9787111340676 信号与系统理论和实训 机械工业出版社 任利华 等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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任利华 等 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111340676

商品编码：29423332090

包装：平装-胶订

出版时间：2012-07-01

基本信息

书名：信号与系统理论和实训

定价：16.00元

作者：任利华 等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2012-07-01

ISBN：9787111340676

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.182kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》在认真总结“信号与系统”课程以往的理论教学与实训教学的基础上精心编写，以培养一线高级技术应用型专门人才为目标，更好地体现了高等职业技术教育教学的特点。本书结合高等职业技术教育教学改革的经验，通过实训练习，使高职高专学生更好地掌握所学内容，达到提高实践操作能力的目的。
　　《教育部高等职业教育示范专业规划教材：信号与系统理论和实训》全面介绍了信号与系统相关实训内容，共分为11章，包括实验设备及Matlab介绍、信号的基本知识、连续信号的时域分析、线性时不变系统、连续系统的时域分析、连续信号的频域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析、离散系统的时域分析与z域分析、系统特性测量和反馈系统。
　　本书可用做电子信息类和通信类等专业的实训教材，特别适合作为高职高专的教材使用。各院校可根据专业特点、实训教学时数等具体情况对其内容进行适当调整和增减。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《信号与系统》的理论基石与工程实践 一、 信号的本质与描述 信号，作为信息传递和物理量变化的载体，是理解和分析众多工程领域的基础。它们可以是随时间变化的电信号，如语音、图像；也可以是空间上变化的物理量，如温度分布、压力场。深入理解信号的本质，需要掌握其基本的数学描述。 1. 信号的分类与特性 信号的分类是信号分析的第一步。根据其变化的方式，我们可以将信号划分为： 连续时间信号 (Continuous-Time Signals, CTS)：信号在时间上是连续的，可以用一个实数自变量 $t$ 来表示，例如 $x(t)$。常见的例子包括模拟音频信号、温度随时间变化的曲线等。 离散时间信号 (Discrete-Time Signals, DTS)：信号在时间上是离散的，只能在特定的时间点上取值，通常用整数自变量 $n$ 来表示，例如 $x[n]$。数字信号处理中的信号就是离散时间信号。 周期信号 (Periodic Signals)：信号的波形会随着时间的推移而重复出现，存在一个最小的正周期 $T_0$（对于连续时间信号）或 $N_0$（对于离散时间信号），使得 $x(t) = x(t + T_0)$ 或 $x[n] = x[n + N_0]$。 非周期信号 (Aperiodic Signals)：不满足周期信号的定义。 能量信号 (Energy Signals)：信号的积分能量是有限的。能量信号通常幅值随时间衰减。 功率信号 (Power Signals)：信号的平均功率是有限的。周期信号和某些衰减缓慢的非周期信号属于功率信号。 确定性信号 (Deterministic Signals)：信号的数值在任何时刻都是可以准确预测的。 随机信号 (Random Signals)：信号的数值具有随机性，只能通过统计学方法进行分析。 除了分类，信号还具有一些重要的特性： 幅度 (Amplitude)：信号在某个时刻的最大值或变化范围。 频率 (Frequency)：描述信号变化的快慢，单位通常是赫兹 (Hz)。 相位 (Phase)：描述信号在某个时刻的状态，对于周期性信号尤为重要。 带宽 (Bandwidth)：信号所包含的频率范围。 2. 基本信号的表示 为了分析更复杂的信号，我们需要掌握一些基本信号的数学表示： 单位阶跃信号 (Unit Step Signal)：在 $t=0$ (或 $n=0$) 时刻从0突变到1，并在之后保持1。 连续时间：$u(t) = egin{cases} 1, & t ge 0 \ 0, & t < 0 end{cases}$ 离散时间：$u[n] = egin{cases} 1, & n ge 0 \ 0, & n < 0 end{cases}$ 单位冲激信号 (Unit Impulse Signal)：在 $t=0$ (或 $n=0$) 时刻具有无穷大的值，但其在整个时间轴上的积分（或求和）为1。 连续时间：$delta(t)$，满足 $int_{-infty}^{infty} delta(t) dt = 1$。 离散时间：$delta[n]$，满足 $sum_{n=-infty}^{infty} delta[n] = 1$。 复指数信号 (Complex Exponential Signal)：$e^{jomega t}$ 或 $e^{jomega n}$，是分析许多信号的重要基础，其性质在傅里叶分析中至关重要。 正弦信号 (Sinusoidal Signal)：$A cos(omega t + phi)$ 或 $A sin(omega t + phi)$，是自然界中最常见的周期性信号。 3. 信号的时域与频域表示 分析信号不仅仅局限于其在时间轴上的表现（时域），更重要的是理解其包含的频率成分（频域）。 时域分析 (Time-Domain Analysis)：直接观察信号随时间的变化，分析其幅值、周期、瞬态响应等。 频域分析 (Frequency-Domain Analysis)：通过傅里叶变换等工具，将信号分解为不同频率的正弦或复指数信号的叠加，从而了解信号的频谱特性。这对于滤波、调制解调、系统分析等至关重要。 二、 系统的概念与性质 系统，是将一个或多个输入信号转换为一个或多个输出信号的“黑箱”。现实世界中的各种设备、电路、算法都可以看作是系统。对系统的理解，是信号处理和控制工程的核心。 1. 系统的模型与描述 系统的输入和输出通常是信号。我们可以用数学模型来描述系统将输入信号转换为输出信号的过程。 输入-输出 (Input-Output) 模型：最直观的模型，直接描述输入与输出之间的关系。 差分方程/微分方程模型 (Difference/Differential Equation Models)：对于线性时不变系统，通常可以用常系数线性微分方程（对于连续时间系统）或差分方程（对于离散时间系统）来描述。例如，一个简单的RC电路可以用微分方程描述。 传递函数模型 (Transfer Function Models)：在频域中，系统可以用传递函数来表示，它描述了系统在不同频率下的响应特性。 2. 系统的基本性质 理解系统的性质，可以帮助我们判断系统的行为特点，以及如何设计和控制系统。 线性 (Linearity)：如果系统对输入信号的叠加和标量乘法具有相同的响应，则称系统是线性的。即，若 $y_1(t) = T{x_1(t)}$ 且 $y_2(t) = T{x_2(t)}$，则对于任意常数 $a$ 和 $b$，有 $T{ax_1(t) + bx_2(t)} = ay_1(t) + by_2(t)$。 时不变性 (Time-Invariance)：如果系统的特性不随时间的推移而改变，则称系统是时不变的。即，若 $y(t) = T{x(t)}$，则对于任意时间延迟 $ au$，有 $T{x(t- au)} = y(t- au)$。 因果性 (Causality)：系统的输出在任何时刻只取决于当前和过去的输入，而不取决于未来的输入。这对于实际的物理系统是普遍存在的。 稳定性 (Stability)：如果对于有界的输入信号，系统的输出也是有界的，则称系统是稳定的。不稳定系统可能会产生失控的输出。 记忆性 (Memory)：如果系统的输出仅取决于当前输入，则称系统是无记忆的；否则，系统有记忆。 可逆性 (Invertibility)：如果系统的输出可以唯一地确定输入，则称系统是可逆的。 3. 卷积：系统分析的利器 对于线性时不变 (LTI) 系统，卷积积分（对于连续时间系统）或卷积和（对于离散时间系统）是描述系统输入-输出关系的核心数学工具。 离散时间卷积和: $y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n-k]$ 连续时间卷积积分: $y(t) = x(t) h(t) = int_{-infty}^{infty} x( au) h(t- au) d au$ 其中，$h(t)$ 或 $h[n]$ 被称为系统的冲激响应 (Impulse Response)。冲激响应是LTI系统的“指纹”，它完全表征了该系统。通过卷积，我们可以计算任意输入信号通过LTI系统后的输出。 三、 信号与系统的分析工具 为了更深入地分析信号和系统，发展了多种强大的数学工具，它们在不同场景下各有优势。 1. 傅里叶级数与傅里叶变换 傅里叶分析是将信号分解为不同频率正弦或复指数分量的基本方法。 傅里叶级数 (Fourier Series)：用于表示周期信号，将其分解为一系列不同频率的傅里叶系数和正弦/余弦（或复指数）项的叠加。 傅里叶变换 (Fourier Transform)：用于表示非周期信号，将信号从时域转换到频域，得到信号的连续频谱。 连续时间傅里叶变换 (CTFT)：$X(omega) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-jomega t} dt$ 离散时间傅里叶变换 (DTFT)：$X(omega) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ 傅里叶级数的复指数形式：将正弦/余弦信号表示为复指数信号，简化了计算和理论分析。 2. 拉普拉斯变换 拉普拉斯变换是对傅里叶变换的推广，特别适用于分析含有指数衰减或增长的非周期信号，以及研究系统的稳定性。 单边拉普拉斯变换: $X(s) = int_{0^{-}}^{infty} x(t) e^{-st} dt$，其中 $s = sigma + jomega$ 是复频率。 双边拉普拉斯变换: $X(s) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-st} dt$ 收敛域 (Region of Convergence, ROC)：是拉普拉斯变换存在的前提，它决定了信号的特性以及系统的因果性。 传递函数 (Transfer Function)：在拉普拉斯域中，LTI系统的传递函数 $H(s) = Y(s)/X(s)$，它提供了系统在复频率域的响应信息。 3. Z变换 Z变换是拉普拉斯变换在离散时间信号分析中的对应，是离散时间LTI系统分析的核心工具。 Z变换: $X(z) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] z^{-n}$，其中 $z$ 是复变量。 单位圆 (Unit Circle)：在Z平面上，单位圆是判断离散时间傅里叶变换（DTFT）存在的关键。 离散时间系统函数 (Discrete-Time System Function)：在Z域中，LTI系统的系统函数 $H(z) = Y(z)/X(z)$。 4. 采样定理 采样定理是连接连续时间信号和离散时间信号的桥梁。它表明，只要采样频率足够高（大于信号最高频率的两倍，即奈奎斯特率），就可以从离散的采样点无失真地恢复原始连续信号。 奈奎斯特-夏农采样定理: 对于一个最高频率为 $f_{max}$ 的连续信号，若以高于 $2f_{max}$ 的采样频率进行采样，则该连续信号可以通过其采样序列唯一确定。 四、 工程实践中的信号与系统 信号与系统的理论不仅仅是抽象的数学概念，它们在现代工程的各个领域都有着广泛的应用。 通信系统: 信号的传输、调制、解调、编码、解码，都需要深入理解信号的特性和系统的处理能力。 控制系统: 稳定性和动态响应的分析，控制器设计，都依赖于对系统模型的建立和分析。 图像处理: 图像可以看作是二维信号，滤波、边缘检测、压缩等操作都涉及信号与系统的理论。 音频处理: 音频信号的采集、处理、合成，如降噪、均衡、混响，都离不开信号与系统的知识。 生物医学工程: 生理信号（如心电图、脑电图）的分析和处理。 金融工程: 时间序列分析、风险建模等。 结语 《信号与系统》作为一门基础课程，为学生提供了理解和分析各种工程问题的强大理论框架。它不仅教授了信号的描述、系统的特性，更提供了傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等一系列分析工具。通过将理论与实际工程问题相结合，学习者能够更好地设计、实现和优化各种复杂的工程系统，解决现实世界中的挑战。对信号与系统的深入理解，是任何希望在工程领域有所作为的工程师的必备素养。

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我最近在看一本关于系统辨识的专业书籍，这本书的实用性非常强，完全不像那种只停留在理论假设上的学术著作。它开篇就花了很大篇幅讲解了数据预处理的重要性，包括如何识别并去除测量中的噪声、如何对信号进行升采样和降采样以匹配模型要求，这些都是实际工程中必须面对的问题。书中对参数估计方法的介绍尤其细致，从最基础的最小二乘法到递推最小二乘法（RLS），作者不仅给出了公式，还深入分析了它们对初值和噪声敏感性的差异，甚至还提供了伪代码级别的算法描述。我印象最深的是它对ARX、ARMAX等经典模型的比较，清晰地指出了每种模型结构在辨识复杂度和计算效率上的权衡。此外，书中对于模型结构选择（Model Order Selection）的讨论非常成熟，引用了AIC、BIC等信息准则，并结合交叉验证的方法来指导实践，这对于避免模型过度拟合或欠拟合提供了宝贵的经验指导。这本书更像是作者多年项目经验的总结，而不是简单的知识汇编。

评分☆☆☆☆☆

最近正在啃一本关于电磁场与电磁波的书籍，这本书的排版和插图质量简直是教科书级别的享受。它对麦克斯韦方程组的阐述极其严谨，从一开始的积分形式到微分形式的推导，每一步的物理意义都解释得清清楚楚，绝非那种只给出公式然后让你死记硬背的风格。特别是讨论到各种边界条件时，作者用了大量的二维剖面图来辅助理解电磁场的矢量分布，这对于理解波导管中的TE/TM模式至关重要。更值得称赞的是，这本书对传输线理论的处理方式，它没有直接跳到史密斯圆图，而是通过求解特定边界下的亥姆霍兹方程，自然而然地推导出电压和电流的驻波比，这种由底层原理出发的逻辑链条非常完整。读到静电场部分时，我对泊松方程和拉普拉斯方程的数值解法也有了一定的了解，虽然只是浅尝辄止，但也为后续学习有限元法（FEM）等打下了理论基础。总的来说，这本书在保持理论高度的同时，兼顾了读者的视觉和理解体验，非常适合作为专业核心课程的参考书。

评分☆☆☆☆☆

最近翻阅了一本关于数字信号处理的书，书名虽然不是我手上的那本，但内容深度和广度着实让我眼前一亮。这本书的作者似乎对傅里叶分析有着深刻的理解，开篇就用非常直观的图例解释了连续时间信号和离散时间信号的转换过程，这对于初学者来说简直是福音。尤其赞赏的是，它没有止步于理论公式的堆砌，而是巧妙地结合了实际应用案例，比如音频滤波和图像增强，让原本枯燥的数学概念立刻变得鲜活起来。我记得其中一章详细对比了FFT算法的不同实现方式及其在不同场景下的性能考量，这部分内容写得极其到位，甚至连计算复杂度都有详细的分析，看得出来作者在工程实践上也是下了苦功的。另外，书中对Z变换的讲解也很有新意，不像传统教材那样只是罗列性质，而是通过系统零、极点的位置来解释系统的稳定性与频率响应，这为理解LTI系统的工作原理提供了新的视角。总而言之，这是一本理论扎实又不失工程实践指导意义的佳作，读完后感觉对信号处理的基础理论又上了一个大台阶。

评分☆☆☆☆☆

手里这本关于控制系统理论的教材，简直是把经典控制和现代控制完美融合的典范。最让我惊喜的是它对状态空间模型的阐述，作者没有急于进入复杂的反馈设计，而是先花大量篇幅讲解如何从物理模型推导出规范的状态空间表示，这一步处理得非常细腻，即便是机械、电气背景较弱的读者也能逐步跟上。我特别喜欢书中对于能控性和能观测性判据的几何意义解释，通过向量空间投影的方式来展示，远比单纯的矩阵秩判定来得形象和易懂。在设计部分，极点配置（Pole Placement）的推导过程清晰无比，每一步的数学逻辑都环环相扣，最后还附带了如何处理非零期望输出的完整步骤，这一点很多书都会略写。此外，这本书在鲁棒性方面的探讨也相当深入，它引入了区间矩阵和不确定性描述，为理解H无穷控制等前沿方法打下了坚实的基础。这本书的阅读体验就像是跟着一位经验丰富的工程师在进行一次系统的知识构建之旅，每一步都走得踏实、可靠。

评分☆☆☆☆☆

近期研读一本关于信息论基础的书籍，它的叙事风格非常独特，更像是讲故事而非讲解定理。作者以香农的生平为引子，将信息论的发展脉络娓娓道来，使得信息熵、互信息这些概念的引入显得非常自然和必要。书中对熵的讲解尤其精彩，它从信息源的“不确定性”这一直观感受出发，逐步过渡到概率分布的量化，而不是直接抛出公式。在讨论信道容量时，对“加性高斯白噪声信道（AWGN）”的分析极其透彻，它通过清晰的数学推导证明了容量的上限，并强调了编码和调制在逼近这一极限过程中的关键作用。我尤其欣赏它对编码理论的介绍，它没有陷入到复杂的纠错码细节中，而是重点突出了线性分组码和卷积码的代数结构，以及它们如何通过增加冗余来对抗噪声。这本书最大的优点在于，它成功地将抽象的数学概念与信息传输的物理本质紧密地联系起来，读完后，对“信息”这个概念的理解都上升到了哲学的层面。