Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1 7 0 Simulink 5 6 Обработка сигналов и проектирование фильтров 2005 (Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1 / 7.0 Simulink 5 / 6. Обработка сигналов и проектирование фильтров 2005)

Введение !ОО ивом«" ' 'О *'1«1 '((Щ- г»1 ~"ьупп)св.'фа»угров«ем,'Щсивгдп!е!~ф~~Я";)гф".8В:ьв ~,:""".~!~".-'~'.гг«г .с '"" ппдвтсг в)ьгдпгг и .«пд огьвсогпг '. 'ф педвгиаяг .о»«вп*, миьмнйвй~!Я~». ТЬЕ Ма(ЬЪ!ООГ а ... н 6,, «. *Га;„-" Ьтитат й1 Вгм Ввгпп до во Впгпе оисев гпсгеавгпй г)ге дсоре апд ргог)цст!»1)у о! епа! пеег!пй апс1 дсгепсе м«в тпе мввво по .ПВГ ОРЕПЕМВ Ргев гоопг ООП«сеов посеве Ьо«п Непвивегв ипппв се«аг МдтЬЛВ»нег д де Миг»«с«сов«пепе а!пвмГгпаегог «оеег-севе »пои»«пио«Гоепдп йа)дада !3 Млплв .,'ямипык ;.т»ептв тгпевпд яеаиег г«гв гог Рапп«ее вг«мвп впс ЯевГ.тепе ВоПГМ»оп с»огоев гп В Дед«мо. С«Гьг«в-да мг Дрз«п нев С«е Вввгесеге Веье«гвг »» Бее «дппв песе!и аеГееве 13 .

Н ее»«ГДМОсе«ГДЦВГ»датпГг«ге Дее «авто пев гп депгке Рпсд Гнгпс г .т! Рис. О.!. Начальная страница Интернет свата (ввв.гпагввоасд.согп) корпорации Магвтггог(сд Система МАТ(.АВ является одной из самых крупных и мощных в компьютерной гиатематике (!1. Она, вместе с пакетом ситуационного блочного моделирования Вйптц!!пй и множеством других пакетов расширения, создана корпорацией Ма((дттогЕа !пс. (США) — рис. О.!. Сейчас система и пакеты ее расширения обновляются практически ежегодно. Техническая документация по системе насчитывает более полусотни книг и многие тысячи страниц. Она уже не угиещается на СО-КОМ с егикостью около 700 Мбайт. МАТ!.АВ не обойдена вниманием в нашей литературе. После издания и !993 году первого краткого справочника по применению системы РС МАТ(.АВ в издательстве еНаука.

Физматлит» !2! и некоторого затишья в период перехода к реалиям российского рынка, появилось множество книг по этой замечательной программе, предоставившей пользователям мощные матричные средства для самых серьезных вычислений и моделирования динамических объектов и систем !3 — 18 и др.!. .

В числе пользователей системой МАТ(.АВ н пакетами ее расширений находятся специалисты в области математики и во многих сферах ее прикладного применения, большинство ведущих университетов мира и свыше миллиона легальных пользователей (инженеров, научных работников, преподавателей, аспирантов и а)ведение студентов вузов) во всем мире. На сайте разработчика системы МА П.АВ (иплпллгпаФвогха.согп) можно найти информацию о более чем б00 книгах по системе МАТ1 АВ и пакетам ее расширения.

Среди них отмечен и ряд русскоязычных книг автора — рис. 0.2, в подготовке значительной части которых принимал участие автор этой новой серии книг. л'чг~~' Фф.':,;,...; . )д1 «1 , яа)ь1;:-'.Вша~ага:;.-3ьщ, изс)икала' сафйе' 'саааааа л'...:," .,:,' ...' ', '.' ' ' '.. ал ' фщщщ„'„':.~ф'.-:"~я ф„Д~":,ь г)таге"'филграннсе':Мфмеаиа ф~.,'", ',',~ Г".т ~ ~ааяеС-' Ьар /!алтллглнанеггкел ~Гларрепдееааллсеылр4ааааааемз .- .я ПерФхад ) Олега ( Непал лмагаааЯ, Рис. 0.2. Русскоязычные книги по системе МАТЕАВ и пакетам ее расширения на Интернет-страниие корпорации Магвргогкз!пс.

Одним из самых замечательных качеств системы МАТ1 АВ является ее расширяемость. Любая новая функция или фрагмент программы, записанные в виде гп-файла (с расширением .гп) в формате языка программирования системы МАТ).АВ, готовы для дальнейшего пригиенения, наряду с почти тысячей уже заранее встроенных в систему мощных и гибких операторов и функции. Мощный математически ориентированный язык системы и ее ориентация на матричные операции 119 — 221, резко сокращающая применение циклов, также способствует популярности системы МАТ1.АВ. Система стала интернациональным средством решения вычислительных задач и матегиатического моделирования.

С помощью многочисленных (свыше полусотни) пакетов расширения, МАТЮКАВ легко адаптируется к решению различных классов математических и технических задач. Популярности МАТ1.АВ во многом способствовало то, что к реализации профессионально выполненных расширений системы были привлечены ведущие ученые и специалисты мира, зачастую впервые предложившие реализованные в пакетах расширения идеи и методы или известные серьезными научными трудамн в соответствующих областях науки и техники. Особо следует 2)веделие выделить пакет расширения Ягпцйпк [7, 11, 12, 16), реализующий эффективное математическое блочное визуально-ориентированное имитационное моделирование как простых, так и сложных систем и устройств. Автором и некоторыми его коллегами была развернута обширная и многолетняя программа приоритетной подготовки серий книг по всем серьезным и популярным у нас системам компьютерной математики (СКМ).

Уже опубликовано свыше тридцати книг и из них с десяток по предшествующим версиям системы МАТЮКАВ и пакетам ее расширения (! — !О). Недавно был издан трехтомник по предшествующим реализациям системы МАТЮКА — 12-ой и 13-ой (11 — 13). Книги этой серии вызвали заметный интерес у читателей и даже стали издаваться дополнительным тиражом.

Однако, по мнению автора, такое издание не оправдано, поскольку системы МАТЮКАВ развиваются очень быстро и вместо дополнительных тиражей и повторных изданий более разумно издавать книги уже по новым реализациям МАТЮКАВ. Поэтому в последнее время начата подготовка и издание книг по исправленной и популярной реализации В13.1 программы МАТ) АВ, известной также как МАТ1 АВ 6.5 Бегчсе РасЕ 1 и по новейшей реализации В!4 — МАТ)-АВ 7 + Б!гпв1(пй 6, появившейся летом 2004 года.

Эта книга является третьей в этой новой серии. Естественно, что она базируется на материалах ранее изданных книг по предшествующим реализациям МАП АВ + Ягпв1(п(г и содержит описание многочисленных новых возможностей последних двух реализаций системы МАТ1 АВ + Япшйпк и пакетов их расширения. Предполагалось, что третья книга новой серии, как и (13), будет посвящена обработке сигналов и изображений. Однако в новейшей версии МАТ(АВ 7 число пакетов расширения по этой тематике значительно возросло, как и объем документации по ним.

В частности были заметно переработаны и пополнены пакеты расширения Яапа! Ргосезз1пя Тоо1Ьох, Яапа! Ргосезз!пя В1оскзе1, Гй!ег Оез!яп Тоо!Ьох и %аде!е( Тоо!Ьох. Появились и совсем новые пакеты ВГ Тоо1Ьох и КГ В!оскзет по расчету, проектированию и моделированию радиочастотных цепей, устройств и систем, а также новый пакет Г(!1ег Оез(яп НО( Собег, создающий коды для программирования больших интегральных микросхем фильтров. В связи с этим, данная книга была посвящена только обработке сигналов и моделированию и проектированию фильтров.

По обработке изображений и специальной графике (в том числе географической) готовится четвертая книга данной серии. Возможно, будут подготовлены и другие книги этой серии — все зависит от интереса читателей к ним. Книга знакомит нашего читателя с новейшими методами генерации и обработки сигналов и с современной техникой проектирования аналоговых и дискретных (цифровых) филь~ров самого различного назначения. Ныне зти средства составляют основу многих новейших систем и устройств связи и телекоммуникаций.

В их числе сотовые телефоны, проигрыватели аудио и видео-СО и ОЧО, различные другие цифровые и компьютерные системы и сети„по меткому названию корпорации!где! образующие Цифровой Дом и даже Цифровую Вселенную. Объем технической документации по всем упомянутым пакетам расширения многократно превосходит объем данной книги. В связи с этим, при ее подготовке были приняты особые меры по сокращению объема книги при сохранении, тем не менее, ее информационной насыщенности: ° впервые дано отдельное обзорное описание новейшей версии МАТЮКАВ 7 + Яшв!!пк 6; Введеяие ° описаны последние реализации пакетов расширения Яапа! Ргосезз1щ Тоо1Ьох, Яапа! Ргосеьа1пя В1оскаег, Гйгег Оез!яп Тоо1Ьох и Ч~аче1ег Тоо1Ьох; ° впервые описаны новые пакеты расширения ВГ Тоо1Ьох, КЕ В1оскзе! и Р111ег Оеа1яп НИ Содег; ° исключены многочисленные повторы материала„характерные для фирменной документации и справочной системы МАТ! АВ и пакетов ее расширения; ° использована более компактная форма синтаксической записи функций; ° исключены некоторые материалы, описанные в других книгах по этой системе, и не имеющие прямого отношения к описанным в ней пакетам расширения; ° примеры ланы в компактной форме, нередко без текстовых комментариев, особенно в тех случаях, когда их смысл повторяет текстовый материал разделов книги; ° описание средств пакета Рйгег Вез!па Тоо1Ьох, незначительно отличающихся от средств, описанных в основном пакете расширения Яапа! Ргосезэ1пя Тоо1Ьох, и мало используемых в России, дано в упрощенном виде; ° некоторые редко используемые функции лишь упомянуты, а отдельные, применяемые редко, даже опущены; ° по возможности использована стратегия «меньше слов — больше дела!».

Книга содержит авторскую трактовку излагаемого в ней материала. Она вовсе не претендует на полную замену огромной справочной системы по описанным в ней пакетам расширения и фирменных описаний пакетов, выполненных на английском языке. Не является книга и прямым переводом фирменных описаний. Рубрикация книги значительно отличается от рубрикацин последних. Она приближена к рубрикации, принятой для учебных пособий, хотя книга — справочная моиогра4ил. В книге устранена многоуровневая структура подачи материала и обновлен ряд примеров применения описанных пакетов.

Результаты их работы представлены, как правило, в виде реальных копий экрана — текстовых вставок и рисунков. Это сводит к минимуму неизбежные ошибки в описании примеров. Все примеры, в том числе демонстрационные, входящие в справку были реально опробованы. Всюду, по возможности, реализован принцип изложения материала «от простого — к сложному». Все пакеты расширения по обработке и фильтрации сигналов и изображений описаны достаточно полно с приведением подавляющего большинства входящих в них новых функций командного режил~а работы, средств графического интерфейса ОИ и возможностей демонстрационных примеров.

Так что книга может служить руководством пользователя по пакетам расширения, относящимся к обработке сигналов и проектированию фильтров. Первая глава посвящена краткому вводному описанию новейшей версии МАТ1.АВ 7. Эга система, появившаяся на рынке летом 2004 года, описывается отдельно впервые. Однако приведенное описание преследует лишь две цели — отразить главные особенности новой версии и сделать данную книгу вполне самостоятельной.

Для детального знакомства с системой МАТ!.АВ и пакетом расширения Япш11пк надо пользоваться специальной и достаточно обьемной литературой, например, книгами 17, 1О, 11, 16). Ведущее место в книге занимает описание пакета расширения В!япа! Ргосеаа1пя Тоо!Ьох. Ему отведены три главы книги. Описание этого пакета начинается со второй главы книги. Она посвящена технике создания и обработки сигналов. Здесь описаны функции генерации сигналов различной формы, в том числе на фоне создаваемых генератором случайных чисел шумов. В этой главе дано опи- Введеиие сание важнейших средств обработки сигналов и, прежде всего, быстрого дискретного прямого и обратного преобразований Фурье (БПФ). Описаны средства кепстрального и оконного спектрального анализа Фурье сигналов, задания частотных окон разного типа и статистическая обработка сложных зашумленных сигналов.