教育部高等學校電工電子基礎課程教學指導委員會推薦教材
電子信息學科基礎課程係列教材——麵嚮現代工程師培養
吉林省精品課程配套教材
近年來,國內外各高校本科的信號與係統課程基本內容和範圍大體上已經趨於穩定。本次修訂對教材整體格局,風格沒有大的變動,對教材的部分內容進行瞭修訂、調整和補充。保持瞭前版的內容精緻化、結構邏輯化、公式圖錶化、應用案例化、方法要點化、練習分層化等特色;再次明確突齣夠用性和實用性的教學理念,以教學內容結構化、邏輯化、教學方法通俗化、案例化使新版教材更具可讀性、實用性。
● 麵嚮普通高校“信號與係統”課程教學的實際需要,簡明易懂。
● 是作者20餘年一綫教學實踐的結晶,突齣基本概念、分析方法的理解和應用。
● 風格獨特,圖文並茂,例題、習題豐富,可讀性、實用性強。
● 采用新的教學理念和教學方式:
n 內容精緻化、結構邏輯化、公式圖錶化
n 應用案例化、方法實用化、練習分層化
本書闡述瞭信號與係統的基本概念及特性,介紹瞭信號與係統的基本分析方法。全書共分7章: 第1章,信號與係統概述; 第2章,連續信號與係統的時域分析; 第3章,連續信號與係統的頻域分析; 第4章,連續信號與係統的復頻域分析; 第5章,離散信號與係統的時域分析; 第6章,離散信號與係統的z域分析; 第7章,綫性係統的狀態變量分析法。
全書簡明易懂,風格獨特,圖文並茂,例題豐富,突齣基本概念、分析方法的理解和應用。各章均有學習目標和學習小結,並附有層次分明的基礎練習、綜閤練習、自測題及部分參考答案,可讀性、實用性強。
本書適於作為普通地方高校通信、電子信息、測控技術與儀器、自動化、計算機網絡等專業的本、專科教材和教學參考書,也可供成人教育學院、本科院校設置的二級職業技術學院、民辦高校、高等職業學校、高等專科學校相關專業的教師和學生以及從事相關專業的工程技術人員使用。
陳戈珩,本科畢業於大連理工大學無綫電技術專業。現任長春工業大學電子信息專業教師,教授職稱,信號與信息處理專業碩士研究生導師。長春工業大學教學名師,長春工業大學“李成日奬教基金” 獲得者,長春工業大學“三育人”標兵。從事教學工作30多年,擔任過9門電子信息專業課程的理論和實踐教學工作,主講信號與係統課程20餘年,該課程為吉林省精品課程。
第1章信號與係統概述
本章學習目標
1.1信號與係統
1.1.1廣義信號與係統
1.1.2信號的傳輸與處理
1.1.3信號與係統的分析
1.2信號的概念及分類
1.2.1消息、信息和信號的概念及其相互關係
1.2.2信號的分類
1.2.3信號的描述及特性
1.3係統的概念及分類
1.3.1係統的定義及錶示
1.3.2係統的分類及特性
1.3.3係統的數學模型描述
1.4綫性時不變係統分析方法概述
1.4.1輸入�彩涑齜�(input�瞣utput method)(外部法)
1.4.2狀態變量法(state variable method)(內部法)
本章學習小結
習題練習1
基礎練習
綜閤練習
自測題
第2章連續信號與係統的時域分析
本章學習目標
2.1引言
2.2典型的基本信號
2.2.1奇異信號
2.2.2指數信號
2.2.3正弦信號
2.2.4復指數信號
2.2.5抽樣信號
2.2.6斜坡信號
2.2.7門信號
2.2.8符號函數
2.3信號的基本運算
2.3.1信號的代數運算
2.3.2信號的微分與積分運算
2.3.3信號的反褶或反轉
2.3.4信號的平移
2.3.5信號的尺度變換
2.3.6信號的綜閤變換
2.3.7周期信號的對稱性
2.3.8信號的分解與閤成
2.4綫性時不變(LTI)連續係統的描述
2.4.1LTI連續係統的數學模型
2.4.2LTI連續係統的時域模型(模擬)圖
2.5LTI連續係統的響應
2.5.1LTI連續係統響應的經典法
2.5.2LTI連續係統響應的分類及其意義
2.5.3LTI連續係統零輸入響應和零狀態響應
2.6衝激響應和階躍響應
2.6.1衝激響應
2.6.2階躍響應
2.6.3單位衝激響應和單位階躍響應的關係
2.7疊加積分法求零狀態響應
2.7.1捲積積分和杜阿美爾積分求零狀態響應
2.7.2捲積、捲積圖解法
2.7.3捲積的性質與應用
2.8LTI連續係統時域分析實例
本章學習小結
習題練習2
基礎練習
綜閤練習
自測題
第3章連續信號與係統的頻域分析
本章學習目標
3.1引言
3.2周期信號的分解與閤成——傅裏葉級數
3.2.1傅裏葉級數的三角函數形式
3.2.2傅裏葉級數的指數形式
3.2.3周期信號的諧波分析及吉伯斯現象
3.2.4周期信號的對稱性與諧波分量的關係
3.3周期信號的頻譜及特點
3.3.1周期信號頻譜的概念
3.3.2周期信號的頻譜特點
3.3.3周期T、脈寬τ與頻譜的關係
3.4非周期信號的頻譜——傅裏葉變換
3.4.1非周期信號的傅裏葉變換
3.4.2單個矩形脈衝信號gτ(t)的頻譜
3.4.3常用信號的傅裏葉變換
3.5傅裏葉變換的性質及應用——信號的時域特性與頻域特性的關係
3.6周期信號的傅裏葉變換
3.7信號的功率譜和能量譜
3.7.1周期信號的功率譜
3.7.2非周期信號的能量譜
3.8調幅波及其頻譜
3.8.1調製的概念
3.8.2調製的目的
3.8.3調製定理
3.8.4解調原理
3.8.5調幅波的頻譜
3.8.6調製與解調的實際應用
3.9LTI連續係統的頻域分析
3.9.1頻域係統函數的定義及物理意義
3.9.2係統函數的求法
3.9.3周期信號通過綫性係統的穩態響應(分析)
3.9.4非周期信號通過綫性係統的暫態響應(分析)
3.9.5係統不失真傳輸信號的條件
3.9.6理想濾波器與實際濾波器及其響應
本章學習小結
習題練習3
基礎練習
綜閤練習
自測題
第4章連續信號與係統的復頻域分析
本章學習目標
4.1引言
4.2拉普拉斯變換
4.2.1由傅裏葉變換到拉普拉斯變換及物理意義
4.2.2拉普拉斯變換的收斂域
4.2.3常用信號的拉普拉斯變換
4.3拉普拉斯變換的性質及應用
4.4拉普拉斯反變換及其應用
4.4.1查錶法
4.4.2部分分式展開法
4.4.3留數法
4.5LTI連續係統的復頻域分析——復頻域法求係統響應
4.5.1由係統(微積分)方程求係統響應
4.5.2係統的s域模型
4.5.3由係統s域模型求係統響應
4.5.4LTI連續係統的復頻域分析實例
4.6係統函數
4.6.1係統函數的定義及物理意義
4.6.2係統函數的零、極點與s平麵及零極圖
4.6.3係統函數的零、極點在s平麵的分布與係統的時域響應特性
4.6.4係統函數的零、極點在s平麵的分布與係統的頻域響應特性
4.6.5兩種典型的係統函數
4.6.6係統函數的求取方法
4.7LTI綫性係統的各種模擬圖
4.7.1係統微分方程的直接模擬圖
4.7.2係統的並聯模擬圖
4.7.3係統的級聯模擬圖
4.8信號流圖
4.8.1信號流圖的基本概念和常用術語
4.8.2信號流圖的構築
4.8.3信號流圖化簡規則
4.9係統穩定性
4.9.1係統穩定的定義
4.9.2穩定係統和不穩定係統
4.9.3係統穩定性的判定
4.9.4反饋係統的穩定性判定
4.10LTI連續係統復頻域分析應用實例
本章學習小結
習題練習4
基礎練習
綜閤練習
自測題
第5章離散信號與係統的時域分析
本章學習目標
5.1引言
5.2采樣信號和采樣定理
5.2.1離散信號的獲取
5.2.2采樣信號與采樣定理
5.2.3從采樣信號恢復連續時間信號
5.3離散時間信號的基本概念
5.3.1離散時間信號的定義和描述
5.3.2基本離散信號
5.3.3基本離散信號的特性
5.4離散信號的運算與變換
5.4.1加和減
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壓縮和擴展
5.5離散係統的基本概念
5.5.1離散係統的分類和特性
5.5.2離散係統的數學模型
5.5.3離散係統的模擬
5.5.4離散係統數學模型與連續係統數學模型的比較
5.6LTI離散係統的響應
5.6.1LTI離散係統的響應經典法求取
5.6.2零輸入響應與零狀態響應及全響應
5.7離散係統的單位函數響應和單位階躍響應
5.7.1單位函數響應
5.7.2單位階躍響應
5.8捲積和法求零狀態響應
5.8.1離散捲積和公式法
5.8.2離散捲積和圖解法
5.8.3離散捲積和列錶法
5.8.4離散捲積和直乘法
5.8.5離散捲積和性質
5.9LTI連續係統與LTI離散係統的平行相似性
5.10LTI離散係統時域分析實例
本章學習小結
習題練習5
基礎練習
綜閤練習
自測題
第6章離散信號與係統的z域分析
本章學習目標
6.1引言
6.2離散信號的z變換
6.2.1z變換的定義
6.2.2z變換的收斂域
6.2.3常用序列的z變換
6.3z變換的性質與應用
6.4反z變換
6.4.1冪級數展開法(長除法)
6.4.2部分分式展開法
6.4.3留數法或圍綫積分法
6.5z變換與拉普拉斯變換的關係
6.5.1拉普拉斯變換到z變換
6.5.2z平麵與s平麵的對應關係
6.6LTI離散係統的z域分析
6.6.1零輸入響應的z域求取
6.6.2零狀態響應的z域求取
6.6.3全響應的z域求取
6.7係統函數及其係統特性分析
6.7.1係統函數的定義及物理意義
6.7.2係統函數的零、極點與z平麵及零極圖
6.7.3係統函數的零極點在z平麵的分布與係統的時域響應特性
6.7.4係統函數的零極點在z平麵的分布與係統的頻域響應特性
6.7.5離散係統的頻率特性及特殊激勵的零狀態響應求取
6.7.6係統函數的求解方法
6.7.7離散時間係統的並、級聯結構
6.8LTI離散係統的穩定性
6.9LTI離散係統與LTI連續係統的比較
6.10LTI離散係統的z域分析實例
本章學習小結
習題練習6
基礎練習
綜閤練習
自測題
第7章綫性係統的狀態變量分析
本章學習目標
7.1引言
7.2狀態和狀態變量的概念及意義
7.2.1狀態
7.2.2狀態變量
7.3連續和離散係統狀態方程和輸齣方程的標準矩陣形式
7.3.1狀態方程的標準矩陣形式
7.3.2輸齣方程的標準矩陣形式
7.4連續係統的狀態方程及輸齣方程的建立
7.4.1由電係統建立狀態方程和輸齣方程
7.4.2由輸入�彩涑齜匠袒蚰D饌冀�立狀態方程和輸齣方程
7.5LTI連續係統的狀態方程復頻域求解
7.5.1拉普拉斯變換求解狀態方程
7.5.2輸齣方程形式
7.5.3狀態過渡矩陣復頻域形式
7.5.4多輸入�捕嗍涑魷低車南低澈�數
7.6LTI連續係統的狀態方程時域求解
7.6.1一階標量微分方程到一階矩陣微分方程的時域求解
7.6.2輸齣方程形式
7.6.3狀態過渡矩陣時域形式
7.6.4衝激響應矩陣
7.7LTI離散係統的狀態方程及輸齣方程的建立
7.7.1由係統模擬圖建立狀態方程和輸齣方程
7.7.2由輸入�彩涑齜匠探�立狀態方程和輸齣方程
7.8LTI離散係統的狀態方程z域求解
7.8.1z變換求解狀態方程
7.8.2輸齣方程形式
7.8.3狀態過渡矩陣z域形式
7.8.4係統函數矩陣
7.9LTI離散係統的狀態方程時域求解
7.9.1一階標量差分方程到一階矩陣差分方程的時域求解
7.9.2輸齣方程形式
7.9.3狀態過渡矩陣時域形式
7.9.4單位函數響應矩陣
7.10LTI連續和LTI離散係統的狀態變量分析實例
本章學習小結
習題練習7
基礎練習
綜閤練習
附錄A信號與綫性係統分析方法綜述
附錄B中英文關鍵名詞索引(按中文拼音為序)
附錄C常用數學用錶
附錄D部分習題練習參考答案
參考文獻
這本書的內容組織真是太棒瞭,讓我耳目一新!我之前接觸過一些關於信號與係統的教材,總覺得它們要麼過於理論化,要麼過於工程化,很難找到一個平衡點。而這本《信號與係統實用教程(第2版)》卻巧妙地融閤瞭理論的嚴謹性和應用的實際性。書中在介紹完一個重要的理論概念後,立刻會緊跟著相關的工程實踐案例,將抽象的數學模型與具體的物理係統聯係起來。比如,在講解采樣定理時,書中不僅詳細推導瞭 Nyquist-Shannon 采樣定理,還結閤瞭數字示波器、ADC(模數轉換器)等實際硬件的工作原理進行瞭說明,讓我深刻理解瞭采樣率選擇不當會導緻混疊失真的原因和後果。這種“理論-實踐”的緊密結閤,極大地增強瞭我學習的動力和理解的深度。我不再是死記硬背公式,而是真正理解瞭這些公式的來龍去脈以及它們在實際工程中的重要性。此外,書中還包含瞭一些由淺入深的習題,這些習題涵蓋瞭從概念理解到問題解決的各個層麵,既有理論計算題,也有實際應用分析題,能夠有效地檢驗和鞏固所學知識。我已經開始嘗試用書中的方法去解決一些我遇到的工程小問題瞭,感覺非常有成就感。
評分我必須說,這本書的講解方式是我見過最有效的之一。它深入淺齣,化繁為簡,將復雜的信號與係統理論變得平易近人。我之前一直對傅裏葉變換和拉普拉斯變換感到頭疼,總覺得它們是數學上的“黑魔法”。但是,這本書用非常直觀的類比和生動的圖示,一步步揭開瞭它們的神秘麵紗。比如,在講解傅裏葉級數時,書中用將方波分解為一係列正弦波的動畫來展示,讓我們看到一個看似復雜的信號是如何由簡單的正弦波疊加而成的。這種可視化呈現,讓我瞬間就理解瞭其核心思想。更重要的是,書中不僅講解瞭“是什麼”,更講解瞭“為什麼”。它會解釋為什麼需要將信號從時域變換到頻域,這樣做有什麼優勢,以及在實際應用中會遇到哪些挑戰。這種深度講解,讓我不僅僅是掌握瞭工具,更是理解瞭工具的哲學。而且,本書的排版設計也非常考究,字體清晰,圖錶精美,閱讀體驗極佳,長時間閱讀也不會感到疲勞。這對於一本技術類書籍來說,是非常難得的。
評分這本書給我的感覺是,它不僅僅是一本教材,更像是一位循循善誘的良師益友。我注意到,作者在編寫過程中非常注重知識的連貫性和邏輯性,每一個章節的過渡都非常自然,讓我不會有“斷層”的感覺。比如,在講完離散時間信號和係統之後,自然而然地就過渡到瞭離散傅裏葉變換(DFT)和快速傅裏葉變換(FFT),並且詳細解釋瞭它們與連續時間信號處理之間的聯係和區彆。這種層層遞進的講解方式,讓我在學習過程中能夠不斷地鞏固和深化已有的知識。此外,書中對一些關鍵概念的解釋,都力求做到嚴謹而不失生動,例如對“係統穩定性”的講解,書中通過一個生動的比喻,形象地說明瞭什麼是一個穩定的係統,什麼是一個不穩定的係統,這比單純的數學定義要易於理解得多。我特彆喜歡書中對一些經典信號(如單位階躍信號、衝激信號)的詳細剖析,這為我後續理解更復雜的信號和係統打下瞭堅實的基礎。總之,這本書為我打開瞭信號與係統的大門,讓我對這個領域充滿瞭探索的興趣。
評分這本書真是讓我大開眼界!作為一名初涉信號處理領域的學生,我一直覺得這門課充滿瞭抽象的概念和復雜的數學推導,常常讓我感到無從下手。然而,當我翻開這本書,一種前所未有的清晰感撲麵而來。作者的敘述邏輯非常嚴謹,從最基礎的信號分類開始,循序漸進地引入傅裏葉變換、拉普拉斯變換等核心概念。最讓我驚喜的是,書中穿插瞭大量的圖示和實例,這些圖示不僅僅是簡單的示意,而是非常形象地展示瞭信號在時域和頻域的變化,讓我這個“視覺型”學習者茅塞頓開。例如,在講解捲積時,書中用瞭一係列動態的圖來展示兩個信號如何疊加、平移,最終得到輸齣信號,這種可視化處理比純粹的數學公式要直觀得多。而且,書中提供的每一個例子都精心設計,能夠充分體現理論知識的應用價值,而不是為瞭舉例而舉例。通過這些實例,我不僅理解瞭理論,更體會到瞭信號與係統在通信、控製、圖像處理等諸多領域的核心作用。這本書的講解風格非常友善,就像一位經驗豐富的老師在耐心引導你一步步深入。即使遇到一些比較難的公式,作者也會花時間去解釋其物理意義,而不是直接丟給你。這一點對於初學者來說至關重要,它幫助我們建立瞭對信號與係統這門學科的正確認知和濃厚興趣。
評分這本書最大的亮點在於其卓越的案例分析和問題導嚮的學習模式。我是一名在職工程師,經常在實際工作中遇到與信號處理相關的挑戰。我曾試圖通過閱讀一些研究論文來解決問題,但往往因為理論基礎薄弱而感到力不從心。這本《信號與係統實用教程(第2版)》的齣現,恰好彌補瞭我的這一短闆。它沒有一開始就拋齣大量的數學公式,而是從一個實際的工程問題齣發,引導讀者去思考“為什麼需要這樣的概念”以及“這個概念能解決什麼問題”。例如,在講解濾波器設計時,書中並沒有直接給齣現成的濾波器設計流程,而是先描述瞭一個音頻降噪的實際需求,然後逐步引入低通、高通、帶通等濾波器的概念,並解釋瞭它們如何能夠選擇性地去除噪聲信號。這種“解決問題驅動”的學習方式,讓我覺得這本書非常貼近實際工作,能夠幫助我快速建立起解決工程問題的思路和方法。書中提供的案例也覆蓋瞭通信、控製、生物醫學等多個領域,這對於我拓寬技術視野非常有益。讀完這本書,我感覺自己不再是那個隻會“調參”的工程師,而是能夠更深入地理解係統背後的原理,並能基於這些原理進行更優化的設計。
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