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【书 名】 数字信号处理实验与工程案例
【书 号】 9787512157989
【出 版 社】 北京交通大学出版社
【作 者】 杨江天
【出版日期】 2026-06-01
【开 本】 16开
【定 价】 48.00元
【内容简介】
本书是学习数字信号处理相关课程的辅助教材，补充工程中常用但一般教材讲解不充分的内容。基于MATLAB信号分析实验，强化数字信号处理基本概念，并用工程案例说明数字信号处理的重要作用。本书分为4篇16章。第1篇包括第1、2章，主要介绍频谱校正。第2篇包括第3、4章，主要介绍非高斯信号处理方法——高阶谱。第3篇包括第5～10章：第5章相关函数，针对常用教材互相关内容相对薄弱的问题进行补强；第6章包络分析；第7章倒谱分析；第8章频谱细化，主要介绍Zoom-FFT与线性调频Z变换对比分析；第9章信号通过线性系统，通过激励?梁/薄板?响应，说明信号通过线性系统的特征；第10章参数化模型，主要介绍基于ARMA模型的功率谱估计和时间序列预测。第4篇包括第11～16章，主要介绍桥梁固有频率测量、铁路货车振动信号分析、机车车辆振动信号分析、转子振动信号分析、电机电流信号分析及柴油机噪声分析。本书适合作为学习数字信号处理的辅助教材或实验教材，也可以供相关领域技术人员，特别是从事机械故障诊断的研究人员参考。
【目录】
目 录
第1篇 频谱校正
第1章 频谱误差分析3
1.1 频谱分析3
1.2 频谱误差来源13
1.3 仿真信号分析16
第2章 提高频谱分析精度的方法19
2.1 整周期采样19
2.2 窗函数法20
2.3 平均法25
2.4 频谱校正26
第2篇 非高斯信号处理
第3章 高阶谱43
3.1 为什么需要高阶谱43
3.2 高阶谱的定义46
3.3 双谱的性质48
3.4 双谱的估计58
第4章 双谱的应用61
4.1 双谱的经典应用61
4.2 双谱的改进形式65
4.3 其他形式双谱69
第3篇 数字信号处理实验
第5章 相关函数73
5.1 自相关73
5.2 互相关78
5.3 频谱自相关82
第6章 包络分析84
6.1 包络的定义84
6.2 包络的实现85
6.3 仿真信号分析87
6.4 包络的应用——经验模态分解93
第7章 倒谱分析96
7.1 倒谱的定义96
7.2 倒谱的应用100
第8章 频谱细化105
8.1 频谱细化的定义105
8.2 频谱细化的方法106
8.3 仿真信号分析112
第9章 信号通过线性系统115
9.1 系统辨识115
9.2 振动系统118
第10章 参数化模型126
10.1 现代谱估计126
10.2 参数化模型预测130
第4篇 工程案例
第11章 桥梁固有频率测量143
11.1 功率谱估计143
11.2 工程应用——桥梁固有频率检测146
第12章 铁路货车振动信号分析148
12.1 铁路敞车动力学试验148
12.2 货车轮轨力分析150
第13章 机车车辆振动信号分析154
13.1 振动信号中的二次相位耦合154
13.2 调制信号双谱156
13.3 维谱159
第14章 转子振动信号分析162
14.1 实验分析162
14.2 工程应用164
第15章 电机电流信号分析166
15.1 电机电流信号的二次相位耦合166
15.2 诊断实例167
第16章 柴油机噪声分析171
16.1 工程背景171
16.2 Laplace小波172
16.3 工程应用174
参考文献178
【前言】
前 言
数字信号处理原本是电子信息专业的主干课程，目前已经成为机械工程、电气工程、自动化、交通运输、力学、生物医学等专业的共同基础课程。
从事数字信号处理教学的教师和学习该课程的学生都有一个共同的体会，那就是数字信号处理的理论性特别强，内容又特别多。翻开一本教材，几乎满篇都是数学公式和数学符号，这使得初学者有畏难的感觉。国内外已经有很多高水平教材，内容丰富，讲解清楚，给出大量的例子来讨论理论问题，并引入MATLAB 来解决理论和算法的实现问题。同时，也有很多数字信号处理实验类教材出版，针对数字信号处理课程中的主要知识，设置了相应的仿真信号分析实验，替代了大量的例题。实践证明，借助仿真实验，能加深对概念的理解，在教学中发挥积极作用。
考虑到大部分人学习数字信号处理的目的并不是研究数字信号处理理论，而是为了工程应用。目前常用的教材有一些不足——内容几乎都是基于MATLAB的仿真实验，与工程应用结合较少，其实践性和实用性有限。
为了加强数字信号处理实验教学，促进学生通过应用来加速理解和记忆，作者编写了这本《数字信号处理实验与工程案例》。本书的主要特点如下：
（1）适合作为学习数字信号处理的辅助教材。本书系统讲解了频谱校正、高阶谱分析这些现有教材较少涉及的内容，以及工程中大量使用，但是现有教材讲解不够充分的几种信号处理方法，具体包括相关函数、包络分析、倒谱分析、选带分析等。
（2）突出实验教学。大部分人学习数字信号处理的目的是应用，而不是研究数字信号处理理论。因此，本书避开了公式推导，而突出通过仿真信号分析来讲解数字信号处理的作用。
（3）结合工程案例教学。数字信号处理的研究对象已经从电信号、通信信号，逐步扩展到振动、应力应变、人体生理信号、电力、经济指标等几乎所有的时间序列。本书给出了将数字信号处理用于振动/声信号分析的工程应用案例。
本书分为4篇16章，主要内容如下：
第1篇频谱校正，通过仿真信号分析说明频谱分析误差来源和主要校正方法，用真实信号分析说明频谱分析的重要作用。
第2篇非高斯信号处理，通过仿真信号讲解非高斯信号处理及其主要数学工具——双谱。
第3篇数字信号处理实验，通过仿真实验讲解工程中大量使用，但是现有教材讲解不够充分的几种信号处理方法，包括相关函数、包络分析、倒谱分析、频谱细化、信号通过线性系统、参数化模型等内容。
第4篇工程案例，将数字信号处理用于工程振动/声/电机电流信号分析，通过铁路桥梁健康监测和铁道车辆故障诊断的工程实例，说明数字信号处理的重要作用。
本书由北京交通大学杨江天主编，佛山大学蒋玲莉、李学军编著。研究生许长江、闫辉、张家兴为本书的录入、绘图、程序编写及材料收集做了大量的工作，在此向他们表示由衷感谢。
由于编者水平有限且时间仓促，同时数字信号处理技术飞速发展，书中错误和不妥之处在所难免，恳请读者给予批评指正。作者联系邮箱：jtyang@bjtu.edu.cn。
作 者
2026年1月
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