.3 信号基本运算 128
5.3.1 序列相加与相乘 .128
5.3.2 序列值累加与乘积.130
5.3.3 序列翻转与移位 .130
5.3.4 连续信号的尺度变换 132
5.3.5 连续信号的奇偶分解 133
5.3.6 信号的积分和微分.134
5.3.7 卷积运算 136
5.4 信号波形的产生136
5.4.1 随机信号函数 ..136
5.4.2 方波函数 137
5.4.3 非周期方波函数 .137
5.4.4 三角波函数138
5.4.5 非周期三角波函数.139
5.4.6 sinc 函数.140
5.4.7 diric 函数 140
5.4.8 高斯调制正弦脉冲信号函数 .141
5.4.9 冲激串函数142
5.4.10 线性调频函数 143
5.4.11 高斯单脉冲函数145
5.5 线性连续时间系统的时域分析..146
5.5.1 零状态与零输入的求解分析 .146
5.5.2 数值求解 147
5.5.3 冲激响应和阶跃响应分析..148
5.5.4 卷积求解 150
5.6 离散时间系统 151
5.6.1 离散时间系统概述.151
5.6.2 离散时间系统响应.152
5.6.3 离散时间系统的冲激响应和阶跃响应..153
5.6.4 离散时间信号的卷积和运算 .154
5.6.5 离散时间系统模型.156
5.6.6 离散系统模型变换.157
5.7 本章小结..166
第 6 章 信号变换 167
6.1 Z 变换概述..167
目 录 17
6.1.1 Z 变换的定义167
6.1.2 Z 变换的收敛域 ..168
6.1.3 Z 逆变换 .169
6.1.4 Z 变换的性质171
6.2 离散系统中的 Z 域描述.174
6.2.1 离散系统函数频域分析 ..175
6.2.2 离散系统函数零点分析 ..177
6.2.3 离散系统差分函数求解 ..179
6.3 傅里叶变换概述182
6.3.1 傅里叶级数和傅里叶变换..182
6.3.2 周期序列的离散傅里叶级数 .183
6.3.3 离散傅里叶变换 .183
6.3.4 离散傅里叶变换的性质 ..186
6.4 频率域采样 .187
6.4.1 频率响应的混叠失真 187
6.4.2 频谱泄漏 188
6.4.3 栅栏效应 188
6.4.4 频率分辨率188
6.5 快速傅里叶变换190
6.5.1 直接计算 DFT的问题及改进途径..190
6.5.2 基 2 时分的 FFT算法191
6.5.3 基 2 频分的 FFT算法192
6.5.4 快速傅里叶变换函数 193
6.6 离散余弦变换 199
6.6.1 一维离散余弦变换.199
6.6.2 二维离散余弦变换.199
6.6.3 离散余弦变换函数.200
6.7 Chirp Z 变换 201
6.8 本章小结..204
第 7 章 IIR 滤波器设计 205
7.1 数字滤波器概述205
7.1.1 滤波器的原理 ..205
7.1.2 滤波器的分类 ..206
7.1.3 数字滤波器表达方式 207
7.1.4 滤波函数 207
7.2 IIR 滤波器结构 .212
7.2.1 直接型.212
7.2.2 级联型.215
7.2.3 并联型.220
18 MATLAB 信号处理（第 2 版）
7.3 模拟滤波器原型设计 .225
7.3.1 巴特沃斯滤波器 .226
7.3.2 切比雪夫Ⅰ型滤波器 234
7.3.3 切比雪夫 II 型滤波器 ..238
7.3.4 椭圆滤波器243
7.4 模拟滤波器频率变换 .246
7.4.1 低通到低通246
7.4.2 低通到高通249
7.4.3 低通到带通251
7.4.4 低通到带阻253
7.5 IIR 滤波器的频率变换 ..255
7.5.1 频率移位变换 ..255
7.5.2 实低通到实低通 .258
7.5.3 实低通到实高通 .259
7.5.4 低通到带通260
7.5.5 低通到带阻262
7.5.6 低通到多带265
7.5.7 低通到多点268
7.5.8 复带通到复带通 .271
7.6 模拟滤波器的离散化 .272
7.6.1 冲激响应不变法 .272
7.6.2 双线性变换法 ..276
7.7 频率响应函数 282
7.8 本章小结..285
第 8 章 FIR滤波器设计 . 286
8.1 FIR 滤波器的结构286
8.1.1 直接型结构286
8.1.2 级联型结构287
8.1.3 频率采样型结构 .288
8.1.4 快速卷积型结构 .293
8.2 线性相位 FIR 滤波器的特性 ..293
8.2.1 相位条件 293
8.2.2 线性相位 FIR 滤波器频率响应的特点 .294
8.2.3 线性相位 FIR 滤波器的零点特性302
8.3 窗函数法设计 FIR 滤波器 304
8.3.1 窗函数的基本原理.304
8.3.2 矩形窗.305
8.3.3 三角窗.307
8.3.4 汉宁窗.308
目 录 19
8.3.5 海明窗.310
8.3.6 布莱克曼窗313
8.3.7 巴特窗.315
8.3.8 凯塞窗.317
8.3.9 窗函数设计法 ..318
8.3.10 滤波器设计函数320
8.4 频率采样的 FIR 滤波器设计 ..327
8.4.1 设计方法 327
8.4.2 误差设计 328
8.5 FIR 滤波器的最优设计..331
8.5.1 均方误差最小化准则 331
8.5.2 最大误差最小化准则 331
8.5.3 切比雪夫最佳一致逼近 ..331
8.5.4 约束最小二乘法 .334
8.6 FIR 滤波器设计函数 ..335
8.6.1 firpm 函数 ..335
8.6.2 firpmord 函数 336
8.6.3 cfirpm 函数 337
8.6.4 firls 函数 .339
8.6.5 fircls 函数 ..340
8.6.6 fircls1 函数.341
8.6.7 sgolay 函数.342
8.7 本章小结..343
第 9 章 其他滤波器 .. 344
9.1 维纳滤波器 .344
9.1.1 理论基础 344
9.1.2 MATLAB 实现..345
9.2 卡尔曼滤波器 348
9.2.1 理论基础 348
9.2.2 MATLAB 实现..349
9.3 自适应滤波器 350
9.3.1 理论基础 351
9.3.2 MATLAB 实现..351
9.4 格型滤波器 .353
9.4.1 全零点格型滤波器.354
9.4.2 全极点格型滤波器.356
9.4.3 零极点的格型结构.356
9.5 线性预测滤波器358
9.5.1 AR 模型..358
20 MATLAB 信号处理（第 2 版）
9.5.2 MA 模型 .363
9.5.3 ARMA 模型365
9.6 本章小结..368
第 10 章 随机信号处理 369
10.1 随机信号处理基础 369
10.1.1 时域统计描述.369
10.1.2 平稳随机序列及其数字特征371
10.1.3 平稳随机序列的功率谱 .372
10.1.4 随机信号处理函数 ..373
10.2 非参数估计法..378
10.2.1 周期图法 ..378
10.2.2 修正周期图法.380
10.2.3 Welch 法382
10.2.4 多窗法386
10.2.5 基于经典谱估计的系统辨识388
10.3 参数估计法 ..391
10.3.1 Yule-Walker 法..391
10.3.2 Burg 法 ..393
10.3.3 协方差和修正协方差法 .396
10.4 子空间法397
10.5 本章小结399
第 11 章 小波信号分析 400
11.1 小波分析概述..400
11.1.1 小波变换与傅里叶变换的比较 ..400
11.1.2 多分辨分析 .402
11.1.3 小波变换 ..403
11.1.4 小波包分析 .406
11.1.5 几种常用的小波 407
11.2 信号的重构 ..409
11.2.1 idwt 函数 ..409
11.2.2 wavedec 函数 ..410
11.2.3 upcoef 函数..411
11.2.4 upwlev 函数 .412
11.2.5 wrcoef 函数 ..413
11.2.6 wprec 函数414
11.2.7 wprcoef 函数 ..414
11.3 提升小波变换用于信号处理.415
11.4 信号去噪422
11.4.1 信号阈值去噪.422
目 录 21
11.4.2 常用的去噪函数 423
11.5 小波变换在信号处理中的应用 427
11.5.1 分离信号的不同成分..428
11.5.2 识别信号的频率区间与发展趋势..431
11.5.3 图像信号的局部压缩..432
11.5.4 数字水印应用.434
11.6 本章小结436
第三部分 信号处理实践
第 12 章 语音信号处理 439
12.1 语音信号产生的过程439
12.2 语音信号产生的数学模型 .440
12.2.1 激励模型 ..440
12.2.2 声道模型 ..441
12.2.3 辐射模型 ..442
12.2.4 数字化和预处理 442
12.3 语音信号分析和滤波处理 .445
12.3.1 语音信号的采集 445
12.3.2 语音信号的读入与打开 .445
12.3.3 语音信号分析.446
12.3.4 含噪语音信号的合成..447
12.3.5 滤波器的设计.449
12.4 语音信号处理中的小波变换.456
12.4.1 语音信号增强.457
12.4.2 语音信号压缩.458
12.5 本章小结459
第 13 章 通信信号处理 460
13.1 幅度调制460
13.1.1 DSB-AM 调制.460
13.1.2 普通 AM 调制 .461
13.1.3 SSB-AM 调制 .462
13.1.4 残留边带幅度调制 ..464
13.2 角度调制464
13.3 数字调制466
13.3.1 FSK 调制 ..466
13.3.2 PSK 调制 ..467
13.3.3 QAM 调制.468
13.4 自适应均衡 ..470
22 MATLAB 信号处理（第 2 版）
13.4.1 递推最小二乘算法 ..470
13.4.2 盲均衡算法 .472
13.5 本章小结475
第 14 章 雷达信号处理 476
14.1 雷达基本原理概述 476
14.2 雷达的用途 ..476
14.2.1 双/多基地雷达477
14.2.2 相控阵雷达 .477
14.2.3 宽带/超宽带雷达 ..477
14.2.4 合成孔径雷达.477
14.2.5 毫米波雷达 .478
14.2.6 激光雷达 ..478
14.3 线性调频脉冲压缩雷达仿真.478
14.3.1 匹配滤波器 .478
14.3.2 线性调频信号.479
14.3.3 相位编码信号.481
14.3.4 噪声和杂波的产生 ..482
14.3.5 杂波建模 ..485
14.4 动目标的显示与检测489
14.5 本章小结494
第 15 章 信号处理工具 495
15.1 SPTool工具 ..495
15.1.1 主窗口495
15.1.2 导入数据 ..496
15.1.3 信号浏览器 .497
15.1.4 滤波浏览器 .497
15.1.5 频谱浏览器 .499
15.2 滤波器设计器..499
15.2.1 IIR 滤波器的设计 .501
15.2.2 FIR 滤波器的设计 502
15.3 信号分析工具..503
15.3.1 选择要分析的信号 ..503
15.3.2 预处理信号 .504
15.3.3 探查信号 ..504
15.4 本章小结506
参考文献 .. 507
配套资源
微课视频 提供讲解MATLAB基础应用的微课视频，帮助读者快速入门。
程序代码 提供书中实例的程序代码，这些代码均已通过调试，帮助读者快速动手实践。
课件素材 提供大部分章节的课件素材，便于普通高校教师作为授课的讲义素材。
测试题库 提供MATLAB数学建模、科学计算方面的练习题库，便于读者巩固知识。
算法代码 提供MATLAB算法的程序代码，帮助读者深入掌握MATLAB数学建模知识。
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沈再阳 毕业于清华大学，研究生学历，就职于核工业集团公司。精通MATLAB/Simulink系统仿真软件，熟练应用MATLAB进行图像处理、信号处理等。在国内外期刊发表论文多篇，申请并获得授权专利多项，参与的项目获得省部级、集团三等奖等奖项。
