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翁剑枫 编

图书标签:

• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 系统分析
• 通信原理
• 控制系统
• 数字信号处理

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115228444

版次：1

商品编码：10436016

包装：平装

丛书名： 21世纪高等院校信息与通信工程规划教材

开本：16开

出版时间：2010-08-01

用纸：胶版纸

页数：197

字数：312000

内容简介

《信号与系统》讲述确定性信号通过连续时间线性时不变系统的基本概念和基本分析方法。全书由5章组成，内容包括信号与系统的基本概念、信号通过系统的时域分析、信号通过系统的频域分析、重要应用论题，信号通过系统的复频域分析。各章后均配置了适量的习题以供读者进一步学习和练习。此外，为适应不同的教学需要，还以附录形式给出了离散时间信号与系统的基本知识和系统的状态变量分析，供选用。《信号与系统》可作为普通高校尤其是应用型本科高校电子信息类相关专业“信号与系统”课程教材，也可供相关专业的科技人员参考。

目录

第1章 信号与系统的基本概念
1.1 引言
1.2 信号的描述与分类
1.2.1 信号定义
1.2.2 信号分类
1.2.3 信号特性描述
1.2.4 3种基本信号
1.3 s（f）的进一步讨论
1.3.1 分配函数的概念
1.3.2 s（f）的性质
1.3.3 周期冲激信号
1.4 系统
1.4.1 引言
1.4.2 系统的定义
1.4.3 LTI系统
1.4.4 LTl系统的响应
本章小结
习题1

第2章 信号通过LTI系统的时域分析
2.1 引言
2.2 信号的时域分解
2.2.1 时域分解表达式及其物理意义
2.2.2 信号时域分解的进一步考察
2.3 信号通过LTI系统的时域分析与卷积积分
2.3.1 分析
2.3.2 单位冲激响应h（t）的再讨论
2.3.3 因果性、稳定性
2.4 卷积的计算
2.4.1 卷积的计算步骤
2.4.2 例
2.4.3 单位阶跃响应
2.4.4 卷积的性质
本章小结
习题2

第3章 信号通过LTl系统的频域分析
3.1 引言
3.2 周期信号的频域分解——傅里叶级数
3.2.1 三角函数的形式
3.2.2 复指数函数的形式
3.2.3 吉伯斯振荡简介
3.3 复正弦信号通过LTI系统
3.3.1 频率特性概念的引入
3.3.2 H（jw）的对称性
3.3.3 频率特性的另一名称——正弦稳态响应
3.4 信号频谱、带宽与系统带宽的概念
3.4.1 信号频谱与信号带宽
3.4.2 系统带宽
3.5 周期信号通过LTI的频域分析
3.6 非周期信号的频域分解
3.6.1 引言
3.6.2 信号的傅里叶变换与傅里叶反变换
3.6.3 非周期信号通过LTI系统的频域分析
3.7 重要的例和傅里叶变换的性质
3.7.1 典型信号的傅里叶变换
3.7.2 傅里叶变换的重要性质
3.7.3 进一步的例
3.7.4 卷积定理与帕斯瓦尔等式
3.7.5 傅里叶变换性质列表
本章小结
习题3

第4章 重要应用论题
4.1 不失真传输
4.1.1 引言
4.1 2 幅度失真与相位失真
4.1.3 不失真传输条件
4.2 综合性的例——正弦调幅信号作用于二阶谐振电路
4.2.1 二阶谐振回路的频率特性
4.2.2 正弦调幅信号作用于系统
4.3 采样与重建
4.3.1 引言
4.3.2 信号的理想采样
4.3.3 信号的重建
4.3.4 实际采样简介
4.4 综合性的例——数字基带传输中的码间干扰
4.4.1 码间干扰的来源
4.4.2 码间干扰的消除
本章小结
习题4

第5章 拉普拉斯变换与系统函数
5.1 引言
5.2 拉普拉斯变换
5.2.1 概念的引入
5.2.2 双边拉普拉斯变换
5.2.3 拉普拉斯反变换
5.3 拉普拉斯变换的进一步讨论
5.3.1 定义与说明
5.3.2 反变换
5.3.3 两类重要函数
5.3.4 单边拉普拉斯变换的主要性质
5.3.5 卷积定理
5.4 单边拉普拉斯变换用于线性系统分析
5.4.1 引言
5.4.2 拉普拉斯变换求解线性微分方程
5.4 3系统函数的概念
5.4.4 电路的s域模型
5.5 系统函数
5.5.1 系统函数的代数结构与零极点
5.5.2 极点分析
5.5.3 其他相关问题简述
5.6 模拟滤波器设计简介
5.6.1 引言
5.6.2 指标给定
5.6.3 滤波器系统函数的求取
5.6.4 滤波器的巴特沃思逼近设计
本章小结
习题5

附录A 离散时间信号与系统的基本知识
A1 引言
A2 离散时间信号与系统基本概念
A2.1 离散时间信号与数字信号
A2.2 几个重要的数字信号
A2.3 离散时间系统及重要性质
A2.4 LSI系统的时域分析：单位采样响应与卷积和
A2.5 差分方程表示的LsI系统
A3 傅里叶分析
A3.1 离散时间傅里叶变换与反变换
A3.2 系统频率特性
A3.3 信号通过LTI系统的频域分析
A4 Z变换与系统函数
A4.1 Z变换
A4.2 Z变换的重要性质及常用序列的Z变换
A4.3 反变换
A4.4 变换下的S平面与z平面关系
A5 系统函数与系统结构
A5.1 引言
A5.2 系统函数的定义
A5.3 H（z）用于LSI系统性质与行为描述
A5.4 数字滤波器
A5.5 系统结构与有限字长问题概述
A6 离散傅里叶变换
A6.1 引言
A6.2 离散傅里叶变换的定义
A6.3 DFT的应用：频谱分析
A6.4 DFT的应用：兀R滤波器的频率采样结构
A6.5 DFT的应用：快速卷积
A7 结束语
附录B 系统的状态变量分析
B1 引言
B2 系统状态与状态变量
B3 系统的状态方程与输出方程
B4 从系统函数的结构出发列写系统方程
B5 LTI系统的状态转移矩阵
B5.1 状态转移矩阵概念的引入
B5.2 状态转移矩阵eAt的重要性质
B5.3 状态转移矩阵eAt的求取
B6 LTI系统状态方程与输出方程的求解
B6.1 状态方程的求解
B6.2 输出方程的求解
B6.3 用状态变量分析法求解电路问题
B7 结束语
附录C “信号与系统”模拟测试题及解答
“信号与系统”模拟试卷（一）
“信号与系统”模拟试卷（一）解答
“信号与系统”模拟试卷（二）
“信号与系统”模拟试卷（二）解答
“信号与系统”模拟试卷（三）
“信号与系统”模拟试卷（三）解答
参考文献

精彩书摘

1.1 引言
本书讲述的是信号通过系统的基本概念、理论和分析方法。
“信号”这个名词在日常生活中经常用到，通常用于提示某种信息。更科学地说，“信号”是用于携带信息的某种载体，这些载体可以是文字或语言，也可以是某种物理表示形式，如传递消息或命令时灯光、声音、动作等。春秋时代“烽火戏诸侯”故事中点燃的烽火台上的火焰就是用于传输异族入侵这个信息的信号。因此，从一般的意义上说，信号就是用于携带、表达信息的物理方式。
在本书中，信息的物理表达和携带方式是电信号。为了表达不同的信息，这些电信号显然应该具有不同的波形。以下的例子可以对此作一说明。
随着大规模集成电路技术的发展，数字传输技术现在已经在绝大多数应用场合下替代了模拟传输。这时，所要传输的信息以二进制比特流的形式出现，例如，通过计算机键盘输入的各种符号在用6位ASCII进行变换时，每个键盘符号都被变换为一个6比特字符。以字母“w”为例，它将被变换为“111010”。但是，这个6比特字符仅仅是个抽象的表达形式，还需要使用某种物理实体来携带这6个二进制数字才能够在计算机内外进行传输。图1.1 所示为6比特字符的两种最直接的电波形信号，其中T是每个二进制数字“0”、“1”的占时长度。两种电波形信号的相同之处是它们都用幅度“A”表示“1”，不同之处是分别用幅度“A”和幅度“0”来表示“0”。显然，如果把图中表示“0”、“1”的方法反一下，也同样可以表达这个6比特字符串“111010”。实际上，如果用两种可以区分的并且占时长度都为r的任意波形来分别表示二进制数字“1”和“0”，也同样能够表达这个二进制字符串。
……

前言/序言

　　信号与系统现已成为一个极为普遍的概念，和信号与系统概念有关的思想和方法已经渗透到科学技术的各个领域，甚至渗透到社会科学的许多领域。“信号与系统”是电子信息类专业的一门重要技术基础课，是学生知识结构中的重要组成部分。通过本课程的学习，学生将能掌握信号和线性系统分析的基本理论、基本原理和方法，从而为后续课程如数字信号处理、通信原理等课程的学习以及日后工作打下基础。
　　始于20世纪70年代末的信号与系统分析已经有了很长的历史，但其基本方法和基本原理没有发生变化，就本科生而言，信号与系统的教学内容是相对稳定的。但是，国内外有影响力的《信号与系统》教材，都是以重点大学的本科生为教学对象的。随着高等教育的大众化，在不少普通高等院校尤其是培养高等工程应用型人才的高校中，信号与系统只是一学期的课程，而且学时还不多。这样，直接选用上述教材就显得不尽适合，教材内容会明显感到偏多、偏深、偏广，为教和学双方都带来了一定的困难。
　　此外，“信号与系统”课程既有着很强的数学味道，又具有很强的工程应用背景，因此，为了适应高等教育大众化的趋势，使普通高校尤其是应用型本科高校电子信息类专业的学生能够真正学到最为有用的知识，编撰一本与之相适应的《信号与系统》教材就非常必要了。本书是作者多年教学经验的总结，它以高等工程应用型本科学生为教学对象；对教学内容进行了精心的整合，讲述了确定性信号通过连续时间线性时不变系统的基本概念和基本分析方法。书中突出了最重要的内容，去除了难度较大的内容，注重了理论与应用的结合。
　　与通常教材相比，本书单独设置了“重要应用论题”这一章。其内容除采样与重建、不失真传输、理想低通滤波器等外，还安排了两个精选的综合性应用实例，以说明如何将基本理论应用于工程问题。其一是分析了调幅信号通过带通谐振系统所产生的失真，由此指出了调幅制式的固有缺陷，以使学生从中领悟到基本理论在技术发展进程中所起的作用；其二是在对二进制比特流的信号表达进行说明的基础上，对其通过基带低通系统时产生的码间干扰问题从采样与重建以及不失真传输的角度进行了分析，以使学生尽早尝试从信号通过系统的观点出发分析工程应用中的复杂问题，并接触理解码间干扰这一后续课程中极为重要而又比较难以把握的概念。

《时间的低语：探索宇宙的频率与模式》 简介： 本书是一场关于宇宙底层运作法则的深度探索，它并非聚焦于某个具体的学科领域，而是试图穿透表象，去揭示支配万物运行的普适性原理——那些无处不在的“信号”与隐藏其中的“模式”。我们将一同踏上一段跨越多个知识边界的旅程，从宏观的星系演化到微观的粒子跃迁，从生命体的感知机制到人类社会的信息流动，追寻那共同的语言，理解那交织的韵律。 想象一下，宇宙就像一个巨大的乐章，而我们耳边听到的，是无数频率各异、振幅不同的“声音”。这些声音，无论是天体碰撞产生的引力波，还是神经元放电传递的电化学信号，抑或是市场经济中供需关系的波动，它们共同构成了我们所感知世界的动态图景。本书的目的，就是学会倾听这些“声音”，理解它们的生成机制，分析它们的特性，并最终预测它们的未来走向。 我们首先会从“信号的本质”出发。一个信号，究竟是什么？它是一个随时间或空间变化的量，携带着信息。这信息可以是简单的温度变化，也可以是复杂的情感表达。我们将探讨信号的多种表现形式：连续信号与离散信号，模拟信号与数字信号。理解它们的区别，是掌握信息传递的关键。例如，一段连续的音频波形，如何被转化为一系列离散的数字编码，以便在数字设备中存储和传输？这个过程本身就蕴含着深刻的原理。 接着，我们将深入“频率的语言”。很多我们认为复杂多变的现象，在频率域分析下，会呈现出惊人的简洁与规律。傅里叶变换，这个数学上的强大工具，将是我们解开频率之谜的金钥匙。它能将一个在时域上看似杂乱无章的信号，分解成一系列不同频率的正弦和余弦波的叠加。想象一下，把一首交响乐分解成每一个单独的乐器发出的声音，并且知道它们各自的音高（频率）和响度（振幅）。这种能力，让我们能更清晰地理解信号的组成成分，辨识出其中隐藏的模式。我们会看到，从图像的边缘检测到语音的降噪，频率分析都发挥着至关重要的作用。 “模式的识别与提取”是本书的核心探索方向之一。宇宙充满了各种各样的模式，从斐波那契数列在植物生长中的体现，到周期性的潮汐现象，再到复杂经济周期中的起伏。识别这些模式，意味着我们能够发现事物之间的关联，理解其内在的生成机理，甚至预测未来的发展趋势。我们将学习各种模式识别的技术，包括但不限于周期性检测、自相关分析、互相关分析等。例如，通过分析一段时间内的气象数据，我们能否识别出气候变化的周期性模式，从而更好地预测未来的天气？通过分析用户的浏览行为，我们能否识别出他们的兴趣模式，从而为他们推荐更精准的内容？ 本书还将触及“系统的构成与响应”。任何一个“系统”，都可以被看作是对输入信号进行处理并产生输出信号的“黑箱”。这个黑箱的内部结构和工作方式，决定了它如何响应外界的信号。我们将探讨线性系统与非线性系统，时不变系统与时变系统。理解系统的性质，是预测其行为的关键。例如，一个简单的弹簧-质量系统，它的振动响应是怎样的？一个复杂的金融市场系统，它的波动又受哪些因素影响？我们将通过分析系统的“冲激响应”和“阶跃响应”，来揭示它们应对外界干扰的内在规律。 在深入探讨这些基本原理的同时，本书也将“信号在不同领域中的应用”作为重要的观察视角。 在自然科学领域，我们将看到信号与模式是如何解释宇宙的运行。例如，天文观测中，望远镜捕捉到的光信号，经过分析，揭示了恒星的演化、星系的形成，甚至是暗物质的存在。地球科学中，地震波信号的传播，帮助我们了解地球内部的结构。生物学中，DNA的序列本身就是一种信息信号，而神经元之间的电化学信号传递，构成了生命体感知和运动的基础。甚至，量子世界中粒子的行为，也可以被看作是遵循某种概率信号的演化。 在工程技术领域，信号与系统的原理更是无处不在。通信工程中，无线电信号的传输与接收，构成了我们现代通信的基础。控制工程中，反馈信号的调节，确保了飞行器、机器人等设备的稳定运行。信号处理技术，更是渗透到音频、视频、医学影像等各个方面，为我们带来了更清晰的听觉，更生动的视觉，以及更精确的诊断。 在社会科学与经济学领域，虽然形式可能更为抽象，但信号与模式的概念同样至关重要。股票市场的价格波动，可以看作是反映了无数投资者信息的信号。民意调查的数据，揭示了社会群体的情感和偏好模式。社交媒体上的信息传播，更是充满了各种信号的生成、传递与衰减。理解这些信号的生成机制和传播规律，有助于我们更深入地理解社会动态和经济运行。 本书的另一大亮点在于，我们将“信号的噪声与信息的鲁棒性”作为一项重要议题。在现实世界中，几乎所有的信号都不可避免地会受到噪声的干扰。噪声，就像是信号中的杂音，会模糊信息的真实面貌。如何有效地去除噪声，提取出真正有用的信息，是信号处理领域的核心挑战。我们将学习各种滤波技术，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等，来“净化”我们的信号，使其更加清晰。同时，我们也关注信息的“鲁棒性”，即在存在噪声和干扰的情况下，信息依然能够被可靠地识别和利用的能力。 最后，本书将引导读者思考“未来信号与模式的演化趋势”。随着科技的不断发展，我们能够产生的信号越来越复杂，信息的维度也越来越高。人工智能、大数据、物联网等新兴技术，正在以前所未有的方式生成和处理着海量信号。如何在这个信息爆炸的时代，有效地捕捉、分析和利用这些信号，预测未来的发展方向，将是至关重要的课题。我们将展望未来，思考新的信号类型，新的分析方法，以及它们将如何重塑我们的世界。 《时间的低语：探索宇宙的频率与模式》是一本面向所有对世界充满好奇心，渴望理解事物背后深层规律的读者。它不是一本教条式的教科书，而更像是一次引人入胜的思维探险。通过本书，您将学会用一种全新的视角去审视我们所处的这个动态而迷人的世界，学会倾听那无处不在的“信号”，解读那错综复杂的“模式”，最终，更好地理解“时间”这首永恒乐章的低语。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受就是它的“实用性”。在阅读过程中，我常常能联想到我在实际工作中遇到的各种问题，而书中的内容恰好能为我提供解决思路和理论支撑。作者在讲解时，并没有过多地纠缠于纯粹的数学理论，而是将重点放在了如何利用这些理论来分析和解决工程问题上。例如，在介绍采样定理时，书中详细讲解了数字信号处理中的欠采样和过采样问题，以及如何根据实际需求选择合适的采样率。在讨论滤波器设计时，书中不仅介绍了理想滤波器的原理，还深入讲解了实际应用中常用的Butterworth、Chebyshev等滤波器类型，并给出了相应的计算方法和设计实例。书中还有专门的章节讲解了信噪比、误码率等通信系统中的关键性能指标，以及如何通过信号处理技术来改善这些指标。这些内容对于从事通信、电子、自动化等领域的工程师来说，具有极高的参考价值。书中的代码示例（虽然不是直接的编程代码，但有详细的算法描述）也非常有用，能够帮助我将书本知识转化为实际操作。总之，这是一本能够“落地”的书，它不仅能拓展我的理论视野，更能提升我的工程实践能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇就给我一种扑面而来的经典感，仿佛回到了我大学时代初次接触这门课程的青涩时光。章节的编排逻辑清晰得令人赞叹，从最基础的信号分类、时域分析，一步步深入到傅里叶变换、拉普拉斯变换这些核心概念，再到卷积、系统稳定性等关键内容，整个脉络顺畅无比。作者在讲解抽象概念时，并没有止步于理论的罗列，而是穿插了大量的工程实例，比如音频信号的处理、通信系统的建模等，这让原本枯燥的数学公式瞬间变得生动形象。我特别喜欢书中对时域和频域之间相互转化的深入剖析，这种视角切换能力对于理解许多信号处理的精髓至关重要。书中提供的例题和习题也极具代表性，涵盖了各种难度的题目，有些题目甚至引发了我更深层次的思考，让我对信号与系统的内在联系有了更深刻的认识。这本书的语言风格严谨而不失温度，既有学术的深度，又不乏人文的关怀，阅读过程中，我仿佛能感受到作者在字里行间传达的严谨治学态度和对这门学科的热爱。整体而言，这是一本能够引导初学者入门，又能让有一定基础的读者温故知新的优秀教材，它的价值远不止于教材本身，更在于它培养了我独立分析和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对复杂的数学模型和抽象理论感到头疼，但这本书的出现彻底改变了我的看法。作者以一种非常直观和生动的方式，将信号与系统这个看似艰深的领域呈现在我面前。开篇并没有直接抛出复杂的公式，而是从生活中的例子入手，比如钟摆的摆动、声音的传播，这些贴近生活的引入，瞬间拉近了我与书本的距离。然后，通过循序渐进的方式，逐步介绍信号的各种性质、系统如何响应这些信号，并巧妙地引入了傅里叶级数和傅里叶变换等核心工具。让我印象深刻的是，书中大量使用了图形化的解释，通过波形图、频谱图等直观的视觉呈现，让我能够轻松理解信号的变换过程以及系统对信号的影响。此外，作者还花了很大篇幅讲解了卷积定理，并用通俗易懂的语言解释了其物理意义，这在很多同类书籍中是很难见到的。书中的许多插图都经过精心设计，能够清晰地展示概念之间的联系，极大地降低了理解难度。即使是我这样非科班出身的读者，也能在阅读过程中找到乐趣，并且感受到知识点是如何一步步构建起来的，而不是被动地接受信息。总的来说，这是一本非常适合那些希望深入了解信号与系统，但又对传统理论学习方式感到畏惧的读者的书籍。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在理论的深度和广度上都达到了一个令人惊叹的水平。它不仅仅是一本入门读物，更是一本可以作为长期参考的工具书。作者对每一个概念的阐述都力求严谨和精确，并且在关键之处引用了大量经典的文献和研究成果，这使得本书的理论基础非常扎实。从线性时不变系统（LTI）的基本性质，到差分方程和微分方程的解法，再到Z变换和离散时间傅里叶变换（DTFT）的应用，每个部分都进行了深入的探讨。我尤其欣赏书中对系统稳定性判据的详细分析，以及如何通过根轨迹图和奈奎斯特图等方法来分析系统的动态特性。这些内容对于理解现代控制理论和通信系统设计都至关重要。另外，本书在讲解概率信号和随机过程的部分，也提供了非常详尽的论述，包括平稳随机过程、功率谱密度以及维纳滤波等内容，这些都为后续更高级的信号处理课程打下了坚实的基础。虽然有些章节的数学推导过程相对复杂，需要读者具备一定的数学功底，但作者在其中也给出了清晰的步骤和解释，并且在每章末尾都提供了具有挑战性的习题，能够有效检验读者的理解程度。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的最大启示是，信号与系统绝非仅仅是枯燥的数学公式和抽象的概念集合，它更是一门连接现实世界与抽象数学的桥梁。作者在描述每一个理论时，都会试图追溯其出现的历史背景和解决的实际问题，这让我看到了科学发展的脉络和智慧的闪光。例如，在介绍傅里叶变换时，书中就详细讲述了傅里叶如何利用三角级数来研究热传导问题，以及这一方法如何被推广到更广泛的信号分析领域。这种叙事性的讲解方式，让我对知识的理解更加深刻，并且能够体会到数学工具的强大和优雅。书中还涉及了一些关于系统辨识和模型简化的问题，这让我意识到，在复杂的现实世界中，如何找到最简洁有效的模型来描述现象，是科学家和工程师们永恒的课题。此外，本书在结尾部分还对一些前沿的信号处理技术进行了展望，比如自适应信号处理、小波分析等，这激发了我继续深入学习和探索的兴趣。总而言之，这本书不仅仅是在传授知识，更是在培养一种科学思维方式，一种用系统和信号的视角去观察和理解世界的独特能力，让我受益匪浅。