数字滤波器原理及应用

译 者 序 随着计算机技术和信息科学的飞速发展，数字信号处理技术受到各领域越来越多的关注，已经逐渐发展成为一门独立的学科并成为信息科学的重要组成部分。在数字信号处理中，数字滤波技术占有重要的地位，几乎出现在所有的数字信号处理系统中。相比较模拟滤波器，数字滤波器具有稳定、无漂移、精度高、参数容易控制等优势，决定了数字滤波器的应用越来越广泛。而MATLAB作为一种功能强大的数据分析和工程计算高级语言，在工业、电子、信号处理、医学、建筑以及航空等领域有着广泛的应用，其丰富的数字滤波器设计软件包，能有效、便捷地完成各种数字滤波器的设计、改进和验证。 FRED J. Taylor是Athena集团董事会主席和共同创始人，现为佛罗里达大学电气工程和计算机与信息科学系教授，同时也是政府机构、工业领域、高等教育以及国家研究理事会委员会的顾问。Taylor教授长年从事数字信号处理，尤其是数字滤波器设计的相关研究工作，正如作者在序言中写到“我有幸目睹并经历了数字滤波器的一系列演变。”基于长期从事数字信号处理尤其是数字滤波器设计的深厚基础和研究成果，Taylor教授撰写出版了《数字滤波器：原理和应用(借助MATLAB)》，该书重点讲述了有限冲激响应滤波器（FIR）、无限冲激响应滤波器（IIR）和多采样率系统等主流数字滤波器的设计及分析方法。除介绍数字滤波器的新近相关技术外，还选取了丰富的素材，所提出的范例和设计思想适用于许多应用领域。采用MATLAB作为工具的大量实例，增加了可读性，使读者更容易理解和借鉴。本书的出版，将对数字滤波器分析和设计领域提供重要的学术理论和工程应用机制，为相关院校和科研院所开展相关技术研究，促使学生跟踪国际前沿提供有益的参考。鉴于数字滤波器在各研究和应用领域的巨大需求，以及作者在数字滤波技术领域的深厚积累，我们组织翻译了《数字滤波器：原理和应用(借助MATLAB)》。该书的翻译和审订由哈尔滨工程大学程建华副教授负责。前言、第1章至第6章由海军装备研究院袁书明高工翻译；第7章至第19章，术语表和中英文对照由哈尔滨工程工程大学程建华副教授翻译。在翻译和出版中，哈尔滨工程大学郝燕玲教授和赵琳教授对译著书稿进行了认真、细致的审阅，并提出了许多宝贵的意见和建议，特此表示感谢。感谢国防工业出版社曲岩编辑对著作引进和出版提供的帮助。

第1章数字信号处理引言

1.1引言

1.2数字信号处理起源

1.3信号域

1.4信号分类

1.5DSP：一个学科

第2章采样原理

2.1引言

2.2香农采样原理

2.3信号重构

2.4香农插值

2.5采样方法

2.6多通道采样

2.7MATLAB 音频选项

第3章混叠

3.1引言

3.2混叠

3.3圆判据

3.4IF采样

第4章数据转换和量化

4.1域的转换

4.2ADC分类

4.3ADC增强技术

4.4DSP数据表示方法

4.5量化误差

4.6MAC单元

4.7MATLAB支持工具

第5章z变换

5.1引言

5.2z变换

5.3原始信号

5.4线性系统的z变换

5.5z变换特性

5.6MATLAB z变换设计工具

5.7系统稳定性

5.8逆z变换

5.9赫维赛德展开法

5.10逆z变换MATLAB设计工具

第6章有限冲激响应滤波器

6.1引言

6.2FIR滤波器

6.3理想低通FIR滤波器

6.4FIR滤波器设计

6.5稳定性

6.6线性相位

6.7群延迟

6.8FIR滤波器零点位置

6.9零相位FIR滤波器

6.10最小相位滤波器

第7章窗函数设计法

7.1有限冲激响应综述

7.2基于窗函数的FIR滤波器设计

7.3确定性设计

7.4数据窗

7.5基于MATLAB窗函数的FIR滤波器设计

7.6Kaiser窗函数

7.7截尾型傅里叶变换设计方法

7.8频率采样设计法

第8章最小均方设计方法

8.1有限冲激响应综述

8.2最小二乘法

8.3最小二乘FIR滤波器设计

8.4MATLAB最小均方设计

8.5MATLAB设计对比

8.6PRONY方法

第9章等波纹设计方法

9.1等波纹准则

9.2雷米兹交换算法

9.3加权等波纹FIR滤波器设计

9.4希尔伯特等波纹FIR滤波器

9.5等波纹滤波器阶次估计

9.6MATLAB等波纹FIR滤波器实现

9.7LP FIR滤波器设计

9.8基于Lp范数的MATLAB滤波器设计

第10章FIR滤波器特例

10.1引言

10.2滑动平均FIR滤波器

10.3梳状FIR滤波器

10.4L波段FIR滤波器

10.5镜像FIR滤波器

10.6补码FIR滤波器

10.7频率抽样滤波器组

10.8卷积平滑FIR滤波器

10.9非线性相位FIR滤波器

10.10Farrow FIR滤波器

第11章FIR的实现

11.1概述

11.2直接型FIR滤波器

11.3转置结构

11.4对称FIR滤波器结构

11.5格型FIR滤波器结构

11.6分布式算法

11.7正则符号数

11.8简化加法器图

11.9FIR有限字长效应

11.10计算误差

11.11缩放

11.12多重MAC结构

第12章经典滤波器设计

12.1引言

12.2经典模拟滤波器

12.3模拟原型滤波器

12.4巴特沃斯原型滤波器

12.5切比雪夫原型滤波器

12.6椭圆原型滤波器

12.7原型滤波器到最终形式的转换

12.8其他IIR滤波器形式

12.9PRONY（PADE）法

12.10尤尔—沃尔

第13章无限冲激响应滤波器设计

13.1引言

13.2冲激响应不变法

13.3冲激响应不变滤波器设计

13.4双线性z变换法

13.5翘曲

13.6MATLAB IIR滤波器设计

13.7冲激响应不变与双线性z变换IIR对比

13.8最优化

第14章状态变量滤波器模型

14.1状态空间系统

14.2状态变量

14.3模拟仿真

14.4MATLAB仿真

14.5状态变量模型

14.6基变换

14.7MATLAB 状态空间

14.8转置系统

14.9MATLAB状态空间算法结构

第15章数字滤波器结构

15.1滤波器结构

15.2直Ⅰ、Ⅱ型结构

15.3直Ⅰ、Ⅱ型IIR滤波器的MATLAB相关函数

15.4直Ⅰ、Ⅱ型结构的MATLAB实现

15.5级联型结构

15.6一阶、二阶子滤波器

15.7一阶、二阶子滤波器的MATLAB实现

15.8并联型结构

15.9级联/并联型结构的MATLAB实现

15.10梯型/格型IIR滤波器

第16章定点效应

16.1背景

16.2定点系统

16.3溢出（饱和）效应

16.4算法误差

16.5系数敏感度

16.6二阶子滤波器

16.7标准IIR滤波器

16.8缩放

16.9极限环振荡

第17章IIR结构分析

17.1溢出防范

17.2Lp范数界

17.3L2溢出预防

17.4L2范数测定

17.5L2范数的附加说明

17.6L∞范数界

17.7L1范数界

17.8噪声功率增益

17.9基于状态空间的噪声分析

17.10相似变换

第18章多采样率系统简介

18.1背景

18.2抽取

18.3插值

18.4采样率转换

18.5多相表示法

18.6子带滤波器

18.7MATLAB

第19章多采样率滤波器

19.1引言

19.2离散傅里叶变换（DFI）滤波器组

19.3L波段滤波器

19.4正交镜像滤波器

19.5多相表达式

19.6掩频滤波器

19.7级联积分梳状滤波器（CIC）

附录一MATLAB

附录二词汇表

附录三中英文对照

参考文献