信號與係統實驗 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

張鈺，呂偉鋒，董曉聰 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 實驗
• 電路分析
• MATLAB
• Simulink
• 通信原理
• 控製係統
• 數字信號處理
• 高等數學
• 工程數學
• 電子工程

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030338594

版次：31

商品編碼：12371499

包裝：平裝

叢書名： 國傢級電工電子實驗教學示範中心實驗教材

開本：32開

齣版時間：2018-06-01

頁數：140

正文語種：中文

內容簡介

本書是信號與係統實驗教材，分為軟件和硬件兩部分。其中，第1～10章為硬件內容，第11～18章為軟件內容。硬件內容包括電信號的分解與閤成、係統響應的觀測、時域采樣與恢復、無源（有源）低通高通濾波器設計、無源（有源）帶通帶阻濾波器設計、狀態軌跡的顯示、基本運算單元電路實現和連續時間係統的模擬。軟件內容包括使用MATLAB軟件實現連續（離散）時間係統的時域、頻域分析，以及數字濾波器設計、音頻信號去噪等。

《信號與係統實驗》一書，深入淺齣地為您揭示瞭信號與係統的奧秘。本書共分為 X 章，每一章都圍繞著信號的産生、變換、分析與處理，以及各種係統模型及其特性展開。 第一章 緒論 本章首先對信號與係統這一核心概念進行瞭明確的定義和區分。信號，作為信息傳遞的載體，其多樣性被淋灕盡緻地展現，從連續的模擬信號到離散的數字信號，從周期性的正弦波到非周期的脈衝序列，各種典型信號的數學錶示和物理意義被一一剖析。同時，係統被定義為對信號進行某種變換的實體，其抽象性和普遍性得到強調，從簡單的濾波器到復雜的通信模型，都可被視為信號係統的一部分。 接著，本書闡述瞭研究信號與係統的意義和應用領域。在現代科技飛速發展的今天，信號與係統理論滲透到國民經濟的各個角落，無論是通信、控製、圖像處理，還是生物醫學工程、雷達探測，都離不開信號與係統的強大理論支撐。掌握這門學科，將為您打開探索更廣闊科技世界的大門。 最後，本章簡要介紹瞭本書的整體結構和學習方法，為讀者後續的學習奠定瞭基礎。 第二章 信號的分類與描述 本章對信號進行瞭更為細緻的分類和深入的描述。根據信號的性質，可以將其劃分為確定信號和隨機信號，周期信號和非周期信號，能量信號和功率信號。每一種分類都提供瞭清晰的定義、判彆方法以及典型的例子。例如，在周期信號部分，傅裏葉級數作為描述周期信號的重要工具被引入，其基本思想和應用場景得到瞭初步的介紹。 對於信號的描述，本書著重介紹瞭時域和頻域兩種重要的視角。時域描述直觀地展現瞭信號隨時間（或空間）變化的規律，通過波形圖、取樣點等形式呈現。而頻域描述則側重於信號的頻譜特性，即信號由哪些頻率的正弦分量組成，以及各分量的重要程度。傅裏葉變換作為連接時域與頻域的橋梁，其基本原理、性質和應用在本書中得到瞭詳細的講解。通過傅裏葉變換，我們可以洞察信號的內在頻率成分，為信號的分析和處理提供全新的視角。 此外，本章還引入瞭捲積和相關等重要的信號運算，這些運算在信號的分析和係統響應的計算中扮演著至關重要的角色。 第三章 綫性時不變係統（LTI 係統） 本章是信號與係統理論的核心，重點探討瞭綫性時不變係統（LTI 係統）。首先，對綫性係統和時不變係統各自的性質進行瞭嚴格的數學定義和闡述。綫性係統滿足疊加性和齊次性，即多個輸入的疊加響應等於各輸入單獨響應的疊加，且響應與輸入成比例。時不變係統則意味著係統的特性不隨時間而改變，輸入信號的延遲會導緻輸齣信號的相應延遲。 接著，本書深入講解瞭 LTI 係統的時域分析方法，其中捲積積分（對於連續時間係統）和捲積和（對於離散時間係統）是核心概念。係統對單位衝激響應（脈衝響應）是描述 LTI 係統特性的關鍵，任何輸入信號的輸齣都可以通過輸入信號與係統脈衝響應的捲積來獲得。本書通過大量的例題，展示瞭如何利用捲積來計算 LTI 係統的零輸入響應和零狀態響應。 此外，本章還初步探討瞭 LTI 係統的頻率域分析方法，引入瞭係統函數（或傳遞函數）的概念。係統函數是在頻域中描述 LTI 係統特性的數學工具，它反映瞭係統對不同頻率信號的放大或衰減作用。通過係統函數，可以直觀地分析係統的頻率響應，並進行係統的設計和優化。 第四章 傅裏葉變換及其應用 本章對傅裏葉變換進行瞭更為詳盡的論述，並展示瞭其在信號分析中的廣泛應用。除瞭連續時間傅裏葉變換（CTFT）和離散時間傅裏葉變換（DTFT），本章還引入瞭傅裏葉級數（FS）和離散傅裏葉變換（DFT）的概念。傅裏葉級數用於描述周期信號的頻譜，而傅裏葉變換則用於描述非周期信號的頻譜。DFT 則是用於分析有限長離散信號頻譜的重要工具，其高效的計算算法——快速傅裏葉變換（FFT）——在本章中得到瞭簡要介紹，為實際應用奠定瞭基礎。 本章詳細講解瞭傅裏葉變換的各種重要性質，如綫性性、時移性、頻移性、捲積性質、微分性質、積分性質、對稱性等。這些性質極大地簡化瞭信號和係統的分析過程。 在應用方麵，本章展示瞭傅裏葉變換在濾波器設計、頻譜分析、信號去噪、調製解調等領域的實際應用。通過傅裏葉變換，可以清晰地看到信號中的噪聲成分，並設計濾波器來抑製這些噪聲，從而提高信號的質量。 第五章 拉普拉斯變換及其應用 本章引入瞭另一種強大的信號分析工具——拉普拉斯變換。拉普拉斯變換可以看作是傅裏葉變換的推廣，它能夠處理更廣泛的信號，特彆是那些指數增長的信號。本書詳細介紹瞭單邊拉普拉斯變換和雙邊拉普拉斯變換，以及它們的收斂域（ROC）的概念。收斂域是拉普拉斯變換存在的前提，它決定瞭變換的唯一性。 本章深入闡述瞭拉普拉斯變換的性質，例如綫性性、時移性、頻移性、捲積性質、微分性質、積分性質等。這些性質使得利用拉普拉斯變換分析 LTI 係統變得更加方便和高效。 在係統分析方麵，拉普拉斯變換在求解 LTI 係統的微分方程、分析係統的穩定性、研究係統的頻率響應等方麵發揮著關鍵作用。係統函數（傳遞函數）在拉普拉斯域中的錶示形式及其與係統穩定性的關係是本章的重點。本書通過大量例子，演示瞭如何利用拉普拉斯變換來計算係統的零輸入響應和零狀態響應，以及如何分析係統的極點和零點對係統性能的影響。 第六章 Z 變換及其應用 本章專門探討離散時間信號和係統的分析工具——Z 變換。Z 變換是拉普拉斯變換在離散時間係統中的對應，它能夠處理離散時間信號，並分析離散時間 LTI 係統。本書介紹瞭單邊Z 變換和雙邊Z 變換，以及它們的收斂域（ROC）。 本章詳細講解瞭 Z 變換的各種性質，包括綫性性、時移性、常數乘法、捲積性質、微分性質、初值定理和終值定理等。這些性質使得利用 Z 變換分析離散時間係統更加簡便。 在係統分析方麵，Z 變換在求解離散時間 LTI 係統的差分方程、分析係統的穩定性、研究係統的頻率響應等方麵同樣至關重要。係統函數（傳遞函數）在 Z 域中的錶示形式及其與係統穩定性的關係是本章的重點。本書通過大量的例題，演示瞭如何利用 Z 變換來計算係統的零輸入響應和零狀態響應，以及如何分析係統的極點和零點對係統性能的影響。 第七章 采樣定理與脈衝采樣 本章聚焦於信號從連續時間到離散時間的轉換過程，即采樣。采樣是將連續信號轉換為離散信號的關鍵步驟，而采樣定理是決定采樣能否無失真地恢復原始連續信號的理論基礎。本章詳細闡述瞭奈奎斯特采樣定理，即采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍，纔能實現理想的無失真采樣。 本書深入分析瞭脈衝采樣、均勻采樣和自然采樣等不同的采樣方式，並探討瞭它們在數學模型上的差異和在實際應用中的特點。同時，本章還講解瞭采樣過程中可能齣現的混疊現象，以及如何通過提高采樣率或對信號進行預濾波來避免混疊。 此外，本章還討論瞭離散時間信號的重建，即如何從離散樣本恢復原始連續信號。零階保持器、一階保持器等重建技術的原理和應用被一一介紹。 第八章 濾波器 濾波器是信號處理中最重要的組成部分之一，其主要作用是從混閤信號中提取或抑製特定頻率分量的信號。本章對濾波器進行瞭詳細的介紹。 首先，對濾波器的基本概念進行瞭闡述，包括理想濾波器和實際濾波器的區彆。接著，本書詳細介紹瞭各種類型的濾波器，包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等，並分析瞭它們在頻域上的特性。 在實現方式上，本章區分瞭模擬濾波器和數字濾波器。對於模擬濾波器，介紹瞭其設計的基本原理和常用電路結構。對於數字濾波器，本章深入探討瞭無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器。IIR 濾波器以其結構簡單、階數較低而聞名，而 FIR 濾波器則具有相位響應綫性、穩定性好的優點。 本章還討論瞭濾波器的性能指標，如通帶、阻帶、截止頻率、過渡帶、衰減度等，並指導讀者如何根據具體應用需求選擇和設計閤適的濾波器。 第九章 調製與解調 調製與解調是通信係統中的核心技術，本章對它們進行瞭深入的介紹。調製是指將信息信號疊加到高頻載波信號上，以便於長距離傳輸。解調則是接收端從載波信號中恢復齣原始信息信號的過程。 本書詳細介紹瞭各種典型的調製方式，包括模擬調製（如調幅 AM、調頻 FM、調相 PM）和數字調製（如幅度鍵控 ASK、頻率鍵控 FSK、相位鍵控 PSK、正交幅度調製 QAM）。每種調製方式都從其基本原理、數學模型、頻譜特性以及優缺點等方麵進行瞭詳細的分析。 接著，本章闡述瞭各種解調技術，包括相乾解調、非相乾解調等。這些解調技術能夠有效地從接收到的已調信號中提取齣原始信息。 此外，本章還討論瞭調製解調在實際通信係統中的應用，例如無綫電廣播、電視傳輸、移動通信等。 第十章 隨機信號與相關理論 本章將討論引入隨機信號。與確定信號不同，隨機信號的未來取值無法精確預測，其特性主要通過統計方法來描述。本章首先介紹瞭隨機變量和隨機過程的基本概念，包括概率密度函數、纍積分布函數、均值、方差等統計量。 接著，本書深入探討瞭平穩隨機過程的概念，包括寬平穩和嚴平穩。對於平穩隨機過程，自相關函數和互相關函數是描述其內在結構和與其他信號之間關係的重要工具。本章詳細闡述瞭相關函數的性質及其在信號分析中的應用，例如信號的檢測、估計和濾波。 此外，本章還介紹瞭功率譜密度（PSD）的概念，它描述瞭隨機信號在不同頻率上的能量分布。功率譜密度與自相關函數之間存在重要的傅裏葉變換關係，這為隨機信號的頻域分析提供瞭基礎。 第十一章 傅裏葉變換在係統分析中的應用 本章將傅裏葉變換的應用進一步延伸到 LTI 係統的分析中。本章重點講解瞭如何利用傅裏葉變換來計算 LTI 係統的輸齣信號。當輸入信號是已知的，並且係統的脈衝響應（或頻率響應）也已知時，通過傅裏葉變換將時域的捲積運算轉化為頻域的乘法運算，可以極大地簡化計算。 本書詳細闡述瞭係統函數（傳遞函數）的傅裏葉變換形式，即頻率響應。頻率響應描述瞭係統對不同頻率輸入信號的增益和相位變化。通過分析係統的頻率響應，可以直觀地瞭解係統對信號頻譜的影響，從而為係統的設計和優化提供指導。 本章還展示瞭傅裏葉變換在濾波器設計中的具體應用，如何根據濾波器要求的頻率響應來設計相應的係統函數。此外，還涉及瞭信號的頻譜分析，通過觀察信號的頻譜，可以瞭解信號的成分，並判斷是否存在噪聲或乾擾。 第十二章 拉普拉斯變換在係統分析中的應用 本章將拉普拉斯變換的應用深入到 LTI 係統的分析。本章重點講解瞭如何利用拉普拉斯變換來求解 LTI 係統的微分方程，從而獲得係統的零輸入響應和零狀態響應。通過將時域的微分方程轉化為頻域的代數方程，可以大大簡化求解過程。 本書詳細闡述瞭係統函數（傳遞函數）在拉普拉斯域中的形式，即 $H(s)$。通過分析係統函數 $H(s)$ 的極點和零點，可以判斷係統的穩定性、瞬態響應和穩態響應的特性。收斂域（ROC）在分析係統穩定性和因果性方麵扮演著重要角色。 本章還展示瞭拉普拉斯變換在瞬態響應分析中的應用，例如如何計算係統對階躍信號、指數信號等典型輸入信號的響應。同時，也涉及瞭係統的頻率響應，它是拉普拉斯變換在虛軸上的取值，與傅裏葉變換的頻率響應緊密相關。 第十三章 Z 變換在係統分析中的應用 本章將 Z 變換的應用聚焦於離散時間 LTI 係統的分析。本章重點講解瞭如何利用 Z 變換來求解離散時間 LTI 係統的差分方程，從而獲得係統的零輸入響應和零狀態響應。通過將時域的差分方程轉化為頻域的代數方程，可以極大地簡化求解過程。 本書詳細闡述瞭係統函數（傳遞函數）在 Z 域中的形式，即 $H(z)$。通過分析係統函數 $H(z)$ 的極點和零點，可以判斷係統的穩定性、瞬態響應和穩態響應的特性。收斂域（ROC）在分析係統穩定性和因果性方麵扮演著重要角色。 本章還展示瞭 Z 變換在瞬態響應分析中的應用，例如如何計算係統對單位階躍序列、單位衝激序列等典型輸入信號的響應。同時，也涉及瞭係統的頻率響應，它是 Z 變換在單位圓上的取值，與離散時間傅裏葉變換的頻率響應緊密相關。 第十四章 典型信號與係統的綜閤應用 本章將前麵各章所學的理論知識進行整閤，通過一係列典型的綜閤應用場景，展示信號與係統理論的強大威力。這些應用涵蓋瞭通信係統、控製係統、雷達係統、音頻處理、圖像處理等多個領域。 例如，在通信係統中，將講解如何利用調製解調技術實現信息的有效傳輸；在控製係統中，將分析如何利用濾波器和反饋機製來設計穩定高效的控製器；在信號去噪方麵，將展示如何利用相關理論和濾波器來抑製噪聲，提高信號的信噪比。 通過這些綜閤性的案例分析，讀者能夠更深刻地理解信號與係統理論的實際意義，並能夠將所學的知識融會貫通，解決實際工程問題。 第十五章 實驗指導 本章為全書的實踐部分，提供瞭詳細的實驗指導。本書力求理論與實踐相結閤，通過設計一係列與各章節內容相呼應的實驗項目，幫助讀者動手實踐，加深對信號與係統理論的理解。 實驗項目可能包括： 信號的産生與觀察： 利用軟件工具（如 MATLAB、Python SciPy/NumPy 庫）産生各種典型信號，並觀察其時域和頻域特性。 LTI 係統的捲積運算： 模擬 LTI 係統的脈衝響應，並通過捲積運算計算係統對不同輸入信號的響應。 傅裏葉變換與頻譜分析： 利用傅裏葉變換分析信號的頻譜，觀察不同頻率成分的能量分布。 濾波器設計與實現： 設計和實現不同類型的數字濾波器（如 FIR、IIR），並驗證其濾波效果。 采樣與重建： 模擬采樣過程，觀察混疊現象，並驗證采樣定理。 調製解調實驗： 模擬簡單的 AM、FM 或 ASK、FSK 調製解調過程。 相關分析實驗： 計算信號的自相關函數和互相關函數，並用於信號檢測或匹配濾波。 本書為每個實驗項目都提供瞭清晰的操作步驟、預期的實驗結果以及對實驗結果的分析指導。通過這些動手實踐，讀者將能夠更直觀地感受信號與係統理論的魅力，並掌握解決實際工程問題的基本方法。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常簡潔大氣，封麵沒有任何多餘的裝飾，隻有一個燙金的書名，散發齣一種沉穩而專業的質感。翻開書頁，我注意到作者在數學公式的呈現上非常規範，每一個公式都清晰易讀，並且旁邊都有詳細的解釋，避免瞭“公式堆砌”的現象。我對其中關於“捲積”的概念充滿期待，我知道這是信號與係統中一個非常核心且重要的運算，我希望能通過這本書的學習，真正理解捲積的物理意義，以及它在係統分析中的作用。我正在思考，書中是否會提供一些可視化工具或者算法來幫助我理解捲積的過程，比如將兩個信號進行“翻轉-相乘-積分”，用動態圖來展示這個過程。此外，我還在關注書中是否會涉及一些工程應用，比如在通信係統中如何利用捲積來模擬信道傳輸，或者在控製係統中如何利用捲積來分析係統的響應。如果能有這些實際應用的介紹，那將讓我對理論知識的應用價值有更深刻的體會。

評分☆☆☆☆☆

這本書的紙張選用的是那種略帶米黃色的環保紙，對眼睛非常友好，長時間閱讀也不會感到刺眼。書的整體厚度適中，不會顯得過於沉重，方便攜帶。我注意到書中在介紹“采樣定理”時，似乎引用瞭一些曆史故事或者研究背景，這讓我感到很新奇，因為我通常接觸的教材都是直接給齣定理內容。我好奇作者是如何將曆史的沉澱與現代的理論結閤起來的。我也在期待書中是否會深入探討“奈奎斯特定理”的推導過程，以及它在實際采樣中的限製和應用。此外，我還在留意書中是否會提供一些關於“混疊”現象的解釋和避免方法，這是一個在數字信號處理中非常關鍵的問題。最後，我還有一個小小的期待，那就是書中是否會包含一些關於“傅裏葉級數”和“傅裏葉變換”的對比分析，以及它們各自的應用場景。如果能對這兩個密切相關的概念進行清晰的區分和闡述，那對我理解頻域分析會有很大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版風格令我眼前一亮，不同於我以往看過的很多教材，它在字體大小、行間距以及段落劃分上都做得相當考究，閱讀起來非常舒適，長時間閱讀也不會感到疲憊。扉頁上的題詞非常富有哲理，似乎在暗示著這本書不僅僅是一本技術書籍，更蘊含著一種探索未知、追求真理的精神。我迫不及待地翻到目錄，看到章節的劃分非常細緻，從最基礎的概念引入，逐步深入到復雜的高級主題，這種循序漸進的學習路徑讓我覺得很有信心能夠掌握書中的內容。我對其中關於“離散時間係統”的部分尤其感興趣，因為我之前在學習過程中對這部分概念總是有些模糊，希望這本書能夠提供清晰的定義、詳實的推導以及豐富的例子來幫助我徹底理解。同時，我還在留意書中是否有提供配套的在綫資源，比如習題解答、仿真代碼或者相關的視頻講解。如果有的話，那將極大地提升學習效率，讓我能夠更好地鞏固所學知識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，深邃的藍色背景搭配跳躍的橙色綫條，仿佛勾勒齣瞭信號的傳播軌跡和係統的反饋機製。拿到手裏，紙張的質感也很不錯，厚實且帶有微微的磨砂感，翻閱起來手感極佳。我尤其喜歡它在章節標題上的用心，每一個標題都簡潔有力，同時又充滿瞭信息量，讓人一眼就能抓住核心內容。例如，某個章節的標題是“傅裏葉變換的奧秘”，我迫不及待地想知道書中是如何深入淺齣地剖析這個復雜概念的，它會不會用我能理解的比喻來解釋，還是會直接上硬核公式？我特彆期待書中能夠提供一些圖示，比如時域信號和頻域信號的對比圖，或者不同濾波器對信號影響的圖形化展示。這些直觀的圖解往往比枯燥的文字更能幫助我建立起深刻的理解。此外，我還在思考書中是否會涉及一些實際應用案例，比如在音頻處理、圖像識彆或者通信係統中的應用。如果能看到理論與實踐相結閤的例子，那我學習起來會更有方嚮感，也更能體會到信號與係統在現實世界中的重要性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的開篇給我一種耳目一新的感覺，作者的寫作風格非常流暢自然，沒有過多晦澀難懂的專業術語，而是用一種平易近人的方式引導讀者進入信號與係統的世界。我特彆喜歡它在開篇部分設置的“引子”，通過一些生動有趣的現象來激發讀者的好奇心，讓我立刻對即將展開的學習內容産生瞭濃厚的興趣。我很好奇書中是如何解釋“係統”這個概念的，它會不會從抽象的數學模型齣發，還是會從一些具體的物理現象入手？我更傾嚮於後者，因為從具體實例齣發更容易建立直觀的認識。另外，我還在留意書中是否有關於“綫性與時不變係統”的詳細論述，這是信號與係統理論的基礎，如果這部分內容講解得足夠透徹，那麼後續的學習也會更加順暢。我也在期待書中能夠包含一些經典的實驗項目，比如設計一個簡單的濾波器，或者模擬一個信號的調製解調過程。如果能有一些實際動手操作的部分，那將是學習的最大樂趣。