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成开友　 著

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• 信号与系统
• 信号处理
• 系统分析
• 电路分析
• 通信原理
• 控制系统
• 数学基础
• 工程数学
• 电子工程
• 高等教育

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121282744

版次：1

商品编码：11921587

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-05-01

用纸：胶版纸

页数：268

字数：484000

正文语种：中文

内容简介

信号与系统是高等学校重要的电类专业基础课程。本书是根据我国高等教育发展的新形势，依据教育部教指委制定的教学基本要求，以及高等学校培养应用型高级技术人才的定位编写的简明教材，突出基础，给出大量实例，注重典型题目的分析。主要内容包括：信号和系统的基本概念、连续系统的时域分析、离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的S域分析、离散系统的Z域分析和系统函数等，每章后附大量习题，并提供配套电子课件和习题参考答案。

作者简介

成开友，盐城工学院电气学院副教授，拥有20年一线本科电工电子基础课程教学经验和丰富的科研经验，编写了多部电工电子基础课程教材，写作经验丰富。

目录

目 录

第1章 信号和系统的基本概念 1
1．1 概述 1
1．2 信号的描述与分类 1
1．2．1 信号的描述 1
1．2．2 信号的分类 2
1．3 几种典型信号 6
1．3．1 典型的连续信号 6
1．3．2 奇异信号 8
1．3．3 基本的离散信号 9
1．4 信号的基本运算 11
1．4．1 相加（减）和相乘 11
1．4．2 平移、反转和尺度变换 12
1．4．3 微分和积分 15
1．5 系统的分类与描述 16
1．5．1 系统的分类 16
1．5．2 系统的描述 16
1．6 系统的特性 20
1．6．1 线性性 20
1．6．2 时不变特性 21
1．6．3 因果性 22
1．6．4 稳定性 23
1．7 LTI系统特性及信号系统分析方法 23
1．7．1 LTI系统特性 23
1．7．2 信号和LTI系统分析方法 25
习题一 25
第2章 连续系统的时域分析 29
2．1 LTI连续系统的响应 29
2．1．1 微分方程的经典解 29
2．1．2 关于0?与0+ 32
2．1．3 零输入响应 33
2．1．4 零状态响应 34
2．1．5 全响应 36
2．2 冲激响应和阶跃响应 39
2．2．1 冲激响应 39
2．2．2 阶跃响应 42
2．3 卷积积分 46
2．3．1 卷积积分 46
2．3．2 卷积的图解机理 47
2．4 卷积的性质 51
习题二 57
第3章 离散系统的时域分析 61
3．1 LTI离散系统的响应 61
3．1．1 差分及差分方程 61
3．1．2 差分方程的经典解 63
3．1．3 零输入响应 66
3．1．4 零状态响应 67
3．2 单位序列响应和单位阶跃序列响应 71
3．2．1 单位序列和单位阶跃序列 71
3．2．2 单位序列响应和阶跃响应 72
3．3 卷积和 77
3．3．1 卷积和 77
3．3．2 卷积和的图示 78
3．3．3 卷积和的性质 81
习题三 84
第4章 连续系统的频域分析 88
4．1 信号的正交分解 88
4．1．1 正交函数集 88
4．1．2 信号的正交分解 89
4．2 周期信号的傅里叶级数 90
4．2．1 三角形式的傅里叶级数 91
4．2．2 复指数形式的傅里叶级数 93
4．3 波形的对称性与三角函数傅里叶级数
的特点 94
4．4 周期信号的平均功率和有效值 97
4．5 周期信号的频谱 98
4．5．1 周期信号的频谱 98
4．5．2 周期矩形脉冲信号的频谱 100
4．6 非周期信号的频谱 102
4．6．1 傅里叶变换 103
4．6．2 几个典型信号的傅里叶变换 104
4．7 傅里叶变换的性质 109
4．8 周期信号的傅里叶变换 119
4．8．1 正、余弦函数的傅里叶变换 119
4．8．2 一般周期性信号的傅里叶变换 120
4．8．3 傅里叶系数和傅里叶变换 123
4．9 LTI系统的频域分析 123
4．9．1 系统的系统函数与系统的零状态
响应 123
4．9．2 信号的无失真传输条件 129
4．9．3 理想低通滤波器 131
4．10 取样定理 133
4．10．1 信号的取样 133
4．10．2 时域取样定理 134
4．10．3 频域取样定理 138
习题四 139
第5章 连续系统的s域分析 144
5．1 拉普拉斯变换 144
5．1．1 从傅里叶变换到拉普拉斯变换 144
5．1．2 收敛域 145
5．1．3 （单边）拉普拉斯变换 146
5．1．4 常用信号的拉普拉斯变换 147
5．2 拉普拉斯变换的性质 148
5．2．1 线性 148
5．2．2 尺度变换 148
5．2．3 时移（延时）特性 149
5．2．4 复频移（s域平移）特性 149
5．2．5 时域微分特性（定理） 150
5．2．6 时域积分特性（定理） 151
5．2．7 卷积定理 152
5．2．8 s域微分和积分 153
5．2．9 初值定理和终值定理 154
5．3 拉普拉斯逆变换 155
5．3．1 查表法 156
5．3．2 部分分式展开法 156
5．4 复频域分析 160
5．4．1 微分方程的变换解 160
5．4．2 系统函数 164
5．4．3 系统的s域框图 166
5．4．4 电路的s域模型 168
5．4．5 拉普拉斯变换与傅里叶变换 170
习题五 172
第6章 离散系统的z域分析 176
6．1 z变换 176
6．1．1 从拉普拉斯变换到z变换 176
6．1．2 z变换 177
6．1．3 收敛域 177
6．2 z变换的性质 181
6．2．1 线性性质 181
6．2．2 移位（移序）特性 183
6．2．3 z域尺度变换（序列乘ak） 186
6．2．4 卷积定理 187
6．2．5 z域微分（序列乘k） 189
6．2．6 z域积分（序列除k+m） 191
6．2．7 k域反转 192
6．2．8 部分和 193
6．2．9 初值定理和终值定理 193
6．3 逆z变换 197
6．3．1 幂级数展开法 197
6．3．2 部分分式展开法 199
6．4 z域分析 206
6．4．1 差分方程的z域解 206
6．4．2 系统函数 211
6．4．3 系统的z域框图 213
6．4．4 s域与z域的关系 216
习题六 217
第7章 系统函数 221
7．1 系统函数与系统特性 221
7．1．1 系统函数的零点与极点 221
7．1．2 系统函数与时域响应关系 222
7．1．3 系统函数与频域响应 224
7．2 系统的因果性与稳定性 227
7．2．1 系统的因果性 227
7．2．2 系统的稳定性 228
7．3 信号流图 230
7．3．1 信号流图 230
7．3．2 流图的简化 232
7．3．3 梅森公式 233
7．4 系统结构的实现 235
7．4．1 直接实现 235
7．4．2 级联和并联实现 236
习题七 239
习题答案 241
附录A 卷积积分表 251
附录B 卷积和表 252
附录C 常用周期信号的傅里叶系数表 253
附录D 常用信号的傅里叶变换表 255
附录E 拉普拉斯逆变换表 258
附录F 序列的z变换表 260
参考文献 262

前言/序言

前 言

“信号与系统”课程是高等学校理工科重要的电类专业基础课。通过本课程的学习，可以掌握信号与系统的基本概念、基本理论和基本的分析方法，为后续课程的学习打下良好的理论基础。

随着高等教育大众化的进一步深入，各高校对教材的层次性要求越来越高。本书主要面向普通本科高校，在符合教育部电工电子基础课程教学指导委员会制定的“信号与系统课程教学基本要求”的基础上，以实用、够用为度的原则，我们编写了本书。本书主要内容突出基础理论，注重典型题目的分析，讲解深入浅出，通俗易懂。

本书的主要内容包括：连续信号与离散信号的时域分析和频域分析、线性时不变系统的描述和特性、连续信号通过线性时不变系统的时域分析、实频域分析、复频域分析；离散信号通过线性时不变系统的时域分析、z域分析；最后还简单介绍了系统函数。

为了使读者能够更好地理解和运用所学的知识，本书精选了大量例题和习题，并提供配套电子课件和习题参考答案等教辅资料。请登录华信教育资源网http://www.hxedu.com.cn注册下载。

本书力图体现以下几方面的特色。

理念：在我国高等教育从精英教育向大众化教育的转型阶段，教材也必须适应这个变化，才能在现代高等教育中很好地发挥提高教学质量、培养高水准人才的作用。几十年体系、内容变化缓慢的教材无法适应今天的快节奏。本书的编写充分体现了“以学生为中心，以教师为主导”的原则。

定位：本书的编写本着“知行并重，实践育人”的理念，在内容和体系上与传统同类教材有所区别。

思路：注重基本概念、基本理论和基本分析方法，不在计算上花费太多时间和精力，习题侧重于相关概念及知识的理解与考察。

实用：教材突出理论与实际生活和工程实践的结合，使读者感到学有所用，学有所趣。

简明：简明扼要，力争做到适用、实用和好用。

本书由成开友和刘长学编写，其中成开友负责第2章、第3章、第5章、第6章、附录和参考答案的编写，并负责全书的统稿工作；刘长学负责第1章、第4章和第7章内容的编写工作。

本书的编写和出版得到了盐城工学院教材出版基金的资助，得到了盐城工学院电气工程学院全体同仁的支持和帮助，电气工程学院何坚强教授以及信息工程学院王吉林教授审阅了全书并对本书的编写工作提出了不少宝贵建议，在此一并致以衷心的感谢和敬意！

最后，感谢使用本书的各高等学校同行和读者，由于编者水平有限，书中一定还存在许多不妥和错误之处，恳请读者给予批评指正。

编著者 　

2016年4月

《信息洪流中的奥秘：解析通信、控制与数据背后的通用语言》 在这信息爆炸、技术日新月异的时代，理解数据流动、系统运行以及信号变换的底层逻辑，已不再是特定专业领域的专属技能，而是贯穿于现代科学技术方方面面的通用语言。从掌中流转的智能手机，到调控万物的自动驾驶汽车，再到连接世界的通信网络，无一不依赖于对信号与系统背后深刻原理的掌握。本书旨在为您揭示这一通用语言的精髓，助您在纷繁复杂的技术洪流中，洞察事物运作的本质，掌握分析和设计各类系统的强大能力。 第一部分：信号——信息的载体与表达 本书的首要目标是建立您对“信号”这一概念的全面认知。信号，本质上是承载信息、传递变化的数据流。我们将从信号的最基本形态出发，系统地介绍各种信号的类型及其特性。 连续时间信号与离散时间信号： 您将学会区分和理解这两种信号的本质差异。连续时间信号如自然界中温度、压力随时间连续变化的曲线，它们在时间轴上是无限细分的；而离散时间信号则如数字音频、每日股票价格，它们在时间轴上是取样而来的，表现为一系列不连续的数值。理解这种区别对于数字信号处理、采样理论等至关重要。 周期信号与非周期信号： 周期信号会随着时间的推移不断重复其模式，例如正弦波、方波等，它们是傅里叶分析的基石。非周期信号则不具备这种重复性，其分析往往需要更广泛的工具。 能量信号与功率信号： 我们将深入探讨信号的能量和功率概念。能量信号如一个短暂的脉冲，其总能量是有限的；而功率信号如连续的正弦波，其平均功率是有限的，但总能量可能是无限的。区分这两者对于理解信号的性质、噪声的影响以及系统设计中的功率分配具有指导意义。 信号的基本运算： 信号并非孤立存在，它们可以进行各种运算，如相加、相乘、时移、尺度变换、翻转等。您将学习如何通过这些基本运算来理解和修改信号，例如，时移操作可以用来模拟信号的延迟，尺度变换则可能反映信号变化速度的快慢。 傅里叶级数与傅里叶变换： 这是信号分析中最强大的工具之一。我们将循序渐进地带领您理解如何将复杂的信号分解为一系列简单的正弦和余弦波的叠加（傅里叶级数），以及如何将任意信号映射到频率域进行分析（傅里叶变换）。通过频率域的视角，信号的隐藏特性——其包含的频率成分——将一目了然。这将帮助您理解音频均衡器的工作原理、图像压缩算法的核心思想，以及无线通信中不同频段的划分。 拉普拉斯变换与Z变换： 针对连续时间和离散时间系统，拉普拉斯变换和Z变换是傅里叶变换的推广。它们能够处理不稳定信号和更复杂的系统动态，尤其在求解微分方程和差分方程、分析系统稳定性方面发挥着不可替代的作用。 第二部分：系统——信号的变换与处理 信号在传输和处理过程中，会经历各种各样的“系统”。系统可以是一个滤波器、一个放大器、一个通信信道，甚至一个复杂的控制回路。理解系统的输入输出关系，是工程设计和问题解决的关键。 系统的定义与分类： 我们将首先建立对“系统”的清晰定义——任何将输入信号转换为输出信号的实体。随后，我们将探讨系统的多种分类方式，为深入分析打下基础。 线性系统与非线性系统： 线性系统满足叠加原理和齐次性，其行为可以用数学上的线性方程描述，分析起来相对容易。例如，一个理想的电阻器就是一个线性系统。非线性系统则复杂得多，其行为常常难以预测，但在许多实际应用中（如电子管放大器、激光器）却至关重要。 时不变系统与时变系统： 时不变系统意味着其系统特性不随时间变化，输入信号的延迟只会导致输出信号的相应延迟。时变系统则会随时间改变其特性，例如一个参数会随时间变化的通信信道。 因果系统与非因果系统： 因果系统是指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。这是绝大多数实际系统必须满足的条件。非因果系统在理论分析中可能出现，但在实际中无法实现。 稳定系统与不稳定系统： 稳定系统是指对于有界的输入，其输出也是有界的。换言之，系统不会产生无限增大的输出，从而不会导致系统崩溃。稳定性分析是系统设计中最核心的问题之一。 卷积——线性时不变系统的核心运算： 卷积是描述线性时不变系统输入输出关系的数学运算。通过卷积，我们可以精确地预测系统对任何输入信号的响应。本书将详细介绍卷积的定义、计算方法，以及它在系统分析和设计中的重要作用。例如，一个音频失真效果的产生，就可以通过输入音频信号与产生失真的“冲激响应”进行卷积来模拟。 冲激响应与阶跃响应： 冲激响应是系统对单位冲激信号的响应，它完全表征了一个线性时不变系统的特性。阶跃响应是系统对单位阶跃信号的响应，它能直观地展示系统的动态行为，如上升时间、过冲等。 系统函数（传递函数）与系统稳定性： 利用拉普拉斯变换或Z变换，我们可以将微分方程或差分方程描述的系统转化为频域的代数方程，即系统函数（传递函数）。系统函数是分析系统频率响应、设计滤波器以及判断系统稳定性的关键。极点和零点的概念将帮助您从系统函数中快速理解系统的动态特性和稳定性。 第三部分：信号与系统的综合应用 掌握了信号与系统的基本理论后，我们将带领您将这些知识应用于实际的工程领域，体会其强大的生命力。 滤波器的设计与应用： 滤波器是信号处理中最常见的系统之一，用于去除不需要的频率成分，提取有用的信息。我们将介绍低通、高通、带通、带阻等基本滤波器类型，以及它们在音频处理、图像去噪、通信系统中的具体应用。 通信系统的基础： 从模拟通信到数字通信，信号的调制、解调、信道编码等核心概念都离不开对信号与系统理论的深刻理解。您将了解到如何通过调制将信息信号有效地传输到特定的频率上，如何通过编码来抵抗信道噪声，以及如何从接收到的信号中恢复原始信息。 控制系统的分析与设计： 控制系统广泛应用于自动化、机器人、航空航天等领域，其目标是使系统按照预期的方式运行。反馈控制、稳定性分析、根轨迹法、频率响应分析等控制理论的重要工具，都建立在信号与系统分析的基础之上。 离散信号处理（DSP）的兴起： 随着数字技术的发展，离散信号处理已成为现代电子工程的核心。本书将为您介绍数字滤波器设计、快速傅里叶变换（FFT）等关键的DSP算法，它们在数字音频、图像处理、通信基带处理等领域发挥着至关重要的作用。 本书的特色： 循序渐进，由浅入深： 我们从最基础的概念讲起，逐步引入更复杂的理论和工具，确保读者能够扎实掌握每一个知识点。 数学工具与直观理解并重： 在提供严谨数学推导的同时，我们注重运用形象的比喻和图示来帮助读者建立直观的物理概念，化抽象为具体。 理论与实际应用紧密结合： 书中穿插大量的实例和应用场景，让您看到信号与系统理论如何在现实世界中解决工程问题，激发学习兴趣。 面向广泛的技术爱好者与从业者： 无论您是电子工程、通信工程、自动化、计算机科学专业的学生，还是对数据科学、人工智能、信号处理等领域感兴趣的从业人员，本书都将是您不可或缺的学习资源。 通过阅读本书，您将不仅仅是学习一套理论，更是获得一种分析和解决问题的思维方式。您将能够自信地剖析复杂的系统，理解不同技术之间的联系，并为未来的技术创新打下坚实的基础。让我们一起踏上这场探索信号与系统奥秘的旅程，解锁信息时代的无限可能！

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于它的“实用导向”和“深刻洞察”的完美结合。我是一个对理论知识的应用非常看重的人，而这本书恰恰满足了我的这一需求。它不仅仅是罗列公式和定理，更重要的是，它能够将这些抽象的数学工具与实际的工程问题联系起来。例如，在讲解滤波器设计时，书中不仅给出了巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器的原理，还详细讨论了它们的优缺点以及在通信、音频处理等领域的应用场景。这让我理解了为什么不同的滤波器会有不同的设计目标和适用范围。书中还涉及了一些关于采样定理和奈奎斯特定理的内容，这对于我理解数字信号处理的基础至关重要。作者的讲解深入浅出，能够让我清晰地理解为什么需要采样，以及采样率对信号重建的影响。我特别喜欢书中关于系统实现的部分，它介绍了一些常见的系统实现方法，比如差分方程、卷积和等。这让我能够将理论知识转化为具体的工程实践。这本书的排版也非常精良，图文并茂，公式清晰，阅读起来非常舒适。总而言之，这本书让我深刻体会到，信号与系统分析不仅仅是理论研究，更是解决实际工程问题的有力武器。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一本启迪心灵的地图，带领我探索了那些曾经只存在于概念中的抽象世界。翻开它，我仿佛置身于一个由各种波形、频率和时间轴编织而成的奇妙国度。作者以其深厚的功底和严谨的逻辑，将那些复杂的数学公式和物理原理，化为一个个清晰易懂的画面。书中对于傅里叶变换、拉普拉斯变换的讲解，尤其让我受益匪浅。我曾经在面对这些概念时感到无从下手，但这本书的引入方式，从信号的分解到频域的表示，循序渐进，层层递进，让我逐渐理解了它们背后的深刻含义。那些看似晦涩难懂的数学工具，在作者的笔下变得生动有趣，甚至带上了一种艺术的美感。我惊叹于作者能够将如此复杂的理论，用如此简洁、直观的方式呈现出来，仿佛一位技艺高超的魔术师，将枯燥的知识变幻出无穷的魅力。每一个章节的结尾，作者都会精心设计一些例题和思考题，这些不仅帮助我巩固了所学知识，更激发了我进一步探索的兴趣。我常常会反复研读这些题目，尝试从不同的角度去理解和解答，每一次的思考都让我对信号与系统的理解更上一层楼。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的良师益友，在我学习的道路上给予我无尽的启迪和力量。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书给我带来了前所未有的震撼。它所包含的内容之丰富，以及讲解的透彻程度，都远远超出了我的预期。我之前学习过一些关于电子工程的基础知识，对信号与系统也有一些初步的了解，但总感觉像是隔靴搔痒，没有抓住重点。而这本书，则像一把钥匙，打开了我对这个领域更深层次的认知。作者在书中对各种经典信号的分析，比如冲激信号、阶跃信号、指数信号等，都做得非常到位，不仅给出了严格的数学定义，还分析了它们在不同系统中的响应。这让我对信号的基本性质有了更清晰的认识。更让我印象深刻的是，书中对系统分析的部分，详细介绍了线性时不变系统的概念，以及如何通过分析系统的频率响应、相频响应来预测其行为。这让我理解了为什么不同的系统会对相同的信号产生不同的输出。书中还引入了一些关于稳定性、因果性等概念，这些对于设计可靠的系统至关重要。我尤其喜欢书中关于系统辨识的那一部分，作者讲解了如何从观测到的输入输出数据中推断出系统的模型，这在实际应用中具有极高的价值。这本书的知识体系非常完整，从基础概念到高级理论，层层递进，让我仿佛经历了一次系统而全面的“信号与系统”的洗礼。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式仿佛一股清流，冲刷着我过往对信号与系统知识的模糊印象。它的语言风格非常独特，不像传统的教科书那样严肃刻板，而是充满了作者个人独特的思考和见解。我尤其欣赏作者在处理一些复杂概念时所表现出的“娓娓道来”的功力。他不会上来就抛出大量晦涩的公式，而是先从问题的本质出发，引导读者去思考“为什么”和“是什么”，然后再逐步引入数学工具来解释。这种“先感悟，后求解”的学习路径，让我觉得学习过程充满了一种探索的乐趣，而不是被动地接受知识。书中对时域和频域关系的阐述，让我眼前一亮。我一直觉得这两个概念是相互独立的，直到阅读了这本书，我才真正理解它们是如何通过傅里叶变换紧密联系在一起的。作者用了很多生动的类比，比如将时域信号比作一首歌曲，而频域信号则是在分析这首歌曲包含的各种音符和它们的强度。这种深入浅出的讲解方式，让我能够轻松地跨越理解的鸿沟。此外，书中还涉及了一些关于离散时间信号和系统的内容，这对于我理解数字信号处理有着重要的意义。总而言之，这本书给我带来的不仅仅是知识的增长，更是一种思维方式的革新。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的“通关秘籍”！我之前接触过一些信号处理相关的书籍，但总觉得它们要么太过于理论化，要么又太过于应用导向，始终抓不住核心的精髓。然而，这本《信号与系统分析基础》却恰恰填补了我的这个空白。它在理论的深度和应用的广度之间找到了一个完美的平衡点。作者在讲解概念时，并没有回避那些必要的数学推导，但他总是能在恰当的时候给出直观的解释和形象的比喻，让我能够清晰地理解公式背后的物理意义。例如，在讲解卷积的概念时，书中用图像的方式展示了两个信号的滑动和叠加过程，这种可视化呈现的方式，远比干巴巴的数学定义要容易理解得多。而且，书中还穿插了许多实际应用案例，比如音频信号的处理、通信系统的模型等，这些都让我看到了理论知识的实际价值，也更加激发了我学习的动力。我特别喜欢书中关于滤波器设计的那一部分，作者不仅介绍了不同类型滤波器的原理，还详细讲解了如何根据实际需求选择和设计滤波器，这对于我日后从事相关工程项目非常有指导意义。这本书的结构也非常合理，从最基本的信号分类和系统特性讲起，逐步深入到傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等核心概念，最后再延伸到系统分析和设计，逻辑清晰，脉络分明。