Matlab 在电信工程中的应用 (2008 年度畅销榜NO.45550 )

本书主要介绍Matlab在电信工程中的应用技术，全书共分10章，内容涉及Matlab在电信工程中应用的基本方法和数学基础；应用Matlab进行DSP信号分析、FIR滤波器设计和IIR滤波器设计；应用Matlab进行神经网络分析和设计的方法；应用Matlab进行控制系统建模、分析、频域设计和时域设计的各种方法以及Simulink的应用等方面。这些内容基本上涵盖了Matlab在电信工程中应用的各个方面，也反映了近年来电子仿真发展的主要趋势。书中提供了大量电子仿真工程实例，可以帮助用户迅速进入电子仿真应用领域。\r\n\r\n 本书可作为工程技术人员的参考资料，也可作为各类高等学校本科高年级学生或研究生“电信工程分析与设计”课程的教材。\r\n
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前言 \r\n\r\n 第一章 Matlab应用基础 1 \r\n\r\n 1.1 Matlab的语言特点 1 \r\n\r\n 1.1.1 编程简单使用方便 1 \r\n\r\n 1.1.2 函数库可任意扩充 2 \r\n\r\n 1.1.3 语言简单内涵丰富 2 \r\n\r\n 1.1.4 简便的绘图功能 3 \r\n\r\n 1.2 Matlab的基本操作方法 4 \r\n\r\n 1.2.1 Matlab的语言结构和编程方法 4 \r\n\r\n 1.2.2 Matlab的主要语法和操作符 6 \r\n\r\n 1.3 构造Matlab函数 14 \r\n\r\n 1.4 Matlab的三维图形绘制方法 22 \r\n\r\n 1.4.1 三维图形的基本绘制方法 22 \r\n\r\n 1.4.2 常用三维图形的绘制方法 25 \r\n\r\n 1.4.3 常用三维绘图函数小结 36 \r\n\r\n 1.5 常用数据分析方法 38 \r\n\r\n 1.5.1 数据分析的基本方法 38 \r\n\r\n 1.5.2 数据分析函数 45 \r\n\r\n 1.6 Matlab的网络资源 46 \r\n\r\n 1.6.1 USENET新闻组 46 \r\n\r\n 1.6.2 FTP资源 46 \r\n\r\n 1.6.3 全球广域网WWW 50 \r\n\r\n 1.6.4 Matlab的自动电子邮件自动应答系统 51 \r\n\r\n 1.6.5 MathWorks Matlab文摘 52 \r\n\r\n 1.6.6 Matlab通报 52 \r\n\r\n 1.6.7 MathWorks电子邮件及网络地址 52 \r\n\r\n 第二章 电信工程中的常用数学方法 54 \r\n\r\n 2.1 矩阵的基本操作 54 \r\n\r\n 2.1.1 特殊矩阵的生成 54 \r\n\r\n 2.1.2 矩阵特征参数的提取 57 \r\n\r\n 2.1.3 矩阵的分解 63 \r\n\r\n 2.1.4 矩阵的非线性运算 70 \r\n\r\n 2.2 矩阵特征值与特征向量 74 \r\n\r\n 2.2.1 矩阵特征值与特征向量的计算 74 \r\n\r\n 2.2.2 计算矩阵主特征值与主特征向量的幂法 76 \r\n\r\n 2.2.3 广义矩阵特征值与特征向量 83 \r\n\r\n 2.3 线性方程求解 84 \r\n\r\n 2.3.1 矩阵求逆与解析法线性方程求解 85 \r\n\r\n 2.3.2 大型线性方程组求解的迭代法 87 \r\n\r\n 2.4 曲线拟合与插值 108 \r\n\r\n 2.4.1 曲线拟合 109 \r\n\r\n 2.4.2 一维插值 111 \r\n\r\n 2.4.3 二维插值 115 \r\n\r\n 2.5 非线性方程求解 117 \r\n\r\n 2.5.1 非线性方程的简单解法 117 \r\n\r\n 2.5.2 非线性方程的一般解法 118 \r\n\r\n 2.6 常用数学方法举例 132 \r\n\r\n 2.6.1 解线性方程组的全主元三角分解法 132 \r\n\r\n 2.6.2 离散数据多项式拟合的正交化方法 135 \r\n\r\n 2.6.3 求矩阵特征值的基本QR方法 139 \r\n\r\n 第三章 数字信号处理基础 144 \r\n\r\n 3.1 离散时间信号与系统 144 \r\n\r\n 3.1.1 离散时间信号 144 \r\n\r\n 3.1.2 离散系统的卷积和相关 149 \r\n\r\n 3.1.3 离散系统的差分方程 155 \r\n\r\n 3.2 离散时间傅立叶变换 157 \r\n\r\n 3.2.1 离散时间傅立叶变换定义与计算 157 \r\n\r\n 3.2.2 离散时间傅立叶变换的特性 161 \r\n\r\n 3.3 离散傅立叶变换 167 \r\n\r\n 3.3.1 离散傅立叶级数 167 \r\n\r\n 3.3.2 离散傅立叶变换 170 \r\n\r\n 3.3.3 离散傅立叶变换的性质 178 \r\n\r\n 第四章 数字滤波器的设计 197 \r\n\r\n 4.1 数字滤波器的结构 197 \r\n\r\n 4.1.1 基本元件 197 \r\n\r\n 4.1.2 IIR滤波器的结构 198 \r\n\r\n 4.1.3 FIR滤波器的结构 212 \r\n\r\n 4.2 滤波器设计基础 216 \r\n\r\n 4.2.1 滤波器的指标 216 \r\n\r\n 4.2.2 滤波器指标的确定 217 \r\n\r\n 4.2.3 问题的描述 218 \r\n\r\n 4.3 线性相位FIR滤波器的性质 218 \r\n\r\n 4.3.1 冲激响应 219 \r\n\r\n 4.3.2 频率响应 219 \r\n\r\n 4.3.3 零点位置 222 \r\n\r\n 4.4 FIR滤波器的窗函数设计技术 226 \r\n\r\n 4.4.1 窗函数设计的基本思想 226 \r\n\r\n 4.4.2 常用窗函数 226 \r\n\r\n 4.4.3 窗函数设计公式 227 \r\n\r\n 4.4.4 FIR滤波器设计实例 228 \r\n\r\n 4.5 IIR滤波器设计 250 \r\n\r\n 4.6 模拟滤波器原型 251 \r\n\r\n 4.6.1 巴特沃斯低通滤波器 251 \r\n\r\n 4.6.2 切比雪夫低通滤波器 258 \r\n\r\n 4.7 滤波器的变换 268 \r\n\r\n 4.7.1 滤波器变换的基本方法 268 \r\n\r\n 4.7.2 滤波器变换实例 272 \r\n\r\n 4.8 用Matlab设计低通滤波器 277 \r\n\r\n 4.8.1 设计低通滤波器的Matlab函数 277 \r\n\r\n 4.8.2 低通滤波器设计实例 278 \r\n\r\n 第五章 神经网络的分析与设计 284 \r\n\r\n 5.1 人工神经网络基础 284 \r\n\r\n 5.1.1 人工神经网络的基本结构与模型 285 \r\n\r\n 5.1.2 神经网络的层次 288 \r\n\r\n 5.1.3 用Matlab计算人工神经网络的输出 291 \r\n\r\n 5.2 神经网络工具箱的基本函数 296 \r\n\r\n 5.2.1 神经网络的初始化函数 296 \r\n\r\n 5.2.2 与神经网络有关的绘图函数 300 \r\n\r\n 5.2.3 神经网络的误差分析函数 307 \r\n\r\n 5.3 感知器神经网络 312 \r\n\r\n 5.3.1 感知器神经网络的常用函数 312 \r\n\r\n 5.3.2 感知器神经元模型 312 \r\n\r\n 5.3.3 感知器神经网络 313 \r\n\r\n 5.3.4 感知器神经网络设计实例 315 \r\n\r\n 5.4 自适应线性神经网络 327 \r\n\r\n 5.4.1 自适应线性神经网络的模型和结构 328 \r\n\r\n 5.4.2 自适应线性神经网络的学习规则与训练 329 \r\n\r\n 5.4.3 自适应线性神经网络设计实例 334 \r\n\r\n 5.5 反向传播神经网络 345 \r\n\r\n 5.5.1 BP神经网络的结构 346 \r\n\r\n 5.5.2 BP神经网络的初始化 348 \r\n\r\n 5.5.3 BP神经网络的学习和训练 348 \r\n\r\n 5.5.4 BP神经网络设计实例 364 \r\n\r\n 第六章 控制系统的数学描述与建模 369 \r\n\r\n 6.1 微分方程 369 \r\n\r\n 6.1.1 微分方程的数值解 369 \r\n\r\n 6.1.2 非线性系统 375 \r\n\r\n 6.1.3 线性化 377 \r\n\r\n 6.2 传递函数 378 \r\n\r\n 6.2.1 多项式的根和特征多项式 378 \r\n\r\n 6.2.2 传递函数的零点和极点 379 \r\n\r\n 6.2.3 部分分式展开 381 \r\n\r\n 6.3 状态空间描述 382 \r\n\r\n 6.3.1 将微分方程化成状态方程 382 \r\n\r\n 6.3.2 矩阵的对角化 383 \r\n\r\n 6.4 模型的转换与连接 385 \r\n\r\n 6.4.1 数学模型的转换 385 \r\n\r\n 6.4.2 系统模型的连接 391 \r\n\r\n 6.5 模型的降阶与实现 400 \r\n\r\n 6.5.1 模型降阶 401 \r\n\r\n 6.5.2 模型实现 408 \r\n\r\n 6.6 控制系统的模型属性 410 \r\n\r\n 6.7 控制系统常用数学方程求解 418 \r\n\r\n 第六章附录 函数ode23()的源代码 420 \r\n\r\n 第七章 控制系统的分析方法 437 \r\n\r\n 7.1 控制系统的稳定性分析 437 \r\n\r\n 7.2 控制系统的时域分析 443 \r\n\r\n 7.2.1 时域分析的一般方法 443 \r\n\r\n 7.2.2 常用时域分析函数 447 \r\n\r\n 7.2.3 时域分析应用实例 452 \r\n\r\n 7.3 控制系统的频域分析 459 \r\n\r\n 7.3.1 频域分析的一般方法 460 \r\n\r\n 7.3.2 常用频域分析函数 465 \r\n\r\n 7.3.3 频域分析应用实例 470 \r\n\r\n 7.4 根轨迹分析方法 477 \r\n\r\n 7.4.1 模条件和角条件 478 \r\n\r\n 7.4.2 绘制根轨迹的基本规则 479 \r\n\r\n 7.4.3 根轨迹分析应用实例 480 \r\n\r\n 第七章附录 常用根轨迹函数的源代码 485 \r\n\r\n 第八章 控制系统的频域设计方法 501 \r\n\r\n 8.1 控制系统的校正 501 \r\n\r\n 8.1.1 单变量系统的两种主要校正方式 501 \r\n\r\n 8.1.2 PD. PI. PID校正 502 \r\n\r\n 8.1.3 串联校正实例 506 \r\n\r\n 8.2 多变量系统的频域设计方法 511 \r\n\r\n 8.2.1 数学模型与标准型 511 \r\n\r\n 8.2.2 多变量系统的频率响应 515 \r\n\r\n 8.3 定量反馈控制设计方法 517 \r\n\r\n 8.3.1 单变量系统的QFT设计方法 517 \r\n\r\n 8.3.2 QFT设计举例 520 \r\n\r\n 8.3.3 QFT设计工具箱的应用 528 \r\n\r\n 8.4 M1A1主战坦克观测仪飞轮控制器的设计 532 \r\n\r\n 第九章 控制系统的时域设计方法 543 \r\n\r\n 9.1 极点配置设计方法 543 \r\n\r\n 9.2 解耦控制设计方法 546 \r\n\r\n 9.3 线性二次型最优控制器设计 552 \r\n\r\n 9.3.1 线性二次型指标与里卡第（Riccati）方程求解 553 \r\n\r\n 9.3.2 最优控制器设计实例 557 \r\n\r\n 9.4 线性二次型高斯（Gauss）最优控制 576 \r\n\r\n 9.4.1 LQG问题的一般解法 576 \r\n\r\n 9.4.2 回路传输恢复技术 578 \r\n\r\n 9.4.3 LQG设计实例 579 \r\n\r\n 第十章 控制系统的Simulink仿真 585 \r\n\r\n 10.1 系统建模 585 \r\n\r\n 10.2 Simulink仿真方法 592 \r\n\r\n 10.2.1 仿真过程的设置 592 \r\n\r\n 10.2.2 系统仿真 600 \r\n\r\n 10.3 模型图的优化 603 \r\n\r\n 10.3.1 模块的翻转与旋转 603 \r\n\r\n 10.3.2 信号线的分叉和弯转 605 \r\n\r\n 10.3.3 模型图的标注 606 \r\n\r\n 10.3.4 对模型图的其他优化方法 610 \r\n\r\n 10.4 模块的合成. 创建与封装 613 \r\n\r\n 10.4.1 模块的合成 613 \r\n\r\n 10.4.2 创建新模块 615 \r\n\r\n 10.4.3 模块的封装 616 \r\n\r\n 10.5 Simulink的mdl文件 619 \r\n
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Matlab是Mathwork公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件, 它集数值分析. 矩阵运算. 信号处理和图形显示于一体, 构成了一个方便的. 界面友好的用户环境. Matlab的推出得到了各个领域专家学者的广泛关注, 其强大的扩展功能更为各个工程领域提供了分析和设计的基础. 随着Matlab在各个工程领域应用的日益广泛, 专家学者们相继推出了控制系统工具箱（control systems toolbox）. 信号处理工具箱（signal processing toolbox）. 系统辨识工具箱（system identification toolbox）. 最优化控制箱（optimisation）. 小波分析工具箱（wavelet）等简单使用的库函数, 这些日益增加的工具箱给各个领域的研究和工程应用提供了强有力的工具. 借助于日渐完善的Matlab软件, 各个层次的研究人员可以直观. 方便地进行分析. 计算和设计工作, 大大节省了时间, 提高了工作效率.

然而面对国际上Matlab在各个工程领域中应用的迅猛发展的形势, 国内系统地介绍Matlab工程应用, 尤其是Matlab在电信工程应用方面的书籍资料还很缺乏, 而本书就是在这种背景下应运而生的. 本书分为四个部分, 第一部分为基础篇, 包括第1章至第2章, 主要介绍Matlab在电信工程中应用的基本方法和数学基础, 第二部分为数字信号处理（DSP）篇, 包括第3章至第4章, 主要介绍应用Matlab进行DSP信号分析. FIR滤波器设计和IIR滤波器设计, 第三部分为神经网络篇, 包括第5章, 主要介绍应用Matlab进行神经网络的分析和设计的方法, 第四部分为控制理论篇, 包括第6章至第10章, 主要介绍使用Matlab进行控制系统建模. 分析. 频域设计和时域设计及控件系统的Simulink仿真的各种方法. 全书系统地介绍了Matlab在电信工程中应用的各个方面, 基本上涵盖了目前国内外Matlab在电信工程中应用的主要内容. 当然, 限于篇幅本书无法涉及到电信工程的方方面面, 但应用本书所介绍的方法一般可以解决大多数电信领域中的问题.

本书的最大特点就是与工程实际的紧密结合, 书中所列举的例子基本上都来源于工程实际, 甚至有些就是现实当中的工程设计. 这样就使本书能够很好地做到理论联系实际, 使读者对Matlab在电信工程应用中有一个感性的认识, 也使得书中的内容更加易学易用.

本书的另一大特色就是注重电信工程应用的系统化, 书中严格地按照各种理论系统来介绍Matlab在该领域中的应用, 使得所有的工程内容都可以找到理论根源, 从而方便了读者对各种理论背景的查询.

同时本书根据各种理论设计一套严整的函数, 这些函数都是Matlab库函数中所没有而工程实际中又必须用到的, 因而工程设计人员可以直接调用书中提供的一些函数来进行分析与设计, 从而大大方便了电信工程人员对Matlab的应用.

本书由北京万水电子信息有限公司策划, 由王华主编, 此外参加本书编写的人员还有：李泉. 何旭洪. 周扬平. 欧阳军. 黄明. 王琦. 王薪. 杨建强. 孙庆南. 王春华. 冉阳. 翟虹强. 杭大明. 吴海桑. 唐奡. 田瑞雄. 柳攀. 刘勇攀. 周明. 包毅. 江鹏. 葛欣. 杨旭. 吴萌野. 应军. 陈实. 另外, 参加本书编辑和制作的人员包括刘全胜. 李东震. 杭永霞. 卢静等.

特别应该指出的是, 在本书的编写过程中, 作者的父母王新民先生. 张金玲女士给予了大力支持和热心帮助, 为本书能够在新世纪到来之际献给广大读者做出了巨大奉献, 在此谨向他们致以最诚挚的谢意. 同时也向徐媛女士表示最崇高的敬意, 感谢她在本书的编写过程中给予作者的支持和鼓励.

当然, 限于编写时间与作者的水平, 本书的不足之处在所难免, 欢迎广大读者和用户批评指正.

编者

2001年2月

无封面