信号与系统/普通高等教育“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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宋家友 编

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• 信号与系统
• 电路分析
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• 工科
• 电工学
• 模拟信号
• 数字信号

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118090345

版次：1

商品编码：11343877

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2013-10-01

用纸：胶版纸

页数：292

正文语种：中文

内容简介

　　《信号与系统/普通高等教育“十二五”规划教材》主要阐述确定性信号的时域分析和变换域分析，线性时不变系统的描述、性质以及信号通过线性时不变系统的时域分析和变换域分析，同时信号与系统的分析中引入了MATIAB仿真工具。本教材采用连续和离散并行、先时域后变换域的体系结构，全面系统地论述了信号与系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，主要内容包括信号与系统概述，连续系统的时域分析，离散时间信号与系统的时域分析，时间信号与系统的频域分析，连续时间信号与系统的复频域分析，离散时间信号与系统的复频域分析和系统的状态变量分析。
　　《信号与系统/普通高等教育“十二五”规划教材》可作为高等学校电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术、光电信息工程、测控技术与仪器、物联网工程及自动化等专业“信号与系统”课程的教材，也可供相关科技工作者自学参考使用。

目录

第1章 信号与系统概述
1.1 信号与系统基本概念
1.1.1 信号基本概念
1.1.2 系统基本概念
1.2 连续时间信号及分类
1.2.1 确定性信号和随机信号
1.2.2 连续和分段连续时间信号
1.2.3 实信号与复信号
1.2.4 周期信号与非周期信号
1.2.5 能量信号和功率信号
1.2.6 MATLAB实现常见标准信号波形
1.3 连续时间信号的基本运算
1.3.1 信号的加、减、乘运算
1.3.2 信号的时间变换运算
1.3.3 尺度变换（横坐标展缩）
1.3.4 微分与积分运算
1.3.5 MATLAB实现信号的时域运算和变换
1.4 奇异信号
1.4.1 阶跃函数
1.4.2 冲激函数
1.5 连续系统描述方法
1.5.1 系统的解析描述——建立微分方程
1.5.2 系统的框图描述——物理模型
1.6 系统的分类及性质
1.6.1 连续系统与离散系统
1.6.2 动态系统与即时系统
1.6.3 线性系统与非线性系统
1.6.4 时不变系统与时变系统
1.6.5 因果系统与非因果系统
1.6.6 稳定系统与不稳定系统
1.6.7 Im系统的微分特性和积分特性
*1.7 LTI系统分析概述
本章小结
习题

第2章 连续系统的时域分析
2.1 LTI连续系统的全响应
2.1.1 微分方程的形式与全响应
2.1.2 0一和0+初始值
2.2 LTI连续系统的零输入响应和零状态响应
2.3 系统的单位冲激响应和单位阶跃响应及其求解
2.3.1 单位冲激响应
2.3.2 单位阶跃响应
2.4 LTI连续系统时域分析的MAⅡAB实现
2.4.1 用MATTJAB实现LTI连续系统的时域波形仿真
2.4.2 用MATLAB实现LTI连续系统的冲激响应
2.4.3 用MATLAB实现LTl连续系统的单位阶跃响应
2.5 卷积积分
2.5.1 卷积积分的概念
2.5.2 卷积积分的图解法
2.5.3 卷积积分的性质
2.5.4 用MATLAB实现卷积积分
本章小结
习题二

第3章 离散时间信号与系统的时域分析
3.1 离散时间信号
3.1.1 离散时间信号
3.1.2 常用离散信号
3.1.3 离散信号的基本运算
3.1.4 基于MATIJAB的离散信号分析
3.2 离散时间系统
3.2.1 离散时间系统的描述
3.2.2 差分方程的求解
3.2.3 零输入响应和零状态响应
3.2.4 单位脉冲响应h（n）
3.2.5 基于MATLAB的离散系统分析
3.3 离散系统的零状态响应一卷积和
3.3.1 卷积和的定义
3.3.2 卷积和的解法
3.3.3 卷积和的性质
3.3.4 MATLAB求解卷积和
3.4 离散LTI系统因果性与稳定性的判断
本章小结
习题三

第4章 时间信号和系统的频域分析
4.1 连续时间周期信号的频谱分析——傅里叶级数
4.1.1 三角形式的傅里叶级数
4.1.2 指数形式的傅里叶级数
4.1.3 傅里叶级数的MATLAB仿真
4.1.4 傅里叶系数
4.2 周期信号的频谱
4.2.1 典型周期信号的频谱
4.2.2 周期信号频谱的MATLAB实现
4.3 连续时间非周期信号的频谱——傅里叶变换
4.3.1 连续时间信号的傅里叶变换
4.3.2 典型非周期信号的频谱
4.3.3 傅里叶变换的MATLAB实现
4.4 傅里叶变换的性质
4.5 抽样定理
4.5.1 信号的抽样
4.5.2 信号时域抽样的MATLAB实现
4.5.3 时域抽样定理
4.5.4 信号的频域抽样
4.6 LTI系统的频域分析
4.6.1 频率响应
4.6.2 连续周期信号通过系统响应的频域分析
4.6.3 无失真传输
4.6.4 理想低通滤波器
4.6.5 利用MATIJAB分析连续时间系统的频域特性
4.7 离散时间信号的频域分析
4.7.1 周期序列的离散时间傅里叶级数（DFs）
4.7.2 非周期序列的离散时间傅里叶变换（DTFT）
本章小结
习题四

第5章 连续时间信号与系统的复频域分析
5.1 拉普拉斯变换
5.1.1 从傅里叶变换到拉普拉斯变换
5.1.2 收敛域
5.1.3 单边拉普拉斯变换
5.1.4 常用信号的拉普拉斯变换
5.1.5 拉普拉斯变换的MATLAB实现
5.2 拉普拉斯变换的基本性质
5.3 逆变换
5.3.1 部分分式展开法
5.3.2 结论与性质法
5.3.3 拉普拉斯逆变换的MATLAB实现
5.4 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系
5.5 系统的复频域分析
5.5.1 拉普拉斯变换解微分方程
5.5.2 系统的s域框图
5.5.3 电路的s域模型
5.6 系统函数
5.6.1 系统函数的概念
5.6.2 互联系统的系统函数
5.6.3 基于MATLAB的系统函数求解
5.7 系统函数的分析
5.7.1 系统函数的零极点
5.7.2 系统函数与单位冲激响应
5.7.3 系统函数与频率响应
5.7.4 因果性
5.7.5 稳定性
5.7.6 基于MATLAB的系统函数分析
本章小结
习题五

第6章 离散时间信号与系统的复频域分析.
6.1 Z变换的定义与收敛域
6.1.1 Z变换的定义
6.1.2 序列特性对收敛域的影响
6.2 逆Z变换
6.2.1 留数法
6.2.2 部分分式法
6.2.3 MATLAB实现信号的z变换和逆z变换
6.3 Z变换的性质
6.4 拉普拉斯变换、傅里叶变换与z变换的关系
6.4.1 Z变换和拉普拉斯变换的联系
6.4.2 Z变换与傅里叶变换的联系
6.5 利用Z变换解差分方程
6.5.1 零输入响应的求解
6.5.2 零状态响应的求解
6.5.3 离散系统的系统函数
6.6 系统的零、极点分布对系统特性的影响
6.6.1 系统的极点分布对离散系统因果稳定性的影响
6.6.2 系统的极、零点分布对系统频率响应特性的影响
6.6.3 用MATLAB实现求系统的频率响应函数及系统的零极点
本章小结
习题六

第7章 系统的状态变量分析
7.1 状态变量和状态方程
7.1.1 系统的状态和状态变量的概念
7.1.2 状态方程和输出方程
7.2 状态方程的建立
7.2.1 连续时间系统状态方程的建立
7.2.2 离散时间系统状态方程的建立
7.3 连续时间系统状态方程的求解
7.3.1 连续时间系统状态方程的时域解法
7.3.2 连续时间系统状态方程的s域解法
7.4 离散时间系统状态方程的求解
7.4.1 时域解法
7.4.2 Z变换解法
7.5 状态矢量的线性变换及系统的稳定性
7.5.1 状态矢量的线性变换
7.5.2 由状态方程判断系统的稳定性
7.6 系统的可控制性和可观测性
7.6.1 系统的可控制性
7.6.2 系统的可观测性
本章小结
习题七
部分习题答案
参考文献

前言/序言

穿越时间之河，洞悉信息之脉——《信号与系统》精研要义 在这瞬息万变的信息时代，理解信号的本质、掌握系统的运行规律，已成为探索世界、驱动创新的关键。从微观粒子振动的低语，到宏观宇宙膨胀的壮阔；从指尖划过的电子支付，到覆盖全球的通信网络；从医疗影像的精确诊断，到自动化生产线的流畅运转，无不依赖于对信号的捕捉、分析与处理，以及对系统模型的设计、优化与控制。《信号与系统》这门核心课程，便是通往这一深刻理解的必经之路。它并非简单罗列公式与定理，而是构建了一套严谨而普适的理论框架，使我们能够以一种统一的视角，审视和解析各种形式的信息及其载体。 信号——世界的语言，信息的载体 想象一下，世界是由无数种“语言”组成的，这些语言以各种形式传递着关于环境、事件、状态乃至情感的信息。在《信号与系统》的视角下，这些“语言”便是信号。信号可以是有形的，如声波的振动、光线的强度变化、电信号的电压高低；也可以是无形的，如一段数据的序列、一张图像的像素排列、一个心电图的波动曲线。它们可以是连续的，如同涓涓细流般在时间或空间上平滑过渡；也可以是离散的，如同跳动的音符，在特定的时刻或位置出现。 我们学习的起点，便是对这些信号进行分类与描述。例如，信号的奇偶性（是否关于原点对称）、周期性（是否会重复出现）以及能量或功率（信号强度随时间的累积效应）等基本属性，能够帮助我们初步判断其特性。更重要的是，信号可以被分解成更简单的基本单元，通过这些单元的组合来重构复杂的信号。傅里叶分析便是实现这一目标的强大工具，它揭示了任何周期信号都可以由一系列不同频率、幅度和相位的正弦波叠加而成，而非周期信号则可以通过积分形式的傅里叶变换来描述。这如同将一首复杂的交响乐分解成独奏乐器的旋律，使得分析和理解变得更加容易。 此外，拉普拉斯变换和Z变换作为傅里叶变换的延伸，分别适用于连续时间信号和离散时间信号，它们将时域的信号和系统映射到复频域或Z域，极大地简化了复杂系统分析中的微分方程和差分方程的求解。这些变换工具的应用，将抽象的信号转化为几何上更易于操作的代数表示，为系统的分析和设计提供了坚实的数学基础。 系统——信号的加工厂，规律的载体 如果说信号是世界的语言，那么系统就是理解和处理这些语言的“加工厂”或“翻译器”。系统接收输入信号，经过内部的运算和处理，产生输出信号。这就像一个语音识别系统，输入的是语音信号，经过内部的算法处理，输出的是文字信息。 系统的输入-输出关系是理解其行为的关键。我们通过分析系统的因果性（输出仅依赖于当前及过去的输入）、稳定性（有限的输入产生有限的输出）、线性度（满足叠加性和齐次性）和时不变性（系统的特性不随时间改变）等基本性质，来刻画其内在的运行规律。这些性质不仅有助于我们预测系统的行为，更是设计和优化系统的出发点。 为了更直观地描述一个系统，我们引入了冲激响应（单位冲激信号输入时的输出）的概念。对于线性时不变系统，其输出信号完全由输入信号与冲激响应的卷积决定。卷积操作，无论是数学上的积分（连续系统）还是求和（离散系统），都形象地展示了系统如何“记忆”并“累积”过去输入的影响来生成当前输出。它如同在时间轴上滑动一个“滤波器”，将输入的信号与系统的“记忆”进行加权叠加。 在频域视角下，系统的行为同样可以通过频率响应来理解。频率响应描述了系统对不同频率正弦信号的放大或衰减程度，以及其相位变化。这使得我们可以直观地判断一个系统是“低通”（允许低频信号通过）、“高通”（允许高频信号通过）还是“带通”（允许特定频段信号通过）。例如，音频均衡器就是一个典型的频率响应可调的系统，它允许我们调整不同频率声音的响度，从而改变音质。 从理论到实践：信号与系统的应用 《信号与系统》的价值远不止于理论的探索，它为众多工程和科学领域提供了强大的分析工具和设计方法。 通信工程： 从无线电波的调制解调，到数字信号的编码解码，再到信息传输的信道分析，信号与系统是通信系统的基石。我们如何将语音、图像等信息编码成能在噪声干扰下可靠传输的信号？如何设计滤波器来抑制干扰，提高信号质量？这些都是信号与系统要解决的核心问题。 电子工程： 滤波器、放大器、振荡器等电子电路的设计，都需要深入理解信号在电路中的传播和变换规律。通过分析电路的传递函数，我们可以精确预测其对不同信号的响应，并优化设计以满足性能要求。 控制工程： 无论是工业自动化中的机器人手臂控制，还是航空航天中的飞行器姿态稳定，都需要建立被控对象的数学模型，并设计控制器来精确控制其行为。信号与系统提供了描述动态系统和设计控制器的理论框架。 图像与语音处理： 图像的压缩、增强、识别，语音的识别、合成、降噪，都离不开对信号的各种变换和滤波操作。傅里叶变换、小波变换等工具在这些领域发挥着至关重要的作用。 生物医学工程： 心电图（ECG）、脑电图（EEG）等生理信号的分析，医学影像（如CT、MRI）的处理，都依赖于信号与系统理论来提取有用的诊断信息，并过滤掉噪声。 金融工程： 某些金融市场的价格波动也被视为一种信号，利用时间序列分析等信号处理技术，可以尝试对市场进行预测和建模。 精研之道：深入理解，融会贯通 掌握《信号与系统》这门学科，需要循序渐进，注重理解。 扎实的数学基础： 微积分、线性代数、复变函数等是理解信号与系统理论的基石。对这些数学工具的熟练运用，是解决实际问题的关键。 概念的深度理解： 不要满足于仅仅记住公式，要深入理解每个概念背后的物理意义和数学含义。例如，卷积究竟是如何体现系统对输入的“记忆”和“累积”的？频率响应如何描述系统对不同频率成分的处理能力？ 方法的灵活运用： 针对不同的问题，选择最合适的分析方法。有时在时域分析更直观，有时在频域或复频域求解更为便捷。 多角度的审视： 尝试从时域、频域、复频域等不同角度去理解同一个信号或系统。这种多角度的审视能够加深理解，并发现隐藏在表象之下的本质联系。 理论与实践的结合： 通过编程实践（如使用MATLAB、Python等工具）对各种信号和系统进行仿真分析，将抽象的理论概念转化为直观的仿真结果，能够极大地提升学习效果。理解滤波器是如何工作的，如何对信号进行频谱分析，这些通过仿真都能得到直观的验证。 《信号与系统》是一扇通往信息科学殿堂的窗口。它赋予我们一种洞察世界运行规律的视角，一种分析和解决复杂问题的能力。通过精研这门学科，我们不仅能理解那些看似神秘的信息技术是如何运作的，更能激发我们创造新的技术、设计更优的系统，从而在这个信息爆炸的时代，成为一名真正的“信息驾驭者”。这趟探索信号与系统的旅程，将带领我们穿越时间之河，洞悉信息之脉，开启无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这是一本在理论深度上做得非常出色的《信号与系统》著作。它不仅仅停留在概念的介绍，而是深入剖析了每个理论背后的数学原理，并通过严谨的推导和证明，让读者能够真正理解这些理论的来龙去脉。对于那些希望深入研究信号与系统领域的读者，这本书无疑是一笔宝贵的财富。我尤其欣赏书中对离散时间系统和连续时间系统之间联系的阐述，以及对各种系统性质（如线性、时不变、因果性等）的详细探讨。它能够帮助我构建起一个完整且坚实的知识体系。书中还包含了一些高级主题的介绍，比如Z变换、拉普拉斯变换的高级应用，以及一些滤波器设计的基本思想。这些内容虽然具有一定的挑战性，但对于想要在该领域有所建树的读者来说，是必不可少的基础。我花了大量时间去理解其中的证明过程，虽然有些地方确实需要反复钻研，但每一次的理解都让我感觉收获颇丰，对整个学科的理解也更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

作为一本高等教育规划教材，《信号与系统》在内容编排上展现了其专业性和系统性。它遵循了科学的学习路径，从最基础的概念开始，逐步引入更复杂的主题。我特别喜欢它对傅里叶级数和傅里叶变换的讲解，能够清晰地看到不同频率成分是如何组合成一个信号的，以及如何从信号中提取出特定的频率信息。书中对采样定理的解释也非常到位，它不仅给出了数学公式，还用图示说明了欠采样和过采样的后果，这对于理解数字信号处理至关重要。此外，书中关于拉普拉斯变换和Z变换的介绍，也是学习控制系统和数字信号处理的基础。它帮助我理解了如何通过变换域来分析和设计系统。这本书的优点在于它能够将理论知识与实际应用紧密结合，例如在讲解LTI系统时，会提到在通信和控制领域中的实际应用，这极大地增强了学习的动力和方向感。

评分☆☆☆☆☆

这本书在实践性和工程应用方面给我留下了深刻的印象。它不仅仅是理论的堆砌，更注重如何将这些理论应用于解决实际问题。我喜欢书中关于滤波器设计的章节，它不仅仅停留在理论公式，还会给出一些常用的滤波器类型和设计方法，并辅以MATLAB等工具的演示，让我能够亲手实践。对于我们这些未来的工程师来说，这种实践性的指导非常宝贵。书中对傅里叶分析在频谱分析中的应用，以及对卷积在系统响应计算中的作用，都通过丰富的工程实例进行了解释。它让我明白，信号与系统理论不仅仅是数学游戏，而是解决工程问题的强大工具。我尝试着跟随书中的例子，用编程语言去实现一些基本的信号处理算法，体验到了理论知识转化为实际功能的神奇之处。这本书的价值在于它能够将抽象的概念落地，让我看到了学习这些知识的实际意义。

评分☆☆☆☆☆

这本《信号与系统》给我留下了深刻的印象，它不像许多教材那样枯燥乏味，而是以一种非常直观的方式呈现了信号与系统的核心概念。书中的图示和例子都非常生动形象，让我能够轻易地理解抽象的数学理论。例如，在讲解傅里叶变换时，作者并没有一开始就抛出复杂的公式，而是通过对不同类型信号的分解和重构，逐步引导读者理解傅里叶变换的意义和应用。我特别喜欢书中对卷积运算的解释，它用了一个非常巧妙的比喻，将原本复杂的数学运算转化为一个直观的过程，让我豁然开朗。除此之外，书中还穿插了一些实际应用案例，比如音频信号的处理、图像的压缩等，这让我看到了理论知识的实际价值，也激发了我进一步学习的兴趣。尽管我是一名初学者，但这本书的清晰结构和循序渐进的讲解，让我能够一步步掌握这个领域的知识，而不会感到 overwhelming。总的来说，这是一本非常适合作为入门教材的书，它既有学术上的严谨性，又不失趣味性，是一次愉快的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑结构非常清晰，章节之间的过渡自然流畅，让我在阅读过程中不会感到迷茫。作者在讲解每个概念时，都会先给出直观的理解，然后再深入到数学推导。这种由浅入深的学习方式非常适合我。例如，在讲解卷积时，它先通过图形的方式展示了卷积核在信号上的滑动和累积过程，然后再给出公式，让我能够从感性到理性地理解这个概念。书中对各种数学工具（如傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的应用场景和适用范围都做了清晰的界定，让我能够根据具体问题选择合适的分析工具。此外，书中还包含了一些练习题，涵盖了从基础到复杂的不同难度，这为我巩固知识提供了绝佳的机会。我喜欢这本书的“循序渐进”的教学理念，它让我能够在没有压力的情况下，逐步构建起对信号与系统的理解。