教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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任利华，初玲 编

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• 信号与系统
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• 通信工程
• 自动化
• 电路分析
• 数理基础

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111340676

版次：1

商品编码：11049200

品牌：机工出版

开本：16 开

出版时间：2012-07-01

内容简介

《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》在认真总结“信号与系统”课程以往的理论教学与实训教学的基础上精心编写，以培养一线高级技术应用型专门人才为目标，更好地体现了高等职业技术教育教学的特点。本书结合高等职业技术教育教学改革的经验，通过实训练习，使高职高专学生更好地掌握所学内容，达到提高实践操作能力的目的。
《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》全面介绍了信号与系统相关实训内容，共分为11章，包括实验设备及Matlab介绍、信号的基本知识、连续信号的时域分析、线性时不变系统、连续系统的时域分析、连续信号的频域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析、离散系统的时域分析与z域分析、系统特性测量和反馈系统。
本书可用做电子信息类和通信类等专业的实训教材，特别适合作为高职高专的教材使用。各院校可根据专业特点、实训教学时数等具体情况对其内容进行适当调整和增减。

目录

前言
第1章 实验设备及Matlab介绍
1.1 ACCC�并驛型实验平台
1.2 信号产生模块
1.3 Matlab相关知识
1.3.1 Matlab介绍
1.3.2 Matlab集成环境
1.3.3 Matlab编程基础

第2章 信号的基本知识
2.1 信号的基本概念
2.2 常用信号的分类与观察
2.2.1 信号的分类
2.2.2 实验部分
2.3 用Matlab描述常用信号

第3章 连续信号的时域分析
3.1 信号的基本运算
3.1.1 理论介绍
3.1.2 实验部分
3.2 信号的分解与合成
3.2.1 信号分解与合成的基本知识
3.2.2 信号分解与合成实验

第4章 线性时不变系统
4.1 系统的概念和分类
4.2 线性时不变系统的基本性质
4.3 线性时不变系统的验证

第5章 连续系统的时域分析
5.1 零输入响应与零状态响应分析
5.1.1 零输入响应与零状态响应的相关知识
5.1.2 零输入响应与零状态响应实验
5.2 Matlab用于连续系统的时域分析
5.3 微分方程求解的电路仿真

第6章 连续信号的频域分析
6.1 用Matlab求信号的傅里叶变换
6.1.1 信号的傅里叶变换
6.1.2 用Matlab求信号的傅里叶变换实验
6.2 用Matlab分析信号的频谱特性
6.2.1 信号的频谱特性
6.2.2 用Matlab分析信号的频谱特性实验
6.2.3 Matlab用于系统函数的频率分析实验

第7章 连续系统的频域分析
7.1 一阶电路和二阶电路
7.2 串并联谐振的基本知识
7.2.1 串联谐振电路
7.2.2 二阶串联、并联谐振电路实验
7.3 模拟滤波器
7.3.1 模拟滤波器基础知识
7.3.2 模拟滤波器实验
7.4 信号的调制与解调
7.4.1 信号调制与解调的基本知识
7.4.2 AM调制与解调实验
7.5 频分多路复用
7.5.1 频分多路复用的基本知识
7.5.2 频分多路复用实验
7.6 信号的采样与恢复
7.6.1 信号采样与恢复的基础知识
7.6.2 信号的采样与恢复实验

第8章 连续系统的复频域分析
8.1 连续时间信号的拉普拉斯变换
8.1.1 拉普拉斯变换的相关知识
8.1.2 用Matlab求连续时间信号的拉普拉斯变换
8.2 Matlab方法用于系统函数零、极点分析
8.2.1 系统函数的零、极点分析
8.2.2 系统稳定性判定
8.2.3 实验部分

第9章 离散系统的时域分析和z域分析
9.1 基于Matlab的离散系统时域分析
9.2 基于Matlab的离散系统z域分析

第10章 系统特性测量
10.1 一阶系统特性测量
10.2 二阶系统特性测量

第11章 反馈系统
11.1 反馈与控制
11.1.1 控制系统的分类
11.1.2 闭环控制系统的分类
11.2 反馈系统与系统频响特性实验
11.3 RC振荡器特性测量
附录
参考文献

精彩书摘

　　6.实验内容 将信号产生器的工作模式设置为11。（1）观察指数信号通过信号选择键1，设置A组输出为指数信号（此时信号输出指示灯为000000）。用示波器测量“信号A组”的输出信号。观察指数信号的波形，并测量参数a、K的值，分析指数信号的特点。（2）观察正弦信号通过信号选择键1，设置A组输出为正弦信号（此时A组信号输出指示灯为000101）。用示波器测量“信号A组”的输出信号。利用示波器观察正弦信号的波形，测量并分析其对应的振幅K、角频率ω。（3）观察指数衰减信号（正频率） 通过信号选择键l，设置A组输出为指数衰减余弦信号（此时信号输出指示灯为000001），用示波器测量“信号A组”的输出信号。通过信号选择键2，设置B组输出为指数衰减正弦信号（此时信号输出指示灯为000010），用示波器测量“信号B组”的输出信号。（4）观察Sa（t）信号通过信号选择键1，设置A组输出为Sa（t）信号（此时信号输出指示灯为000111），用示波器测量“信号A组”的输出信号，并通过示波器分析信号的参数。（5）观察钟形信号（高斯信号） 通过信号选择键1，设置A组输出为钟形信号（此时信号输出指示灯为001000），用示波器测量“信号A组”的输出信号，并通过示波器分析信号的参数。（6）观察脉冲信号通过信号选择键1，设置A组输出为间隔正负脉冲信号（此时信号输出指示灯为001101），并分析其特点。（7）观察方波信号通过信号选择键1，设置A组输出为连续正负脉冲信号（此时信号输出指示灯为001001），即方波信号，用示波器观察其输出波形，并分析方波信号的特点。7.实验思考 1）分析指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa（t）信号、钟形信号、脉冲信号的特点。2）测量指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa（t）信号、钟形信号、脉冲信号的波形参数。

前言/序言

信号与系统：原理探索与应用实践 内容简介 本书旨在深入浅出地剖析信号与系统的基本理论，并结合丰富的实际应用案例，引导读者掌握信号分析、系统建模、以及信号在不同系统中的行为特性。本教材面向高等职业教育，特别注重理论与实践的结合，通过理论讲解、数学推导、图示分析以及大量的工程实践示例，帮助学习者构建扎实的专业基础，并具备解决实际工程问题的能力。 第一部分：信号的描述与分类 本部分将从最基础的概念入手，详细介绍信号的定义、性质以及分类。我们将探讨各类信号的数学表示方法，包括连续时间信号和离散时间信号，例如： 连续时间信号： 信号在时间轴上是连续的，取值可以是任意实数。我们将深入研究以下几种常见的连续时间信号： 单位阶跃信号 u(t)： 在 t ≥ 0 时取值为 1，在 t < 0 时取值为 0。它是描述开关动作、信号开启等过程的基本信号。我们会分析其数学表达式、图形特征以及在积分和微分运算中的特性。 单位冲激信号 δ(t)： 在 t = 0 时取值为无穷大，其他时刻取值为 0，但其在整个时间轴上的积分值为 1。它代表了一个瞬时发生的、无限幅度的信号，在系统响应分析中至关重要。我们将通过其“采样”特性和与一般函数的积分关系来理解其本质。 指数信号 e^(at)： 描述了信号的增长或衰减趋势，常用于分析振荡、衰减等现象。我们会讨论 a 为实数和复数时的情况，分析其对应的衰减、增长或振荡行为。 正弦信号 A cos(ωt + φ) 或 A sin(ωt + φ)： 描述了周期性的、振荡的信号，广泛应用于通信、音频、机械振动等领域。我们将详细讲解其幅度 A、角频率 ω、初相位 φ 的含义，以及它们如何影响信号的波形和特性。 周期信号： 自身会重复出现的信号，周期性是信号分析中的一个重要概念。我们将定义周期信号的周期 T 和基频 ω₀，并介绍傅里叶级数对其的分解。 非周期信号： 不具备周期性的信号。对于这类信号，我们将引入傅里叶变换的概念。 离散时间信号： 信号在时间轴上是离散的，只能在特定的时间点取值，通常用整数 n 表示。我们将重点分析： 单位阶跃序列 u[n]： 在 n ≥ 0 时取值为 1，在 n < 0 时取值为 0。 单位冲激序列 δ[n]： 在 n = 0 时取值为 1，其他时刻取值为 0。 离散时间指数信号 a^n。 离散时间正弦信号 A cos(Ωn + φ) 或 A sin(Ωn + φ)： 其中 Ω 是数字角频率。 此外，本部分还将深入探讨信号的各种性质，包括： 奇偶性： 信号是关于时间轴对称（偶信号）还是反对称（奇信号），这在傅里叶级数和傅里叶变换的性质中具有重要意义。 周期性： 信号是否会重复出现，周期及其基频的确定。 能量与功率： 信号的能量 E = ∫|x(t)|² dt 和功率 P = lim┬T→∞┬ 1/T ∫[-T/2, T/2] |x(t)|² dt 的计算，用于衡量信号的强度。 对称性： 除了奇偶性，还有其他形式的对称性，如中心对称等。 通过对信号的深入理解，学习者将为后续的系统分析打下坚实基础。 第二部分：系统的基本概念与分类 本部分将聚焦于“系统”这一核心概念，理解系统如何处理输入信号并产生输出信号。我们将从系统的定义出发，详细介绍不同类型的系统及其特性： 系统的定义： 系统是一个能够接受输入信号并产生相应输出信号的实体。它可以是模拟电路、数字处理器、通信链路，甚至是一个经济模型。 系统的分类： 线性系统 (Linear Systems)： 满足叠加原理（齐次性和可加性）。即，若输入 x₁(t) 产生输出 y₁(t)，输入 x₂(t) 产生输出 y₂(t)，则输入 ax₁(t) + bx₂(t) 会产生输出 ay₁(t) + by₂(t)。线性系统是信号与系统理论中最重要的一类系统，因为许多复杂的系统都可以近似为线性系统，并且其分析方法也相对成熟。 非线性系统 (Nonlinear Systems)： 不满足叠加原理的系统。 时不变系统 (Time-Invariant Systems)： 系统的特性不随时间而改变。即，若输入 x(t) 产生输出 y(t)，则输入 x(t-t₀) 会产生输出 y(t-t₀)。时不变性意味着系统的行为模式是一致的，无论何时施加相同的输入，输出的形状都会被简单地延迟。 时变系统 (Time-Variant Systems)： 系统的特性随时间而改变。 因果系统 (Causal Systems)： 系统的输出只取决于当前和过去的输入，而不取决于未来的输入。这是实际系统中普遍存在的特性，例如，一个设备在某个时刻的输出不可能依赖于未来才能知道的输入。 非因果系统 (Non-causal Systems)： 系统的输出可能取决于未来的输入。在实际应用中较少见，但可能出现在信号处理的某些特定算法中。 稳定性系统 (Stable Systems)： 对于有界的输入，系统的输出也是有界的。我们将探讨不同类型的稳定性，如 BIBO稳定性（有界输入，有界输出）。 动态系统 (Dynamic Systems)： 系统的输出不仅取决于当前输入，还取决于过去的输入或系统的内部状态（记忆）。 无记忆系统 (Memoryless Systems)： 系统的输出仅取决于当前输入。 我们将通过具体的例子，如电阻、电容、电感组成的电路，以及数字滤波器等，来阐释这些系统分类的含义和辨别方法。 第三部分：系统分析的核心工具——卷积 卷积是信号与系统理论中最核心、最强大的数学工具之一，它描述了线性时不变（LTI）系统如何响应输入信号。本部分将详细介绍卷积的概念、计算方法及其在系统分析中的应用： 卷积的定义： 连续时间卷积： y(t) = x(t) h(t) = ∫[-∞, ∞] x(τ) h(t-τ) dτ，其中 h(t) 是系统的冲激响应。 离散时间卷积： y[n] = x[n] h[n] = Σ[k=-∞, ∞] x[k] h[n-k]，其中 h[n] 是系统的冲激响应。 冲激响应 h(t) 或 h[n]： LTI系统的“指纹”，完全表征了该系统的行为。通过了解系统的冲激响应，我们就能预测它对任何输入信号的响应。 卷积的几何解释： 形象地理解卷积过程，包括信号翻转、滑动和相乘求积。 卷积的性质： 交换律、结合律、分配律等，以及这些性质在简化计算中的作用。 利用卷积求解系统输出： 通过已知输入信号 x(t) 和系统冲激响应 h(t)（或 h[n]），计算系统输出 y(t)（或 y[n]）。我们将提供具体的计算示例，演示如何进行手算和利用工具进行计算。 卷积定理： 在频域中，卷积运算转化为乘积运算，极大地简化了分析。 第四部分：频域分析——傅里叶变换与傅里叶级数 频域分析是理解信号及其在系统中的行为的关键。本部分将介绍傅里叶变换和傅里叶级数，它们能够将时域信号分解成不同频率的正弦分量的组合： 傅里叶级数 (Fourier Series)： 用于表示周期信号。 三角形式傅里叶级数： 将周期信号表示为直流分量、余弦和正弦函数的叠加。 指数形式傅里叶级数： 更紧凑的表示形式，方便计算和推导。 傅里叶级数的收敛性： 讨论狄利克雷条件。 傅里叶级数的应用： 分析周期信号的频谱特性，理解其包含的频率成分。 傅里叶变换 (Fourier Transform)： 用于表示非周期信号。 傅里叶变换的定义： X(jω) = ∫[-∞, ∞] x(t) e^(-jωt) dt。 傅里叶逆变换： x(t) = (1/2π) ∫[-∞, ∞] X(jω) e^(jωt) dω。 傅里叶变换的性质： 线性、时移、频移、尺度变换、微分、积分、卷积定理等。这些性质是进行傅里叶分析的关键工具。 傅里叶变换的应用： 分析非周期信号的频谱，理解信号的频率内容。 周期信号的傅里叶变换： 周期信号的傅里叶变换是离散的冲激序列。 典型信号的傅里叶变换对： 学习常见的信号及其傅里叶变换，如矩形脉冲、指数衰减信号、冲激信号等。 功率谱密度 (Power Spectral Density, PSD) 和能量谱密度 (Energy Spectral Density, ESD)： 描述信号的功率或能量在频率上的分布。 第五部分：系统在频域的响应——系统函数与频率响应 在频域中，LTI系统的行为可以用系统函数（传递函数）和频率响应来描述，这大大简化了系统的分析： 系统函数 H(s)： 在拉普拉斯域中，系统函数是输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比：H(s) = Y(s) / X(s)。它包含了系统的所有动态特性。 频率响应 H(jω)： 当输入信号是复指数信号 e^(jωt) 或正弦信号时，系统函数 H(s) 中的 s 用 jω 替换得到的 H(jω) 就是系统的频率响应。 幅频特性 |H(jω)|： 描述了系统对不同频率信号的幅度放大或衰减程度。 相频特性 ∠H(jω)： 描述了系统对不同频率信号的相位延迟。 系统函数与冲激响应的关系： 系统函数 H(s) 是冲激响应 h(t) 的拉普拉斯变换，而频率响应 H(jω) 是冲激响应 h(t) 的傅里叶变换。 利用频率响应分析系统行为： 通过幅频和相频特性曲线，可以直观地了解系统的滤波特性（低通、高通、带通、带阻）、稳定性等。 拉普拉斯变换 (Laplace Transform)： 作为更通用的分析工具，拉普拉斯变换可以处理更广泛的信号和系统，包括不稳定系统。我们将介绍拉普拉斯变换的定义、性质以及如何利用它来求解微分方程和分析系统。 单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换。 收敛域 (Region of Convergence, ROC)。 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系。 第六部分：离散时间信号与系统分析 本部分将介绍离散时间信号和系统的分析方法，这是数字信号处理和现代通信系统的基础： 离散傅里叶变换 (Discrete Fourier Transform, DFT)： 适用于对离散时间有限长信号进行频谱分析。 DFT 的定义和性质。 快速傅里叶变换 (Fast Fourier Transform, FFT)： 高效计算 DFT 的算法，是数字信号处理中的基石。 Z 变换 (Z-Transform)： 离散时间系统分析的有力工具，类似于连续时间的拉普拉斯变换。 Z 变换的定义和性质。 收敛域 (ROC)。 系统函数 H(z) 和频率响应 H(e^(jΩ))。 离散时间系统的表示： 差分方程： 描述离散时间系统输入输出关系的方程。 单位脉冲响应 h[n]。 传递函数 H(z)。 离散时间系统的稳定性： 基于 Z 变换的 ROC 和系统函数零极点位置来判断。 第七部分：实际应用与工程实践 本部分将结合实际工程案例，展示信号与系统理论在各个领域的应用，帮助学习者将理论知识转化为解决实际问题的能力： 通信系统： 调制与解调： 如何将信息信号叠加到载波上进行传输，以及如何在接收端恢复原始信息。 信道模型： 信号在传输过程中遇到的衰减、噪声等影响。 滤波器设计： 在通信系统中用于去除噪声、选择特定频率信号。 音频信号处理： 音频编码与解码： 如 MP3 格式的压缩原理。 音频效果器： 如回声、混响、均衡器等的设计。 语音识别与合成。 图像处理： 图像滤波： 如锐化、模糊、去噪等。 图像压缩： 如 JPEG 格式的原理。 边缘检测。 控制系统： 系统建模与分析： 利用系统函数分析反馈控制系统的稳定性。 PID 控制器设计。 其他应用： 医学信号处理： 如心电图 (ECG)、脑电图 (EEG) 的分析。 地震信号分析。 经济模型分析。 实训环节 本书的实训部分将提供一系列动手实践的案例，旨在巩固理论知识，提升实践技能： 使用仿真软件（如 MATLAB/Simulink, Python SciPy/NumPy/Matplotlib）进行信号生成与分析： 生成各种基本信号（阶跃、冲激、正弦、指数等）。 绘制信号的时域和频域图形。 计算信号的能量和功率。 实现和分析线性时不变系统： 利用卷积计算系统的输出。 设计并仿真简单的滤波器（如 RC 滤波器、FIR 滤波器、IIR 滤波器）。 观察滤波器的幅频和相频特性。 应用傅里叶变换进行频谱分析： 分析实际采集到的信号（如声音、振动信号）的频谱。 识别信号中的主要频率成分。 离散时间信号处理的实践： 利用 FFT 分析离散信号的频谱。 设计和仿真简单的数字滤波器。 基于实际数据的系统辨识： 利用实验数据估计系统的冲激响应或传递函数。 通过理论学习与动手实践相结合，读者将能够深刻理解信号与系统的核心概念，掌握分析和设计各类信号处理系统的方法，为未来在相关工程领域的学习和工作打下坚实的基础。本书内容循序渐进，适合高等职业教育层次的学习者，同时也为对信号与系统感兴趣的初学者提供一条清晰的学习路径。

评分☆☆☆☆☆

对于我这个信号与系统专业的初学者来说，《信号与系统理论和实训》这本书简直是雪中送炭。我之前看过几本相关的教材，但总觉得要么理论过于深奥，要么例子太少，很难找到学习的切入点。这本教材的“实训”二字吸引了我，我非常期待它能帮助我理解那些抽象的概念。我希望书中的实验部分能够从最基础的信号生成和操作开始，比如如何用代码生成不同类型的信号（正弦波、方波、冲激信号等），如何对信号进行采样和量化，以及如何观察这些操作对信号波形和频谱的影响。我还希望它能指导我们实现一些基本的系统，比如滤波器（低通、高通、带通）的设计和仿真，以及如何分析系统的时域和频域响应。如果能够有一些项目式的实训，让我们能够将所学知识整合起来，解决一个小型的问题，比如设计一个简单的信号发生器或者音频处理器，那将是非常有帮助的。我希望这本书能够让我真正地“动手”起来，而不是仅仅停留在“看懂”的阶段。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《信号与系统理论和实训》的时候，我是一名在某通信设备公司工作的工程师，主要负责嵌入式系统的开发。在工作中，我经常会遇到需要对采集到的传感器数据进行滤波、分析，甚至信号的调制解调等操作。虽然我大学时学过信号与系统，但工作几年下来，很多细节都有些模糊了，而且课堂上学到的很多内容，在实际工程中如何应用，一直是我比较困惑的地方。这本书的书名中带有“理论和实训”，这正是我目前最需要的。我特别希望这本书能够在理论讲解的基础上，提供一些非常贴近实际工程场景的案例，并且能够提供一些具体的实操指导。例如，如何利用数字信号处理的方法来优化雷达信号的检测，或者如何设计一个高效的音频编码器。如果它能提供一些使用MATLAB/Simulink或者Python等工具进行仿真的具体步骤和代码示例，那就更完美了。这样我就能将书本上的知识快速地迁移到我的工作中，提升我的开发效率和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这次拿到这本《信号与系统理论和实训》，说实话，我是抱着一种期待又有点忐忑的心情翻开的。我是一名即将毕业的电气工程专业的学生，信号与系统这门课可以说是我们专业的核心，但说实话，大学课堂上讲授的内容往往比较抽象，很多时候只能停留在理论层面，到了实际操作环节就显得捉襟见肘。我希望这本教材能给我带来一些不同，尤其是在“实训”二字上。翻了翻目录，看到章节的划分还算比较清晰，从基础的信号分类、系统特性，到傅里叶变换、拉普拉斯变换这些核心内容，再到一些实际应用，逻辑性似乎不错。我比较关注的是那些案例分析和实验指导部分，希望它们能将枯燥的理论与实际工程问题联系起来，比如如何用信号与系统的知识去分析一个音频信号的频率成分，或者如何设计一个滤波器来去除噪声。如果教材中的例子能够贴近实际工程中的常见问题，并且实验环节的设计能够指导我们动手去实现，那就太好了。期待它能让我对信号与系统的理解更上一层楼，不仅仅是考试的工具，更能成为解决工程实际问题的利器。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在备考研究生的学生，信号与系统是我的重点复习科目。以往的复习经验告诉我，光靠死记硬背公式是远远不够的，理解理论的内涵以及掌握其应用才是关键。这本书《信号与系统理论和实训》的标题本身就非常有吸引力，尤其是“实训”二字，让我看到了它与一般理论教材的不同之处。我希望这本书能够在每一个重要理论点之后，都提供相关的图示、分析或者实际案例。例如，在讲解傅里叶变换时，我希望它能展示不同类型信号的傅里叶变换结果，并解释其物理意义，而不是仅仅罗列公式。同时，我更期待书中的“实训”部分能够指导我如何利用现有的工具（比如MATLAB）来验证这些理论。我想看到具体的代码实现，以及如何通过观察仿真结果来加深对理论的理解。如果书中能包含一些历年考研真题的解析，并且将这些题目与书中的理论和实训内容相结合，那将对我准备考试非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一个已经离开校园多年的电子爱好者，我一直对信号与系统这个领域抱有浓厚的兴趣，但碍于缺乏系统的学习和实践机会，一直未能深入。这次偶然发现了《信号与系统理论和实训》这本书，让我眼前一亮。我非常欣赏其“理论与实训”相结合的思路，这正是我这种自学者所需要的。我希望这本书能够从非常基础的科普性内容讲起，循序渐进地引导我进入信号与系统的世界。我希望书中的理论部分能够用通俗易懂的语言解释复杂的概念，避免过多的专业术语和复杂的数学推导，而是侧重于直观的理解。在实训部分，我期待能够看到一些简单易行的小实验，这些实验最好能够利用一些常见的电子元件或者简单的开发板（比如Arduino），让我能够亲手搭建一些简单的信号处理电路，观察信号的变化。例如，如何用电阻电容搭建一个简单的低通滤波器，如何用运算放大器实现信号的放大或衰减，或者如何用简单的数码管显示一个信号的幅度变化。我希望通过这些实践，能够建立起我对信号与系统的感性认识。