振動信號處理與資料分析(POD版)（簡體書）

《振動信號處理與數據分析》以工程振動信號為研究對象，以信號的采集到后續的處理為主線，從振動信號拾取出發，依次對獲得的數字信號進行時域、頻域以及時頻域的處理。介紹經驗模態分解和全矢譜融合等新的處理算法和思想，有針對性地結合振動信號監測處理而組織編寫內容，兼顧傳承與發展，探討振動信號處理算法及原理。《振動信號處理與數據分析》涉及相關知識要點：傅里葉級數展開、離散傅里葉變換、Z變換、快速傅里葉變換、時域統計特征、EMD分解、全矢譜技術等理論及其在工業現場的應用案例。
《振動信號處理與數據分析》可作為普通高等院校理工科相關專業本科生教材，也可作為研究生、工程技術人員的自學參考書。

振動是自然界中廣泛存在的物質系統的一種普遍運動形式，通常指一個物理量在某一量值（平衡值）附近隨時間而往復變化的過程。自然界中，大至宇宙，小至微觀粒子無不存在振動。各種形式的物理現象（發熱、發聲、發光、電和磁的運動等）都包含振動。
隨著科學技術、生產和國防建設事業的發展，以及人類各種生產活動和社會活動的現代化，每時每刻都需要發生、傳遞和記錄大量的振動信號和信息。因此，必須對大量的包含著無窮信息的各種各樣的信號（數據、波形和圖像等）進行快速處理，去偽存真，提取有用的信息並找出它們的規律。本學科的應用領域十分廣泛，如機械工程、交通工程、宇航工程、土木建築工程、電信和電力工程、聲學工程、地球物理和地質工程、生物醫學工程、核工程和軍事科學、天文氣象、海洋科學等幾乎所有的科學部門和工程部門都要應用它，甚至在人類活動中的各種現像也能用信號處理的方法加以分析和尋找規律。由此可見，振動數據分析和信號處理的重要性與日俱增。因此，掌握振動數據分析與信號處理的理論和方法，在現代科學技術領域中己十分必要。
本書從時域分析入手，深入到頻域分析，進而敘述數字信號處理，試圖建立起這三個方面的有機聯繫。書中敘述了模擬信號處理和數字信號處理的主要內容，從實際應用出發，由淺入深，在兼顧數學推理的基礎上，通過大量的圖解說明，強調物理概念和實際應用知識，作為學習信號處理理論和應用的基礎。
本書是作者長期從事振動的教學、科研及產品開發研究工作的結晶。本書原稿是作者根據長期從事的振動波形分析、頻譜分析和信號處理實際工作經驗並參閱國內外文獻而編寫而成的講義。作者自2007年以來，曾以此在鄭州大學給本科生授課，並在鄭州恩普特科技股份有限公司舉辦的多次全國設備振動監測培訓班上做過交流和介紹。隨後作者根據多方面提出的意見和建議，對原稿又進行了若干次修改和補充，遂編寫成此書。本書內容包括：離散時間信號和系統、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換的計算、數字濾波器設計方法、時頻域信號處理、經驗模態分解方法、全矢譜技術及理論等。
本書共9章，第1、2、7章由鄭州大學徐平副教授編寫，第3、4、8章由鄭州大學郝旺身博士編寫，第5章由鄭州大學鐵瑛副教授編寫，第6章由河南工程學院李鳳琴副教授編寫，第9章由鄭州大學李凌均副教授編寫。研究生趙偉傑、林輝翼、王洪明、官振紅、馬艷麗、胡鑫、岳佳佳、張學欣參與了資料收集、文字錄入等工作。
本書得到國家自然科學基金（聚氨酯高聚物材料應用於被動隔振的試驗研究與理論分析（No.51278467）、河南省高校科技創新人才支持計劃（混凝土空心牆的被動隔振機理研究（No .14HASTIT050））、河南省自然科學基金重點項目（基於模糊可靠性的混流泵設備評價策略研究（No.13A460673）、鄭州大學校級教材建設項目的資助，在此表示誠摯的感謝！

目錄
前言
第1章緒論1
1.1 DSP的基本概念1
1.2 DSP系統及其實現2
1.3振動信號及其基本描述3
1.3.1週期振動信號的合成和分解4
1.3.2非週期振動信號的性質10
1.4信號處理的應用11
1.4.1在結構振動和設計中的應用11
1.4.2在產品質量和自動控制中的應用11
1.4.3在結構監測和故障診斷中的應用12
第2章信號的分類與測量13
2.1振動信號處理的基本概念和作用13
2.2信號的分類14
2.3信號的測量15
2.3.1傳感器的分類16
2.3.2傳感器的選擇原則17
2.3.3常見振動信號測試傳感器17
習題21
第3章振動信號的處理22
3.1信號的放大22
3.1.1運算放大器22
3.1.2測量放大器23
3.1.3電荷放大器24
3.2信號的濾波25
3.2.1理想模擬濾波器25
3.2.2實際模擬濾波器及其基本參數27
3.3信號的調製與解調29
3.3.1幅度調製29
3.3.2頻率調製34
3.4信號的數字化方法36
3.4.1採樣、混頻和採樣定理36
iv振動信號處理與數據分析
3.4.2量化和量化誤差38
3.4.3截斷、洩漏和窗函數38
3.4.4選擇模/數轉換模塊的基本技術指標40
習題41
第4章線性信號分析算法43
4.1傅里葉變換43
4.1.1傅里葉級數43
4.1.2傅里葉積分44
4.1.3離散傅里葉變換的性質45
4.1.4卷積與相關函數49
4.2快速傅里葉變換51
4.2.1時間抽取基-2FFT算法51
4.2.2頻率抽取基-2FFT算法56
4.2.3基-4FFT算法58
4.2.4分裂基FFT60
4.2.5進一步減少運算量的措施(蝶形算法)63
4.3序列的Z變換64
4.3.1Z變換的定義64
4.3.2序列特徵對收斂域的影響65
4.3.3逆Z變換68
4.3.4Z變換的性質72
4.4希爾伯特變換74
4.4.1希爾伯特變換的定義74
4.4.2希爾伯特交換的性質76
4.4.3希爾伯特變換錶77
習題79
第5章振動信號的時域處理82
5.1時域波形的合成分解82
5.1.1穩態分量與交變分量82
5.1.2偶分量與奇分量83
5.1.3實部分量與虛部分量83
5.1.4正交函數分量84
5.2時域統計特徵參數處理方法84
5.2.1有量綱型的幅值參數84
5.2.2無量綱型參數85
5.2.3高階統計量指標87
5.3信號的幅值分佈特性89
5.3.1概率密度定義89
5.3.2二維聯合概率密度函數91
5.3.3典型信號的概率密度函數92
5.4相關分析方法及其應用95
5.4.1相關函數95
5.4.2自相關函數性質及其應用97
5.4.3互相關函數性質及其應用99
習題101
第6章振動信號的頻域處理方法及其應用102
6.1頻譜分析方法102
6.1.1確定性信號的頻譜102
6.1.2離散傅里葉變換與快速傅里葉變換109
6.1.3隨機信號的功率譜密度112
6.2功率譜方法的應用117
6.2.1從經典譜估計到現代譜估計117
6.2.2譜估計的參數模型方法118
6.2.3 AR模型的Yule-Walker方程121
6.2.4 AR模型的穩定性及其階的確定122
6.2.5 AR譜估計的性質125
6.2.6 AR模型參數提取方法130
6.2.7 MA和ARMA模型譜估計135
6.3倒頻譜分析方法138
6.3.1倒頻譜的概念138
6.3.2倒頻譜與解卷積139
6.3.3倒頻譜的應用140
6.4細化譜分析方法141
習題143
第7章振動信號的時頻域分析方法及其應用144
7.1時頻分析的基本概念144
7.2信號的時寬與帶寬146
7.2.1時寬和帶寬的概念146
7.2.2不確定原理148
7.3信號分解149
7.3.1信號分解的概念149
7.3.2信號的正交分解151
7.4短時傅里葉變換152
7.4.1連續信號的短時傅里葉變換152
7.4.2離散信號的短時傅里葉變換154
7.5小波分析方法及其應用155
7.5.1小波變換的定義155
7.5.2小波變換的特點157
7.5.3離散小波變換160
7.5.4振動信號處理中常用的小波160
習題163
第8章振動信號的其他處理方法及其應用164
8.1經驗模式分解方法164
8.1.1 EMD的基本概念164
8.1.2 EMD方法原理166
8.1.3 EMD方法的特點168
8.1.4 EMD方法的應用170
8.2循環統計量方法171
8.2.1振動信號的非平穩性和循環平穩性172
8.2.2循環平穩過程及其描述174
8.2.3循環譜與功率譜和時頻分佈的關係176
8.2.4二階循環統計特性及其應用179
8.3盲源分離方法185
8.3.1概述185
8.3.2獨立分量分析187
8.3. 3ICA快速算法191
8.3.4ICA的應用192
習題195
第9章全矢譜算法概述196
9.1平面全矢譜分析與方法196
9.1.1旋轉機械的動態檢測現狀196
9.1.2全矢譜技術基礎199
9.1 .3全矢譜數值計算方法203
9.2基於非平穩信號的全矢譜技術205
9.2.1全矢短時傅里葉變換及其應用205
9.2.2短時傅里葉變換定義207
9.2.3短時傅里葉變換窗函數的選擇207
9.2.4全矢短時傅里葉變換的分析與計算208
9.3全矢譜分析的工程應用實例209
參考文獻212