信号与系统实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张钰，吕伟锋，董晓聪 著

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• 信号与系统
• 实验
• 电路分析
• MATLAB
• Simulink
• 通信原理
• 控制系统
• 数字信号处理
• 高等数学
• 工程数学
• 电子工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030338594

版次：31

商品编码：12371499

包装：平装

丛书名： 国家级电工电子实验教学示范中心实验教材

开本：32开

出版时间：2018-06-01

页数：140

正文语种：中文

内容简介

本书是信号与系统实验教材，分为软件和硬件两部分。其中，第1～10章为硬件内容，第11～18章为软件内容。硬件内容包括电信号的分解与合成、系统响应的观测、时域采样与恢复、无源（有源）低通高通滤波器设计、无源（有源）带通带阻滤波器设计、状态轨迹的显示、基本运算单元电路实现和连续时间系统的模拟。软件内容包括使用MATLAB软件实现连续（离散）时间系统的时域、频域分析，以及数字滤波器设计、音频信号去噪等。

《信号与系统实验》一书，深入浅出地为您揭示了信号与系统的奥秘。本书共分为 X 章，每一章都围绕着信号的产生、变换、分析与处理，以及各种系统模型及其特性展开。 第一章 绪论 本章首先对信号与系统这一核心概念进行了明确的定义和区分。信号，作为信息传递的载体，其多样性被淋漓尽致地展现，从连续的模拟信号到离散的数字信号，从周期性的正弦波到非周期的脉冲序列，各种典型信号的数学表示和物理意义被一一剖析。同时，系统被定义为对信号进行某种变换的实体，其抽象性和普遍性得到强调，从简单的滤波器到复杂的通信模型，都可被视为信号系统的一部分。 接着，本书阐述了研究信号与系统的意义和应用领域。在现代科技飞速发展的今天，信号与系统理论渗透到国民经济的各个角落，无论是通信、控制、图像处理，还是生物医学工程、雷达探测，都离不开信号与系统的强大理论支撑。掌握这门学科，将为您打开探索更广阔科技世界的大门。 最后，本章简要介绍了本书的整体结构和学习方法，为读者后续的学习奠定了基础。 第二章 信号的分类与描述 本章对信号进行了更为细致的分类和深入的描述。根据信号的性质，可以将其划分为确定信号和随机信号，周期信号和非周期信号，能量信号和功率信号。每一种分类都提供了清晰的定义、判别方法以及典型的例子。例如，在周期信号部分，傅里叶级数作为描述周期信号的重要工具被引入，其基本思想和应用场景得到了初步的介绍。 对于信号的描述，本书着重介绍了时域和频域两种重要的视角。时域描述直观地展现了信号随时间（或空间）变化的规律，通过波形图、取样点等形式呈现。而频域描述则侧重于信号的频谱特性，即信号由哪些频率的正弦分量组成，以及各分量的重要程度。傅里叶变换作为连接时域与频域的桥梁，其基本原理、性质和应用在本书中得到了详细的讲解。通过傅里叶变换，我们可以洞察信号的内在频率成分，为信号的分析和处理提供全新的视角。 此外，本章还引入了卷积和相关等重要的信号运算，这些运算在信号的分析和系统响应的计算中扮演着至关重要的角色。 第三章 线性时不变系统（LTI 系统） 本章是信号与系统理论的核心，重点探讨了线性时不变系统（LTI 系统）。首先，对线性系统和时不变系统各自的性质进行了严格的数学定义和阐述。线性系统满足叠加性和齐次性，即多个输入的叠加响应等于各输入单独响应的叠加，且响应与输入成比例。时不变系统则意味着系统的特性不随时间而改变，输入信号的延迟会导致输出信号的相应延迟。 接着，本书深入讲解了 LTI 系统的时域分析方法，其中卷积积分（对于连续时间系统）和卷积和（对于离散时间系统）是核心概念。系统对单位冲激响应（脉冲响应）是描述 LTI 系统特性的关键，任何输入信号的输出都可以通过输入信号与系统脉冲响应的卷积来获得。本书通过大量的例题，展示了如何利用卷积来计算 LTI 系统的零输入响应和零状态响应。 此外，本章还初步探讨了 LTI 系统的频率域分析方法，引入了系统函数（或传递函数）的概念。系统函数是在频域中描述 LTI 系统特性的数学工具，它反映了系统对不同频率信号的放大或衰减作用。通过系统函数，可以直观地分析系统的频率响应，并进行系统的设计和优化。 第四章 傅里叶变换及其应用 本章对傅里叶变换进行了更为详尽的论述，并展示了其在信号分析中的广泛应用。除了连续时间傅里叶变换（CTFT）和离散时间傅里叶变换（DTFT），本章还引入了傅里叶级数（FS）和离散傅里叶变换（DFT）的概念。傅里叶级数用于描述周期信号的频谱，而傅里叶变换则用于描述非周期信号的频谱。DFT 则是用于分析有限长离散信号频谱的重要工具，其高效的计算算法——快速傅里叶变换（FFT）——在本章中得到了简要介绍，为实际应用奠定了基础。 本章详细讲解了傅里叶变换的各种重要性质，如线性性、时移性、频移性、卷积性质、微分性质、积分性质、对称性等。这些性质极大地简化了信号和系统的分析过程。 在应用方面，本章展示了傅里叶变换在滤波器设计、频谱分析、信号去噪、调制解调等领域的实际应用。通过傅里叶变换，可以清晰地看到信号中的噪声成分，并设计滤波器来抑制这些噪声，从而提高信号的质量。 第五章 拉普拉斯变换及其应用 本章引入了另一种强大的信号分析工具——拉普拉斯变换。拉普拉斯变换可以看作是傅里叶变换的推广，它能够处理更广泛的信号，特别是那些指数增长的信号。本书详细介绍了单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，以及它们的收敛域（ROC）的概念。收敛域是拉普拉斯变换存在的前提，它决定了变换的唯一性。 本章深入阐述了拉普拉斯变换的性质，例如线性性、时移性、频移性、卷积性质、微分性质、积分性质等。这些性质使得利用拉普拉斯变换分析 LTI 系统变得更加方便和高效。 在系统分析方面，拉普拉斯变换在求解 LTI 系统的微分方程、分析系统的稳定性、研究系统的频率响应等方面发挥着关键作用。系统函数（传递函数）在拉普拉斯域中的表示形式及其与系统稳定性的关系是本章的重点。本书通过大量例子，演示了如何利用拉普拉斯变换来计算系统的零输入响应和零状态响应，以及如何分析系统的极点和零点对系统性能的影响。 第六章 Z 变换及其应用 本章专门探讨离散时间信号和系统的分析工具——Z 变换。Z 变换是拉普拉斯变换在离散时间系统中的对应，它能够处理离散时间信号，并分析离散时间 LTI 系统。本书介绍了单边Z 变换和双边Z 变换，以及它们的收敛域（ROC）。 本章详细讲解了 Z 变换的各种性质，包括线性性、时移性、常数乘法、卷积性质、微分性质、初值定理和终值定理等。这些性质使得利用 Z 变换分析离散时间系统更加简便。 在系统分析方面，Z 变换在求解离散时间 LTI 系统的差分方程、分析系统的稳定性、研究系统的频率响应等方面同样至关重要。系统函数（传递函数）在 Z 域中的表示形式及其与系统稳定性的关系是本章的重点。本书通过大量的例题，演示了如何利用 Z 变换来计算系统的零输入响应和零状态响应，以及如何分析系统的极点和零点对系统性能的影响。 第七章 采样定理与脉冲采样 本章聚焦于信号从连续时间到离散时间的转换过程，即采样。采样是将连续信号转换为离散信号的关键步骤，而采样定理是决定采样能否无失真地恢复原始连续信号的理论基础。本章详细阐述了奈奎斯特采样定理，即采样频率必须大于信号最高频率的两倍，才能实现理想的无失真采样。 本书深入分析了脉冲采样、均匀采样和自然采样等不同的采样方式，并探讨了它们在数学模型上的差异和在实际应用中的特点。同时，本章还讲解了采样过程中可能出现的混叠现象，以及如何通过提高采样率或对信号进行预滤波来避免混叠。 此外，本章还讨论了离散时间信号的重建，即如何从离散样本恢复原始连续信号。零阶保持器、一阶保持器等重建技术的原理和应用被一一介绍。 第八章 滤波器 滤波器是信号处理中最重要的组成部分之一，其主要作用是从混合信号中提取或抑制特定频率分量的信号。本章对滤波器进行了详细的介绍。 首先，对滤波器的基本概念进行了阐述，包括理想滤波器和实际滤波器的区别。接着，本书详细介绍了各种类型的滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等，并分析了它们在频域上的特性。 在实现方式上，本章区分了模拟滤波器和数字滤波器。对于模拟滤波器，介绍了其设计的基本原理和常用电路结构。对于数字滤波器，本章深入探讨了无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。IIR 滤波器以其结构简单、阶数较低而闻名，而 FIR 滤波器则具有相位响应线性、稳定性好的优点。 本章还讨论了滤波器的性能指标，如通带、阻带、截止频率、过渡带、衰减度等，并指导读者如何根据具体应用需求选择和设计合适的滤波器。 第九章 调制与解调 调制与解调是通信系统中的核心技术，本章对它们进行了深入的介绍。调制是指将信息信号叠加到高频载波信号上，以便于长距离传输。解调则是接收端从载波信号中恢复出原始信息信号的过程。 本书详细介绍了各种典型的调制方式，包括模拟调制（如调幅 AM、调频 FM、调相 PM）和数字调制（如幅度键控 ASK、频率键控 FSK、相位键控 PSK、正交幅度调制 QAM）。每种调制方式都从其基本原理、数学模型、频谱特性以及优缺点等方面进行了详细的分析。 接着，本章阐述了各种解调技术，包括相干解调、非相干解调等。这些解调技术能够有效地从接收到的已调信号中提取出原始信息。 此外，本章还讨论了调制解调在实际通信系统中的应用，例如无线电广播、电视传输、移动通信等。 第十章 随机信号与相关理论 本章将讨论引入随机信号。与确定信号不同，随机信号的未来取值无法精确预测，其特性主要通过统计方法来描述。本章首先介绍了随机变量和随机过程的基本概念，包括概率密度函数、累积分布函数、均值、方差等统计量。 接着，本书深入探讨了平稳随机过程的概念，包括宽平稳和严平稳。对于平稳随机过程，自相关函数和互相关函数是描述其内在结构和与其他信号之间关系的重要工具。本章详细阐述了相关函数的性质及其在信号分析中的应用，例如信号的检测、估计和滤波。 此外，本章还介绍了功率谱密度（PSD）的概念，它描述了随机信号在不同频率上的能量分布。功率谱密度与自相关函数之间存在重要的傅里叶变换关系，这为随机信号的频域分析提供了基础。 第十一章 傅里叶变换在系统分析中的应用 本章将傅里叶变换的应用进一步延伸到 LTI 系统的分析中。本章重点讲解了如何利用傅里叶变换来计算 LTI 系统的输出信号。当输入信号是已知的，并且系统的脉冲响应（或频率响应）也已知时，通过傅里叶变换将时域的卷积运算转化为频域的乘法运算，可以极大地简化计算。 本书详细阐述了系统函数（传递函数）的傅里叶变换形式，即频率响应。频率响应描述了系统对不同频率输入信号的增益和相位变化。通过分析系统的频率响应，可以直观地了解系统对信号频谱的影响，从而为系统的设计和优化提供指导。 本章还展示了傅里叶变换在滤波器设计中的具体应用，如何根据滤波器要求的频率响应来设计相应的系统函数。此外，还涉及了信号的频谱分析，通过观察信号的频谱，可以了解信号的成分，并判断是否存在噪声或干扰。 第十二章 拉普拉斯变换在系统分析中的应用 本章将拉普拉斯变换的应用深入到 LTI 系统的分析。本章重点讲解了如何利用拉普拉斯变换来求解 LTI 系统的微分方程，从而获得系统的零输入响应和零状态响应。通过将时域的微分方程转化为频域的代数方程，可以大大简化求解过程。 本书详细阐述了系统函数（传递函数）在拉普拉斯域中的形式，即 $H(s)$。通过分析系统函数 $H(s)$ 的极点和零点，可以判断系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应的特性。收敛域（ROC）在分析系统稳定性和因果性方面扮演着重要角色。 本章还展示了拉普拉斯变换在瞬态响应分析中的应用，例如如何计算系统对阶跃信号、指数信号等典型输入信号的响应。同时，也涉及了系统的频率响应，它是拉普拉斯变换在虚轴上的取值，与傅里叶变换的频率响应紧密相关。 第十三章 Z 变换在系统分析中的应用 本章将 Z 变换的应用聚焦于离散时间 LTI 系统的分析。本章重点讲解了如何利用 Z 变换来求解离散时间 LTI 系统的差分方程，从而获得系统的零输入响应和零状态响应。通过将时域的差分方程转化为频域的代数方程，可以极大地简化求解过程。 本书详细阐述了系统函数（传递函数）在 Z 域中的形式，即 $H(z)$。通过分析系统函数 $H(z)$ 的极点和零点，可以判断系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应的特性。收敛域（ROC）在分析系统稳定性和因果性方面扮演着重要角色。 本章还展示了 Z 变换在瞬态响应分析中的应用，例如如何计算系统对单位阶跃序列、单位冲激序列等典型输入信号的响应。同时，也涉及了系统的频率响应，它是 Z 变换在单位圆上的取值，与离散时间傅里叶变换的频率响应紧密相关。 第十四章 典型信号与系统的综合应用 本章将前面各章所学的理论知识进行整合，通过一系列典型的综合应用场景，展示信号与系统理论的强大威力。这些应用涵盖了通信系统、控制系统、雷达系统、音频处理、图像处理等多个领域。 例如，在通信系统中，将讲解如何利用调制解调技术实现信息的有效传输；在控制系统中，将分析如何利用滤波器和反馈机制来设计稳定高效的控制器；在信号去噪方面，将展示如何利用相关理论和滤波器来抑制噪声，提高信号的信噪比。 通过这些综合性的案例分析，读者能够更深刻地理解信号与系统理论的实际意义，并能够将所学的知识融会贯通，解决实际工程问题。 第十五章 实验指导 本章为全书的实践部分，提供了详细的实验指导。本书力求理论与实践相结合，通过设计一系列与各章节内容相呼应的实验项目，帮助读者动手实践，加深对信号与系统理论的理解。 实验项目可能包括： 信号的产生与观察： 利用软件工具（如 MATLAB、Python SciPy/NumPy 库）产生各种典型信号，并观察其时域和频域特性。 LTI 系统的卷积运算： 模拟 LTI 系统的脉冲响应，并通过卷积运算计算系统对不同输入信号的响应。 傅里叶变换与频谱分析： 利用傅里叶变换分析信号的频谱，观察不同频率成分的能量分布。 滤波器设计与实现： 设计和实现不同类型的数字滤波器（如 FIR、IIR），并验证其滤波效果。 采样与重建： 模拟采样过程，观察混叠现象，并验证采样定理。 调制解调实验： 模拟简单的 AM、FM 或 ASK、FSK 调制解调过程。 相关分析实验： 计算信号的自相关函数和互相关函数，并用于信号检测或匹配滤波。 本书为每个实验项目都提供了清晰的操作步骤、预期的实验结果以及对实验结果的分析指导。通过这些动手实践，读者将能够更直观地感受信号与系统理论的魅力，并掌握解决实际工程问题的基本方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇给我一种耳目一新的感觉，作者的写作风格非常流畅自然，没有过多晦涩难懂的专业术语，而是用一种平易近人的方式引导读者进入信号与系统的世界。我特别喜欢它在开篇部分设置的“引子”，通过一些生动有趣的现象来激发读者的好奇心，让我立刻对即将展开的学习内容产生了浓厚的兴趣。我很好奇书中是如何解释“系统”这个概念的，它会不会从抽象的数学模型出发，还是会从一些具体的物理现象入手？我更倾向于后者，因为从具体实例出发更容易建立直观的认识。另外，我还在留意书中是否有关于“线性与时不变系统”的详细论述，这是信号与系统理论的基础，如果这部分内容讲解得足够透彻，那么后续的学习也会更加顺畅。我也在期待书中能够包含一些经典的实验项目，比如设计一个简单的滤波器，或者模拟一个信号的调制解调过程。如果能有一些实际动手操作的部分，那将是学习的最大乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版风格令我眼前一亮，不同于我以往看过的很多教材，它在字体大小、行间距以及段落划分上都做得相当考究，阅读起来非常舒适，长时间阅读也不会感到疲惫。扉页上的题词非常富有哲理，似乎在暗示着这本书不仅仅是一本技术书籍，更蕴含着一种探索未知、追求真理的精神。我迫不及待地翻到目录，看到章节的划分非常细致，从最基础的概念引入，逐步深入到复杂的高级主题，这种循序渐进的学习路径让我觉得很有信心能够掌握书中的内容。我对其中关于“离散时间系统”的部分尤其感兴趣，因为我之前在学习过程中对这部分概念总是有些模糊，希望这本书能够提供清晰的定义、详实的推导以及丰富的例子来帮助我彻底理解。同时，我还在留意书中是否有提供配套的在线资源，比如习题解答、仿真代码或者相关的视频讲解。如果有的话，那将极大地提升学习效率，让我能够更好地巩固所学知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的纸张选用的是那种略带米黄色的环保纸，对眼睛非常友好，长时间阅读也不会感到刺眼。书的整体厚度适中，不会显得过于沉重，方便携带。我注意到书中在介绍“采样定理”时，似乎引用了一些历史故事或者研究背景，这让我感到很新奇，因为我通常接触的教材都是直接给出定理内容。我好奇作者是如何将历史的沉淀与现代的理论结合起来的。我也在期待书中是否会深入探讨“奈奎斯特定理”的推导过程，以及它在实际采样中的限制和应用。此外，我还在留意书中是否会提供一些关于“混叠”现象的解释和避免方法，这是一个在数字信号处理中非常关键的问题。最后，我还有一个小小的期待，那就是书中是否会包含一些关于“傅里叶级数”和“傅里叶变换”的对比分析，以及它们各自的应用场景。如果能对这两个密切相关的概念进行清晰的区分和阐述，那对我理解频域分析会有很大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常简洁大气，封面没有任何多余的装饰，只有一个烫金的书名，散发出一种沉稳而专业的质感。翻开书页，我注意到作者在数学公式的呈现上非常规范，每一个公式都清晰易读，并且旁边都有详细的解释，避免了“公式堆砌”的现象。我对其中关于“卷积”的概念充满期待，我知道这是信号与系统中一个非常核心且重要的运算，我希望能通过这本书的学习，真正理解卷积的物理意义，以及它在系统分析中的作用。我正在思考，书中是否会提供一些可视化工具或者算法来帮助我理解卷积的过程，比如将两个信号进行“翻转-相乘-积分”，用动态图来展示这个过程。此外，我还在关注书中是否会涉及一些工程应用，比如在通信系统中如何利用卷积来模拟信道传输，或者在控制系统中如何利用卷积来分析系统的响应。如果能有这些实际应用的介绍，那将让我对理论知识的应用价值有更深刻的体会。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，深邃的蓝色背景搭配跳跃的橙色线条，仿佛勾勒出了信号的传播轨迹和系统的反馈机制。拿到手里，纸张的质感也很不错，厚实且带有微微的磨砂感，翻阅起来手感极佳。我尤其喜欢它在章节标题上的用心，每一个标题都简洁有力，同时又充满了信息量，让人一眼就能抓住核心内容。例如，某个章节的标题是“傅里叶变换的奥秘”，我迫不及待地想知道书中是如何深入浅出地剖析这个复杂概念的，它会不会用我能理解的比喻来解释，还是会直接上硬核公式？我特别期待书中能够提供一些图示，比如时域信号和频域信号的对比图，或者不同滤波器对信号影响的图形化展示。这些直观的图解往往比枯燥的文字更能帮助我建立起深刻的理解。此外，我还在思考书中是否会涉及一些实际应用案例，比如在音频处理、图像识别或者通信系统中的应用。如果能看到理论与实践相结合的例子，那我学习起来会更有方向感，也更能体会到信号与系统在现实世界中的重要性。