教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会推荐教材
电子信息学科基础课程系列教材——面向现代工程师培养
吉林省精品课程配套教材
近年来,国内外各高校本科的信号与系统课程基本内容和范围大体上已经趋于稳定。本次修订对教材整体格局,风格没有大的变动,对教材的部分内容进行了修订、调整和补充。保持了前版的内容精致化、结构逻辑化、公式图表化、应用案例化、方法要点化、练习分层化等特色;再次明确突出够用性和实用性的教学理念,以教学内容结构化、逻辑化、教学方法通俗化、案例化使新版教材更具可读性、实用性。
● 面向普通高校“信号与系统”课程教学的实际需要,简明易懂。
● 是作者20余年一线教学实践的结晶,突出基本概念、分析方法的理解和应用。
● 风格独特,图文并茂,例题、习题丰富,可读性、实用性强。
● 采用新的教学理念和教学方式:
n 内容精致化、结构逻辑化、公式图表化
n 应用案例化、方法实用化、练习分层化
本书阐述了信号与系统的基本概念及特性,介绍了信号与系统的基本分析方法。全书共分7章: 第1章,信号与系统概述; 第2章,连续信号与系统的时域分析; 第3章,连续信号与系统的频域分析; 第4章,连续信号与系统的复频域分析; 第5章,离散信号与系统的时域分析; 第6章,离散信号与系统的z域分析; 第7章,线性系统的状态变量分析法。
全书简明易懂,风格独特,图文并茂,例题丰富,突出基本概念、分析方法的理解和应用。各章均有学习目标和学习小结,并附有层次分明的基础练习、综合练习、自测题及部分参考答案,可读性、实用性强。
本书适于作为普通地方高校通信、电子信息、测控技术与仪器、自动化、计算机网络等专业的本、专科教材和教学参考书,也可供成人教育学院、本科院校设置的二级职业技术学院、民办高校、高等职业学校、高等专科学校相关专业的教师和学生以及从事相关专业的工程技术人员使用。
陈戈珩,本科毕业于大连理工大学无线电技术专业。现任长春工业大学电子信息专业教师,教授职称,信号与信息处理专业硕士研究生导师。长春工业大学教学名师,长春工业大学“李成日奖教基金” 获得者,长春工业大学“三育人”标兵。从事教学工作30多年,担任过9门电子信息专业课程的理论和实践教学工作,主讲信号与系统课程20余年,该课程为吉林省精品课程。
第1章信号与系统概述
本章学习目标
1.1信号与系统
1.1.1广义信号与系统
1.1.2信号的传输与处理
1.1.3信号与系统的分析
1.2信号的概念及分类
1.2.1消息、信息和信号的概念及其相互关系
1.2.2信号的分类
1.2.3信号的描述及特性
1.3系统的概念及分类
1.3.1系统的定义及表示
1.3.2系统的分类及特性
1.3.3系统的数学模型描述
1.4线性时不变系统分析方法概述
1.4.1输入�彩涑龇�(input�瞣utput method)(外部法)
1.4.2状态变量法(state variable method)(内部法)
本章学习小结
习题练习1
基础练习
综合练习
自测题
第2章连续信号与系统的时域分析
本章学习目标
2.1引言
2.2典型的基本信号
2.2.1奇异信号
2.2.2指数信号
2.2.3正弦信号
2.2.4复指数信号
2.2.5抽样信号
2.2.6斜坡信号
2.2.7门信号
2.2.8符号函数
2.3信号的基本运算
2.3.1信号的代数运算
2.3.2信号的微分与积分运算
2.3.3信号的反褶或反转
2.3.4信号的平移
2.3.5信号的尺度变换
2.3.6信号的综合变换
2.3.7周期信号的对称性
2.3.8信号的分解与合成
2.4线性时不变(LTI)连续系统的描述
2.4.1LTI连续系统的数学模型
2.4.2LTI连续系统的时域模型(模拟)图
2.5LTI连续系统的响应
2.5.1LTI连续系统响应的经典法
2.5.2LTI连续系统响应的分类及其意义
2.5.3LTI连续系统零输入响应和零状态响应
2.6冲激响应和阶跃响应
2.6.1冲激响应
2.6.2阶跃响应
2.6.3单位冲激响应和单位阶跃响应的关系
2.7叠加积分法求零状态响应
2.7.1卷积积分和杜阿美尔积分求零状态响应
2.7.2卷积、卷积图解法
2.7.3卷积的性质与应用
2.8LTI连续系统时域分析实例
本章学习小结
习题练习2
基础练习
综合练习
自测题
第3章连续信号与系统的频域分析
本章学习目标
3.1引言
3.2周期信号的分解与合成——傅里叶级数
3.2.1傅里叶级数的三角函数形式
3.2.2傅里叶级数的指数形式
3.2.3周期信号的谐波分析及吉伯斯现象
3.2.4周期信号的对称性与谐波分量的关系
3.3周期信号的频谱及特点
3.3.1周期信号频谱的概念
3.3.2周期信号的频谱特点
3.3.3周期T、脉宽τ与频谱的关系
3.4非周期信号的频谱——傅里叶变换
3.4.1非周期信号的傅里叶变换
3.4.2单个矩形脉冲信号gτ(t)的频谱
3.4.3常用信号的傅里叶变换
3.5傅里叶变换的性质及应用——信号的时域特性与频域特性的关系
3.6周期信号的傅里叶变换
3.7信号的功率谱和能量谱
3.7.1周期信号的功率谱
3.7.2非周期信号的能量谱
3.8调幅波及其频谱
3.8.1调制的概念
3.8.2调制的目的
3.8.3调制定理
3.8.4解调原理
3.8.5调幅波的频谱
3.8.6调制与解调的实际应用
3.9LTI连续系统的频域分析
3.9.1频域系统函数的定义及物理意义
3.9.2系统函数的求法
3.9.3周期信号通过线性系统的稳态响应(分析)
3.9.4非周期信号通过线性系统的暂态响应(分析)
3.9.5系统不失真传输信号的条件
3.9.6理想滤波器与实际滤波器及其响应
本章学习小结
习题练习3
基础练习
综合练习
自测题
第4章连续信号与系统的复频域分析
本章学习目标
4.1引言
4.2拉普拉斯变换
4.2.1由傅里叶变换到拉普拉斯变换及物理意义
4.2.2拉普拉斯变换的收敛域
4.2.3常用信号的拉普拉斯变换
4.3拉普拉斯变换的性质及应用
4.4拉普拉斯反变换及其应用
4.4.1查表法
4.4.2部分分式展开法
4.4.3留数法
4.5LTI连续系统的复频域分析——复频域法求系统响应
4.5.1由系统(微积分)方程求系统响应
4.5.2系统的s域模型
4.5.3由系统s域模型求系统响应
4.5.4LTI连续系统的复频域分析实例
4.6系统函数
4.6.1系统函数的定义及物理意义
4.6.2系统函数的零、极点与s平面及零极图
4.6.3系统函数的零、极点在s平面的分布与系统的时域响应特性
4.6.4系统函数的零、极点在s平面的分布与系统的频域响应特性
4.6.5两种典型的系统函数
4.6.6系统函数的求取方法
4.7LTI线性系统的各种模拟图
4.7.1系统微分方程的直接模拟图
4.7.2系统的并联模拟图
4.7.3系统的级联模拟图
4.8信号流图
4.8.1信号流图的基本概念和常用术语
4.8.2信号流图的构筑
4.8.3信号流图化简规则
4.9系统稳定性
4.9.1系统稳定的定义
4.9.2稳定系统和不稳定系统
4.9.3系统稳定性的判定
4.9.4反馈系统的稳定性判定
4.10LTI连续系统复频域分析应用实例
本章学习小结
习题练习4
基础练习
综合练习
自测题
第5章离散信号与系统的时域分析
本章学习目标
5.1引言
5.2采样信号和采样定理
5.2.1离散信号的获取
5.2.2采样信号与采样定理
5.2.3从采样信号恢复连续时间信号
5.3离散时间信号的基本概念
5.3.1离散时间信号的定义和描述
5.3.2基本离散信号
5.3.3基本离散信号的特性
5.4离散信号的运算与变换
5.4.1加和减
5.4.2相乘
5.4.3差分
5.4.4求和
5.4.5平移
5.4.6反褶
5.4.7压缩和扩展
5.5离散系统的基本概念
5.5.1离散系统的分类和特性
5.5.2离散系统的数学模型
5.5.3离散系统的模拟
5.5.4离散系统数学模型与连续系统数学模型的比较
5.6LTI离散系统的响应
5.6.1LTI离散系统的响应经典法求取
5.6.2零输入响应与零状态响应及全响应
5.7离散系统的单位函数响应和单位阶跃响应
5.7.1单位函数响应
5.7.2单位阶跃响应
5.8卷积和法求零状态响应
5.8.1离散卷积和公式法
5.8.2离散卷积和图解法
5.8.3离散卷积和列表法
5.8.4离散卷积和直乘法
5.8.5离散卷积和性质
5.9LTI连续系统与LTI离散系统的平行相似性
5.10LTI离散系统时域分析实例
本章学习小结
习题练习5
基础练习
综合练习
自测题
第6章离散信号与系统的z域分析
本章学习目标
6.1引言
6.2离散信号的z变换
6.2.1z变换的定义
6.2.2z变换的收敛域
6.2.3常用序列的z变换
6.3z变换的性质与应用
6.4反z变换
6.4.1幂级数展开法(长除法)
6.4.2部分分式展开法
6.4.3留数法或围线积分法
6.5z变换与拉普拉斯变换的关系
6.5.1拉普拉斯变换到z变换
6.5.2z平面与s平面的对应关系
6.6LTI离散系统的z域分析
6.6.1零输入响应的z域求取
6.6.2零状态响应的z域求取
6.6.3全响应的z域求取
6.7系统函数及其系统特性分析
6.7.1系统函数的定义及物理意义
6.7.2系统函数的零、极点与z平面及零极图
6.7.3系统函数的零极点在z平面的分布与系统的时域响应特性
6.7.4系统函数的零极点在z平面的分布与系统的频域响应特性
6.7.5离散系统的频率特性及特殊激励的零状态响应求取
6.7.6系统函数的求解方法
6.7.7离散时间系统的并、级联结构
6.8LTI离散系统的稳定性
6.9LTI离散系统与LTI连续系统的比较
6.10LTI离散系统的z域分析实例
本章学习小结
习题练习6
基础练习
综合练习
自测题
第7章线性系统的状态变量分析
本章学习目标
7.1引言
7.2状态和状态变量的概念及意义
7.2.1状态
7.2.2状态变量
7.3连续和离散系统状态方程和输出方程的标准矩阵形式
7.3.1状态方程的标准矩阵形式
7.3.2输出方程的标准矩阵形式
7.4连续系统的状态方程及输出方程的建立
7.4.1由电系统建立状态方程和输出方程
7.4.2由输入�彩涑龇匠袒蚰D馔冀�立状态方程和输出方程
7.5LTI连续系统的状态方程复频域求解
7.5.1拉普拉斯变换求解状态方程
7.5.2输出方程形式
7.5.3状态过渡矩阵复频域形式
7.5.4多输入�捕嗍涑鱿低车南低澈�数
7.6LTI连续系统的状态方程时域求解
7.6.1一阶标量微分方程到一阶矩阵微分方程的时域求解
7.6.2输出方程形式
7.6.3状态过渡矩阵时域形式
7.6.4冲激响应矩阵
7.7LTI离散系统的状态方程及输出方程的建立
7.7.1由系统模拟图建立状态方程和输出方程
7.7.2由输入�彩涑龇匠探�立状态方程和输出方程
7.8LTI离散系统的状态方程z域求解
7.8.1z变换求解状态方程
7.8.2输出方程形式
7.8.3状态过渡矩阵z域形式
7.8.4系统函数矩阵
7.9LTI离散系统的状态方程时域求解
7.9.1一阶标量差分方程到一阶矩阵差分方程的时域求解
7.9.2输出方程形式
7.9.3状态过渡矩阵时域形式
7.9.4单位函数响应矩阵
7.10LTI连续和LTI离散系统的状态变量分析实例
本章学习小结
习题练习7
基础练习
综合练习
附录A信号与线性系统分析方法综述
附录B中英文关键名词索引(按中文拼音为序)
附录C常用数学用表
附录D部分习题练习参考答案
参考文献
这本书给我的感觉是,它不仅仅是一本教材,更像是一位循循善诱的良师益友。我注意到,作者在编写过程中非常注重知识的连贯性和逻辑性,每一个章节的过渡都非常自然,让我不会有“断层”的感觉。比如,在讲完离散时间信号和系统之后,自然而然地就过渡到了离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT),并且详细解释了它们与连续时间信号处理之间的联系和区别。这种层层递进的讲解方式,让我在学习过程中能够不断地巩固和深化已有的知识。此外,书中对一些关键概念的解释,都力求做到严谨而不失生动,例如对“系统稳定性”的讲解,书中通过一个生动的比喻,形象地说明了什么是一个稳定的系统,什么是一个不稳定的系统,这比单纯的数学定义要易于理解得多。我特别喜欢书中对一些经典信号(如单位阶跃信号、冲激信号)的详细剖析,这为我后续理解更复杂的信号和系统打下了坚实的基础。总之,这本书为我打开了信号与系统的大门,让我对这个领域充满了探索的兴趣。
评分这本书真是让我大开眼界!作为一名初涉信号处理领域的学生,我一直觉得这门课充满了抽象的概念和复杂的数学推导,常常让我感到无从下手。然而,当我翻开这本书,一种前所未有的清晰感扑面而来。作者的叙述逻辑非常严谨,从最基础的信号分类开始,循序渐进地引入傅里叶变换、拉普拉斯变换等核心概念。最让我惊喜的是,书中穿插了大量的图示和实例,这些图示不仅仅是简单的示意,而是非常形象地展示了信号在时域和频域的变化,让我这个“视觉型”学习者茅塞顿开。例如,在讲解卷积时,书中用了一系列动态的图来展示两个信号如何叠加、平移,最终得到输出信号,这种可视化处理比纯粹的数学公式要直观得多。而且,书中提供的每一个例子都精心设计,能够充分体现理论知识的应用价值,而不是为了举例而举例。通过这些实例,我不仅理解了理论,更体会到了信号与系统在通信、控制、图像处理等诸多领域的核心作用。这本书的讲解风格非常友善,就像一位经验丰富的老师在耐心引导你一步步深入。即使遇到一些比较难的公式,作者也会花时间去解释其物理意义,而不是直接丢给你。这一点对于初学者来说至关重要,它帮助我们建立了对信号与系统这门学科的正确认知和浓厚兴趣。
评分这本书最大的亮点在于其卓越的案例分析和问题导向的学习模式。我是一名在职工程师,经常在实际工作中遇到与信号处理相关的挑战。我曾试图通过阅读一些研究论文来解决问题,但往往因为理论基础薄弱而感到力不从心。这本《信号与系统实用教程(第2版)》的出现,恰好弥补了我的这一短板。它没有一开始就抛出大量的数学公式,而是从一个实际的工程问题出发,引导读者去思考“为什么需要这样的概念”以及“这个概念能解决什么问题”。例如,在讲解滤波器设计时,书中并没有直接给出现成的滤波器设计流程,而是先描述了一个音频降噪的实际需求,然后逐步引入低通、高通、带通等滤波器的概念,并解释了它们如何能够选择性地去除噪声信号。这种“解决问题驱动”的学习方式,让我觉得这本书非常贴近实际工作,能够帮助我快速建立起解决工程问题的思路和方法。书中提供的案例也覆盖了通信、控制、生物医学等多个领域,这对于我拓宽技术视野非常有益。读完这本书,我感觉自己不再是那个只会“调参”的工程师,而是能够更深入地理解系统背后的原理,并能基于这些原理进行更优化的设计。
评分这本书的内容组织真是太棒了,让我耳目一新!我之前接触过一些关于信号与系统的教材,总觉得它们要么过于理论化,要么过于工程化,很难找到一个平衡点。而这本《信号与系统实用教程(第2版)》却巧妙地融合了理论的严谨性和应用的实际性。书中在介绍完一个重要的理论概念后,立刻会紧跟着相关的工程实践案例,将抽象的数学模型与具体的物理系统联系起来。比如,在讲解采样定理时,书中不仅详细推导了 Nyquist-Shannon 采样定理,还结合了数字示波器、ADC(模数转换器)等实际硬件的工作原理进行了说明,让我深刻理解了采样率选择不当会导致混叠失真的原因和后果。这种“理论-实践”的紧密结合,极大地增强了我学习的动力和理解的深度。我不再是死记硬背公式,而是真正理解了这些公式的来龙去脉以及它们在实际工程中的重要性。此外,书中还包含了一些由浅入深的习题,这些习题涵盖了从概念理解到问题解决的各个层面,既有理论计算题,也有实际应用分析题,能够有效地检验和巩固所学知识。我已经开始尝试用书中的方法去解决一些我遇到的工程小问题了,感觉非常有成就感。
评分我必须说,这本书的讲解方式是我见过最有效的之一。它深入浅出,化繁为简,将复杂的信号与系统理论变得平易近人。我之前一直对傅里叶变换和拉普拉斯变换感到头疼,总觉得它们是数学上的“黑魔法”。但是,这本书用非常直观的类比和生动的图示,一步步揭开了它们的神秘面纱。比如,在讲解傅里叶级数时,书中用将方波分解为一系列正弦波的动画来展示,让我们看到一个看似复杂的信号是如何由简单的正弦波叠加而成的。这种可视化呈现,让我瞬间就理解了其核心思想。更重要的是,书中不仅讲解了“是什么”,更讲解了“为什么”。它会解释为什么需要将信号从时域变换到频域,这样做有什么优势,以及在实际应用中会遇到哪些挑战。这种深度讲解,让我不仅仅是掌握了工具,更是理解了工具的哲学。而且,本书的排版设计也非常考究,字体清晰,图表精美,阅读体验极佳,长时间阅读也不会感到疲劳。这对于一本技术类书籍来说,是非常难得的。
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